夏朋
（苏州热工研究院有限公司，广东 深圳 518026）
【摘要】相比于传统的模拟技术，数字化技术在核电站仪控系统安全稳定地运行中具有很大的优越性。本文描述了数字化仪控系统的主要特点，分析了EPR与AP1000数字化仪控系统的不同，介绍了当前二代核电机组进行数字化仪控改造的内容和组织管理，给核电厂仪控从业人员提供了参考。
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关键词 核电站；数字化仪控；改造
0前言
核电站由于核安全保守政策的考虑和对数字化技术的疑虑，全数字化仪控技术一直未得到全面应用。随着江苏田湾核电站数字化仪控系统成功投入使用，全数字化仪控技术才开始受到真正关注[1]，在此后的新建扩建项目中，包括台山核电站、三门核电站等均使用数字化仪控系统。
1数字化仪控系统的主要特点
基于对国外成熟的数字化仪控系统的研究，可以总结出这些特点，通过了解其性能和特点，有助于在核电站数字化仪控系统选择方案中对目前众多的数字化控制系统更好地进行比较和选择[2]。
１．１多样性
所谓多样性就是用两种或两种以上的完全不同的方法实现同样的一个功能，包括功能多样性、硬件多样性和软件多样性。多样性只对安全级系统有要求，而对非安全级没有要求。对于传感器的多样性，只对模拟量有要求，对数字量没有要求。保护系统之间是孤立系统，互相没有任何硬件设备的连接。保护系统内部实现同样的停堆和专设安全设施驱动的功能，但使用了不同的传感器，采用不同的保护参数，采用两套独立的机柜，两个机柜内安装不同的组态软件，采用不同的时序和计算方法，从而实现了保护系统内部的多样性。
１．２冗余性
所谓冗余性，是指并行的重复配置设备，包括软件或硬件，以保证设备出现故障时，能继续保持系统运行，冗余性配置的主要目的是解决单一故障，提高系统的可利用率。所谓单一故障，另外，冗余性配置使得不停运系统时，可进行在线的维修和试验工作，冗余性主要体现在以下几个方面：
（１）操作员站和工程师站的冗余。一套仪控系统配置有多台操作员站，工程师站除自有的特殊功能外，兼具操作员站的所有功能。
（２）网络的冗余。当一个网络故障，另外一个网络自动投入使用。
（３）服务器的冗余。防止服务器损毁，数据丢失。
１．３独立性
保证独立性要求的方式是隔离，隔离可阻止故障的传播，包括实体隔离、功能隔离、电气隔离等。实体隔离使用障碍物或距离，防止设备的故障从一个区域传播到另一个区域。使用功能隔离，降低出现复杂瞬态的概率。使用电气隔离，防止故障通过供电线路或信号线路传播，光电耦合设备是常用的电气隔离的方式。
2EPR与AP1000数字仪控系统对比
EPR是引进法国的一种四环路1750MW级三代压水堆核电站，AP1000是引进美国的一种两环路1000MW级三代压水堆核电站，两者作为国内主流的核电机组，其数字仪控系统的对比对未来国内核电的发展具有深远意义。
2.1仪控系统功能层次对比
２．１．１EPR 仪控系统功能层次分为4层，包括：
（１）现场接口层，包括传感器、变送器、开关和执行器等。
（２）系统自动化层，包括数据获取、过程自动化、监视和执行的功能。
（３）机组监督控制层，包括与人机界面和过程控制接口相关的数据处理功能。
（４）厂级管理层，用于实现更高级的信息管理功能。
２．１．２AP1000 仪控系统功能层次同样分为4层：
（１）过程接口层：仪控系统的最底层，直接与现场的传感器以及执行机构相连。
（２）控制与数据处理层：主要有两个功能，一是接受过程接口层的数据，进行处理后上传至主控室，二是接受主控室操纵员的命令或自动控制系统的命令经过程接口层下达到核电厂的各种执行机构。
（３）数据通讯层：执行仪控系统中各子系统之间的数据通讯。
（４）操纵员控制与监督层：包括核电厂主控室、应急控制室、技术支持中心等重要控制与监督中心。
AP1000把数据通讯功能单独划分为1层，用于实现数据传输网络，而EPR采用的是TXS+TXP平台，采用三层数据传输网络。
2.2安全分级对比
EPR 依照“欧洲用户对轻水堆核电厂的要求文件（EUR）”的规定进行安全分级。电厂的安全功能按其重要性被分为F1A、F1B、F2、NC级，如下：
（１）F1A：在发生事故的情况下，使核电厂达到“受控状态”所需要的所有安全系统。
（２）F1B：在实现“受控状态”以外，达到“安全停堆状态”所需要的安全功能以及事故之后为维持安全停堆所需要的安全系统。
（３）F2：达到并维持“最终状态”所需的安全系统。
（４）NC：为非安全功能。
AP1000分为安全级与非安全级：
（１）安全级：执行安全功能以及事故工况后参与公众保护功能的仪表和控制系统。
（２）非安全级：安全级之外的其他数字仪控系统。
AP1000所采用的分级方法对仪控系统的设计而言比较简单，每个系统只对应了一种安全分级；而EPR 由于分级较多，导致了仪控结构中的一些系统可能包含了几种安全级别功能。在EPR 中的一些划分为安全级的功能，在AP1000 中被降级成了非安全级功能，由此降低了系统的整体造价。
3核电站仪控系统数字化改造
大亚湾、岭澳、秦山等在役核电站的主要仪控系统采用的是常规仪表系统, 其特点是模拟量系统采用以小规模集成电路运算放大器为基础的元件来控制, 逻辑量仪表采用继电器等硬逻辑电路来控制。此类系统所需的元器件数量大, 运行操作管理和维护工作任务繁重;控制系统的性能落后, 随着仪控设备的老化和淘汰、备件减少和故障率的升高, 安全性和经济性明显降低, 因此, 核电站仪控系统进行数字化改造是十分必要的[3]。
3.1改造工作的主要内容
核安全是核电厂的首要目标，在核电厂设计、建造、安装、调试、运行维护和改造整个生命周期内，对核电厂系统、设备有着更高、更严格的核安全限制和要求。为了保证核安全以及改造顺利进行，核电厂仪控数字化改造至少应开展以下几个方面的研究工作：
（１）改造的可行性分析和研究，包含行业改造经验研究、改造必要性分析、技术可行性分析、风险分析、预期效益分析。
（２）收集和分析用户需求。
（３）核电厂系统功能研究。
（４）数字化仪控方案研究。
（５）设备选型和采购策略研究。
（６）改造工作的质量保证体系研究。
（７）改造工作的进度计划研究。
3.2改造工作的组织管理
核电厂仪控数字化改造工作涉及多部门协作，相互之间的接口关系错综复杂，因此工作界限清晰、责任分工明确是改（下转第340页）（上接第334页）造工作首先必须面对和解决的问题，这将直接决定改造工作能否顺利进行。对核电厂仪控数字化改造工作的组织管理，可以考虑将整个改造工作根据工作主体和工作内容进行阶段划分，确定不同阶段的主体责任方，其他参与部门服务于主体责任方。
4结语
随着三代核电技术成为国内核电发展的主流以及核电厂数字化程度的加深，数字化仪控系统取代基于模拟技术仪控系统已成为必然选择。本文描述了数字化仪控系统的主要特点，对比了EPR与AP1000数字化仪控系统，介绍了当前二代核电机组进行数字化仪控改造的内容和组织管理，给核电厂仪控从业人员提供了参考。
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参考文献
［1］王家胜，洪振旻，胡平．核电厂数字化仪控系统改造中的几种控制系统综合应用分析[J]．核科学与工程，2005，25（3）.
［2］李臻.AP1000和EPR仪控系统简介与对比[J].电力科学与工程，2009，25：41-44.
［3］李卓佳，张坚.EPR核电仪控总体结构适应新扩展规范的技术改进研究[J].核科学与工程，2011，31（111-117）.
［责任编辑：许丽］