红沿河核电DCS技术方案分析和核电DCS国产化展望.doc

红沿河核电DCS技术方案分析和核电DCS国产化展望辽宁红沿河核电有限公司 张冬冬 摘要：目前我国核电事业正在高速发展，作为核电厂控制核心控制系统以前都是常规设备，使用效率相对来说比较低，而且维护成本非常高。现在随着世界数字化、信息化、自动化、网络化高速发展，在核电厂应用DCS是越来越多了,但我国在核电DCS上并没有厂商能够生产核级DCS产品。而红沿河核电为了响应国家要求加速核电DCS国产化进程的要求下进行核电DCS国产化，而广利核公司有幸承担了核电DCS国产化的国内厂商。作者本人也有幸参加了红沿河核电DCS招评标的整个过程。红沿河核电项目及CPR1000核电扩展项目共六台机组全厂仪控将采用DCS方案，共有两家投标商联队参与竞标。分别是：三菱电气+广利核，技术方案为MELTAC-Nplus R3+HOLLiAS MACS；阿海珐（+西门子）+广利核，技术方案为TXS（+TXP）+ HOLLiAS MACS。由于阿海珐（+西门子）+广利核联队投标书中技术方案与广东核电岭澳二期技术方案基本一致，并且最后并没有中标，因此本论文仅对三菱电气+广利核联队投标书中技术方案进行研究分析，并对核电DCS国产化进行简要分析。关键词：核电 DCS 三菱公司 广利核公司 国产化 MIT NUCLERA PLANT DCS TECHNOLOGY SCHEME ANALYSEAND NUCLERA PLANT DCS LOCALIZATION EXPECTIONAbstract: Now nuclear plant project is developing high speed in my country.Control equipment, which were conventional equipment before nuclear plant digital development, use efficiency not high and maintain cost high. Now with development of network control technology digital it is more and more to use DCS in nuclear plant station. But it isnt to provide nuclear plant DCS in my country. HYH plant station prepares to use DCS localization technology for country nuclear plant localization. CTEC join nuclear plant localization as Chinese company and author join process of enter technology proposal. HYH nuclear plant station and CPR1000 extension project will use DCS technology and two bid teams attached competition. the one is MELCO+CETC, Technology scheme is MELTAC-Nplus R3+HOLLiAS MACS；the another is ARERA(SIEMENS)+CTEC, Technology scheme is TXS（+TXP）+ HOLLiAS MACS.Because technology scheme about ARERA (SIEMENS) +CTEC is same as LAII, The paper analyses and study technology scheme of MIT+CTEC and analyses DCS localization.Key words: nuclear plant station DCS MELCO CTEC localization 1 技术描述11平台方案DCS平台主要由安全级MELTAC-Nplus R3+非安全级和利时HOLLiAS MACS构成（如下图）。MELTAC-Nplus R3主要完成安全与安全相关的功能，如反应堆跳闸逻辑、专设安全设施驱动、事故后监测等；HOLLiAS MACS主要完成机组正常运行时的控制及监测功能。RPCRPCRPCRPCESFACSafetyVDUPSLCESFACSafetyVDUPSLCSafety System BusNon-Safety System NetworkGWGWNI Control NetworkCI Control NetworkFCSFCSGWFCSFCSGWRGLTGNIServerCIServerHistoricalServerOPSOPSOPSRSSTSCSafetyVDUTrain-ASafetyVDUTrain-BNon-SafetyVDULarge Display PanelLevel 0Safety Logic BusSafety Logic BusTrain-ATrain-BSystemLevel H/WSwitchHOLLiAS MACSMELTAC-Nplus R3DAS12 安全系统主要结构主要系统及设备有：反应堆保护柜（RPC）、专设安全设施驱动柜（ESF）及安全逻辑机柜（SLC）、多样性驱动系统（DAS）及操作员工作站。 反应堆保护柜（RPC）每个通道包含了两个处理器子组，每个子组处理器冗余配置。每个通道通过对传感器输入信号进行运算处理，产生触发信号并送往其它通道及专设安全设施驱动系统。每个通道通过接送其它通道的触发信号进行四取二逻辑表决，产生反应堆跳闸信号。反应堆跳闸功能分配在每个通道的两个处理器子组，以满足参数多样性要求，每组输出通过硬接线或门输出信号至相应的停堆断路器，八个停堆断路器再次进行四取二表决，以完成停堆跳闸功能。保护系统通道间及上下级间触发信号分别由独立的多路传输线传输，并进行电气及实体隔离。多样性驱动系统的信号通过电子隔离器进行分配，由硬接线连结。电子隔离器设置在数字化保护系统上游。 专设安全设施驱动系统包括专设安全设施驱动柜（ESF）及安全逻辑机柜（SLC）ESF驱动逻辑子系统通过接收反应堆保护机柜信号并进行四取二逻辑表决完成系统级ESF驱动逻辑。SLC逻辑子系统通过接收系统级ESF驱动逻辑及其他数字化控制系统（包括控制室手动指令）完成部件级的逻辑控制，并从I/O输出驱动信号至部件。 多样性驱动系统多样性驱动系统由多样性驱动机柜和后备操作盘组成。多样性驱动机柜由基于模拟技术的卡件组成，后备操作盘由硬接线开关和继电器等组成，该系统为数字化反应堆保护系统的共模故障提供多样性后备。系统设计成非安全级，由冗余电路组成，系统与RPC之间进行电气隔离。SensorsReactor Protection CabinetISOCPUESF Actuation CabinetSafety Logic CabinetCPUPriority LogicA/IData-LinkSafety BusComponentsAnalog CircuitAnalog CircuitDiverse Actuation System(Diverse Actuation Cabinet & Back-Up Operation Panel)Hardwired switch多样性驱动系统原理图Reactor Trip 操作员工作站软操：按手动操作方式的不同又可分成四个方案: 安全级系统与非安全级系统分别为独立的网络,网络间通信只有安全级系统单向传送监测信息至非安全级系统，非安全级VDU软操指令通过对安全VDU显示画面的调用，由安全VDU实现对安全级系统的控制；按有无硬接线后备盘可分为方案1.1及1.2。 安全级系统与非安全级系统也分别为独立的网络,但网络间通信除安全级系统单向传送监测信息至非安全级系统外，非安全级VDU软操指令通过网络及GATEWAY实现对安全级系统的控制，按有无硬接线后备盘再分为方案2.1及2.2。如下表：CaseOperator Workplace(OWP)HardwiredBack-Up Panel (BUP)Method ofSafety OperationRemarksSafetyVDUNon-SafetyVDUECPDevicesforCMFDevicesforOthersSafetyVDU(QMD)1.1YesYesYesYesNoNo1. S-VDU on OWP2. ECP on OWPTomari-3type1.2YesYesYesYesYesYes1. S-VDU on OWP2. ECP on OWP3. BUP2.1YesYesYesYesNoNo1. N-VDU on OWP2. S-VDU on OWP3. ECP on OWP2.2NoYesYesYesYesYes1. N-VDU on OWP2. ECP on OWP3. BUPLA2Ikata-1/2type(注：S-VDU: Safety VDU, N-VDU: Non-safety VDU, ECP: Emergency Control Panel)安全级VDU操作安全系统示意图：xx ValveOpenCloseTrain pointerTrain-ATrain-BNon-safety VDUSafety VDUTrain-ATrain-B1 Selectcomponent2 Controllerpop upSafety VDUProcessorOPSSafety LogicCabinet非安全级VDU操作安全系统示意图：3 Operationxx ValveOpenClose5 Feed back5 Feed backOPSGWPSafety LogicCabinet4 Actuationsignal2 主要差异及影响（与广核LAII） 安全分级的不同：三菱产品只提供了1E级及NC级两级，这样如按LAII功能分三级的设计，需要将1E和SR合并由1E设备实现，原1E及SR的优先管理、电气及实体隔离设计可能有影响。 保护系统结构分层与LAII不同：三菱MELTAC-Nplus R3将保护系统信号采集及停堆逻辑表决配置在第一层，ESFAS逻辑表决配置在第二层；而LAII是将保护系统信号采集处理（APU）配置在第一层，停堆逻辑及ESFAS逻辑运算（ALU）配置在第二层，并且停堆逻辑处理取消了半逻辑方式。可能对布置设计及失效分析有影响。 控制室操作手段的不同：三菱产品提供了安全级的计算机化操作手段，而该手段LAII是不能提供的；因此如采用该手段（如方案1.2）设计基础发生了改变，可能对MCR设计有较大影响（如后备盘设计）。 专用系统与DCS接口边界的不同：由于对堆芯设计及参数没把握，三菱方案不包括RGL/LSS等专用系统，RPN边界也有所改变，因此对相关系统及设备的采购及设计有较大影响。3 DCS国产化展望 由于核电DCS产品价格非常昂贵，核级自动化产品制造工艺非常复杂，07年商务部把这项产品列为引进进口的十大高科技产品，可以说如果我国掌握这项产品的制造技术的话，我国的自动化领域将达到一个非常高的境界，而且可以节省大量的资金。 可以加快我国核电事业的发展，由于现在正处于核电大发展时期，产品制造工期要求是非产短的，而外国厂商往往据此抬高价格，从而浪费大量的资金。 可以说核电厂是人类的智慧结晶，而作为控制核电厂的大脑DCS更是代表科技水平最高境界，我相信不久的将来，我国的核电厂中没有一样产品是出至外国制造。 核电DCS国产化是我们这一代核电人的使命，我相信通过我们的不懈的努力，我国的核电事业一定会蒸蒸日上的。4. 结束语本篇论文是作者通过对三菱核电DCS分析，着重介绍了安全级DCS几个重要的结构及相应的技术分析。主要系统及设备有：反应堆保护柜