摘要：信息化的推进使传统的核电厂控制系统逐渐被分布式控制系统所取代。作为核电厂的中心控制系统，其安全运行对整个设备的可靠性和安全管理有着重要作用。任何一个环节的失效都会导致系统故障，甚至引发重大安全事故，导致核物质泄露等极限事件，危害大众安全。在核电厂建设活动中，要严格按照国际企业的相关质量管理标准，从人员、设备、材料、方法环境等多环节保证高效管理。由此，本文对关于核电厂DCS设备实际应用探讨具有重要意义。
关键词：核电厂；DCS；应用；分析
引言：为满足经济和社会发展不断增长的能源需求，随着国家对核电发展政策的调整，中国成为世界上核电在建项目和装机容量最大的国家。后福岛时代，核电厂的安全问题成制约核电发展的最为关键问题。分布式控制系统（Distributed Control System，简称DCS）作为全厂监视、控制和保护的神经中枢，具有的开放性、高可靠性、快速性和可操作性等特点，在2007年以后开工建设的核电厂中普遍应用。如何保证DCS设备集成的质量，对保证核电厂的安全运行有着至关重要的作用。中国核电工程有限公司在福清一期核电项目和方家山核电项目建设中，通过经验积累和反馈，将电气仪控类设备监造划分在设备采购部门，将采购项目负责人和设备监造人员身份合并，有利于项目的进度控制、费用控制和质量控制。
1.核电厂DCS系统概述
1.1 DCS的体系结构
分布式控制系统DCS，是核电厂的“大脑”和“神经组织”，为保障核电站的正常运行起着非常重要的作用。根据功能，核电厂仪控系统结构可分为4层：0层—工艺系统接口层。包括一次测量设备（传感器，变送器，位置开关等）和驱动器接口设备（先导阀及其附属接口继电器，电动-气动转换器，驱动器，开关柜，电源设备等）；1层—自动控制和保护层。负责电厂不同工艺监控系统的信号调制和处理设备；2层—操作和信息管理层。使人员能够操作电厂（手动控制和自动控制），能够监督电厂状态并对电厂I&C实施运行服务的常规设备和计算机设备；3层—全厂信息管理层。包括支持现场管理应用以及与场外设施通讯的计算机设备；DCS的供货范围包括上述系统结构中的1、2层设备及相关含软件。
1.2 DCS设备安全分级
仪控设备按其所在系统功能对电厂安全的重要性分为三类：安全级设备、安全有关的设备和非安全重要设备。一是安全级（1E级）设备安全级（简称1E级）的仪表及其供电设备，是完成反应堆安全停堆、安全壳隔离、堆芯冷却以及从安全壳和反应堆排出热量所必需的，或者是防止放射性物质向环境过量排放所必需的。二是安全有关的（NC+）设备安全有关的（简称NC+级），在实现或保持核电厂安全方面起补充、支持或间接的作用。三是非安全重要（NC）设备非安全重要仪表及其供电设备，在实现或保持核电厂安全方面无明显作用。根据《核电厂仪表和控制系统及其供电设备质量保证分级》中的规定，具体到仪控系统及其电气设备采购的质量保证要求如下：一是安全级（1E级）：质量保证1级（QA1）或2级（QA2），抗震Ⅰ类；二是安全有关的设备（NC+）：质量保证2级（QA2）或3级（QA3），抗震Ⅰ类；三是非安全重要设备（NC级）：质量保证3级（QA3）或市场采购。质量保证级别确定后，则可以规定相应的质量保证活动。
2.核电厂DCS的应用中存在的新挑战
新的环境改变了以往的不利情况，但也带来了新的问题。出现了一些数字化控制系统的缺点：
2.1自动化水平的提高，带来新的操作问题
系统自动化水平不断提高，使得设备的运行效率极大提高，但也带来一些问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆系统中运行的许多细节不能被操作员及时捕捉到，操作员未能及时接收到系统错误的提示，造成认知上的滞后，如果未能及时纠正，可能导致不良后果。系统的高度自动化会引发适应不良的问题，操作员无法与操作自动化系统匹配，操作员如果不能适应自动化的节奏，会产生不良影响。系统自动化过快，操作员容易产生紧张情绪，自动化进程过慢则会影响任务完成速率。
2.2数字化系统操作复杂化
数字化后的系统对操作员的专业素质提出了更高的要求，先进的操作系统由于操作线索不明确，在设计上过于单一，识别度不高，容易导致操作失误。规范化的操作规程对核电厂的运行十分重要，而自动化则使计算机主动执行了一些规范流程，操作员未能参与到任务中。
2.3信息显示出现新问题
数字化的信息需要通过屏幕进行显示，核电厂的所有操作会呈现在四块主屏幕上，一些细节问题，会反馈在工作站的几块屏幕上。信息显示屏幕数量的增加使系统全面性和可靠性得到改善。但屏幕展现了太多的信息，为操作员的操作带来新的挑战，如果是应急情况下，更考验操作员的心智。若人机界面的设计不符合人机工作原理，将会使操作更加复杂化。而且目前国内的系统设备采用外语显示，不符合国人认知习惯，带来不便之处。
3.数字化控制系统的展望
由于信息技术的更新推进，数字化控制系统在核电领域得到极大推广，推广中会遇到新的挑战，为了保障系统的安全运行，我们有必要对现存的问题进行研究，以便核电能更好地为人类服务。从系统设计角度，提高系统安全运行系数，严格控制操作失误率。电力控制过程中采用单一准则进行故障控制，即在系统发生任何单一随机故障时，系统仍然能安全运行。此外DCS还必须具有故障诊断与切换功能，以便发挥冗余配置的效果。系统出现故障时，需要第一时间自动诊断并将故障信息传送给操作员，诊断后直接进行冗余系统的切换。这样在故障情景中，只要主系统设备不发生故障，就可以保证整个系统的安全运行。为了尽量改善人机交互失误的情况，应在系统中采取容错设计。容错设计是一种对操作员下达的错误指令不予响应的技术。如果操作员未按照标准流程进行操作，则系统不响应，或者不进行指令输出，以便操作员发现并及时纠错。有必要进行设备的多样性设计。多样性设计是一种保护措施，对设备可能出现的性能故障和共模故障进行处理。一些功能区对可靠性要求很高，需要进行多样性的冗余系统设计。如在反应堆停堆系统中必须同时使用两个及以上互相独立的且具有不同属性的冗余设计，避免发生共模故障。
总结：本文对核电厂的数字化控制系统实际应用中存在的问题进行了一般性概述，研究还存在许多不足，主要表现在：人员操作、系统设置、环境等多种因素影响系统稳定，需要对环境等相关因素的研究度量；研究中没有涉及指标的测量和计算，需要通过合理指标体系的建设，提出相应的分析评价体系，有效地进行系统改良。DCS关乎核电厂的安全、稳定和长期运行，是核电厂的核心设备，关乎着核电厂的实际运行情况。提高DCS设备的质量能够增强核电厂的可靠性和安全性。建造人员应逐步提高业务水平和经验积累，严格控制质量，进而让DCS设备质量处于可控状态之中，促进核电事业的发展。
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论文作者:蔡欢星,陈白媚
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/5
标签：核电厂论文; 设备论文; 系统论文; 操作员论文; 核电论文; 控制系统论文; 操作论文; 《电力设备》2019年第2期论文;