核电厂数字化仪控系统基础_图文

1、核电厂数字化仪控系统基础 核电厂仪控系统的特点控制对象的工艺流程复杂,监测和控制的参数多而且各种过程参数联系密切,1000 MW典型的核电站仪控系统的参数信息量和指令大约是70009000个。 系统安全性、可靠性要求高,运行质量直接与仪控系统性能相关。反应堆工作或停堆后一段时间内,大部分设备人员无法接近。控制和监测核燃料裂变链式反应及堆芯状态监测的必要性。大量核物理、热工、水力及其它一些直接测量无法得到的参数计算多,且精确性和实时性要求高。数字化仪控系统简介数字化仪控系统是以计算机、网络通讯为基础的分布式控制系统的系统,它进一步引入和开发面向状态的诊断技术、智能化报警技术、数据库技术、符合人因

2、工程要求的人机界面、先进的主控室等现代技术,并采用系统化的控制室功能分析和分配、操纵员作业分析等设计技术,以及面向核电厂运行安全状态的操作员支持系统包括智能诊断与智能报警为基础的计算机化操作规程等。数字化仪控系统应用我国从96年开始在田湾核电站(俄罗斯VVER-428引进数字化仪控系统(AREVA/SIEMENS-Teleperm XP+Teleperm XS,至今系统已成功运行。目前在建核电站如岭澳二期,已开工和纳入计划开工的红沿河、宁德、阳江等CPR1000系列核电项目也全部采用数字化仪控系统(安全级DCS采用三菱MELTAC平台,非安全级DCS采用和利时公司的HOLLiAS平台。只是在田

3、湾核电站和岭澳二期核电站的基础上通过红沿河、宁德、阳江等核电项目为依托基本实现核电站数字化仪控系统的国产化(与国内DCS生产厂家成立广利核公司。同时对于今后的三代EPR和AP1000核电站也将全部采用数字化仪控系统。核电站的仪控系统分类仪控技术核电站备注二代仪模拟量仪表采用小规模集成电路和运算放大器,逻辑量仪表则采用常规继电器等硬逻辑电路来控制秦山一期FOXBORO公司的SPEC200 反应堆保护系统升级为TXS秦山二期KIT/KPS采用HSCAS2000大亚湾Baily9020岭澳一期(1、2号机组汽轮机控制采用ALSTOM的P320核电站的仪控系统分类仪控技术核电站备注二代加常规仪表加分散

4、控制系统(DCS的方式岭澳秦山二期翻板核电站第三代全数字化技术VVER-428田湾AREVA/SIEMENS-TelepermXP+Teleperm XSCPR1000岭澳二期(3、4号机组CPR1000红沿河(1、2号机组、宁德、阳江三菱MELTAC平台,非安全级DCS采用和利时公司的HOLLiAS平台EPR AREVA/SIEMENS-TelepermXP+Teleperm XSAP1000爱默生公司的OVATION 和ABB 公司的COMMON Q(AC160仪控系统数字化仪控系统主控室自主化设计FCD 时间商运时间全部数字化仪控自主化设计/国产化开始数字化仪控系统对比模拟仪控系统-优点

5、具有很好高的控制精确性和很强大的逻辑运算处理、计算能力,能显著提高了仪控系统的综合性能,完成以往模拟仪控系统所无法实现的复杂逻辑运算处理和计算功能;以通信网络连接各系统设备,大大减少了连接电缆的数量,提高了数据传输的可靠性;能方便有效的实现具有多重冗余、故障安全和容错等功能,提高了系统可用性和可靠性; 继电器控制机柜岭澳一期(数量大、检修靠人工 岭澳一期核电站模拟主控室 岭澳二期核电站先进主控室照片(三维绘制数字化仪控系统对比模拟仪控系统-优点能方便、有效的实现具有系统在线检查和自诊断功能,有助于故障分析和判断;系统扩展灵活性好、可组态性强,便于维护;具有强大的数据处理、数据和存储能力,改善了

6、人机接口。核电厂数字化仪控系统功能设计原则 故障安全原则;单一故障原则;多样性原则;独立性原则;冗余性原则;共模故障最小原则;节能降耗原则;经济性原则。三代堆型数字化I&CESBWRGE NUMAC and GE/INVENSYS TRICON digital I&C platforms for RPS and ESFAS, respectivelyStaff I&C review of design certification application and topical reports underwayABWRDigital I&C architectur

7、e yet to be identifiedAP1000Westinghouse Common-Q digital I&C platform for RPS/ESFASStaff I&C review of pre-application topical reports underwayUS-EPRTELEPERM XS digital I&C platform for RPS/ESFASStaff I&C review of pre-application topical reports underwayUS-APWRMitsubishi MELTAC pla

8、tform for RPS/ESFASStaff I&C review of pre-application topical reports just begun 总体总体结构结构AP1000数字化仪表控制系统总体结构以实时数据网为界将整个仪表控制系统划分为四层。(1第0层和第1层执行核电厂的保护、控制和监测功能。第0层(处理接口层,包括以下的执行部件和设备:核电厂的执行部件(泵和阀控制柜、开关柜等,敏感元件、一次仪表等以及反应堆停堆断路器;第1层(处理层,包括以下的系统:保护和安全监测系统(PMS、核电厂控制系统(PLS 、汽轮机控制和监测系统(TOS、堆芯仪表系统(IIS、特殊监测

9、系统(SMS、多样化驱动系统(DAS;总体总体结构结构AP1000数字化仪表控制系统总体结构以实时数据网为界将整个仪表控制系统划分为四层。(2第2层(通信层为非安全级的实时数据网,属于,它是一个多重的100M 高速以太网络,一些重要的系统都连接在该网络上;(3第3层(操作员操作和监视层为主控制室在内的运行和控制中心系统和数据显示和处理系统。包括以下系统:运行和控制中心系统(OCS、数据显示和处理系统(DDS 。 两个控制系统两个控制系统平台平台AP1000数字化仪表控制系统由Ovation 和Common Q 分布式控制系统两个平台组成。Ovation 平台用于组成AP1000核电厂非安全的运

10、行、数据显示、控制和监测系统。Common Q 平台用于组成AP1000核电厂保护和安全监测系统(PMS 。(1Common Q 平台Common Qualified (简称Common Q 安全级仪表与控制系统平台组成AP1000安全级的仪表与控制系统,即AP1000保护和安全监测系统(PMS。Common Q 平台是CE 核能(CENP 从欧洲ABB 自动化产品公司Gmbh 的标准AC160(可编程逻辑控制器PLC 系统发展而来的,由经过IE 级合格鉴定的、专用于核电厂的商业级硬件和核电厂专用软件组成的计算机系统。Common Q 平台装载各种核电厂专用应用软件,以完成核电厂安全系统的应用

11、。两个控制系统两个控制系统平台平台AP1000数字化仪表控制系统由Ovation 和Common Q(Common Qualified Platform 分布式控制系统两个平台组成。Ovation 平台用于组成AP1000核电厂非安全的运行、数据显示、控制和监测系统。Common Q 平台用于组成AP1000核电厂保护和安全监测系统(PMS 。(2Ovation 平台Ovation 平台是由美国艾默生公司开发和生产的,用于实现AP1000核电厂的非安全系统的运行、数据显示和控制监测系统,将基于和不基于Ovation 平台的非安全系统和设备集成一个体系。AP1000 I&C System

12、sControl System (PLS plant control functionsPlant wide non-1E system for all normal displays & controlsMicroprocessor / software based, multiplexed communications Safety System (PMS trip and ESFAS actuationPlant wide 1E system for all safety displays & controlsMicroprocessor / software based

13、, multiplexed communications May use same hardware / software as Control I&C Diverse System (DAS improved AMSACLimited scope non-1E system, PRA based displays & controls Backs up Safety I&C where common mode failure is a risk Different microprocessor and software than PMSNo multiplexing

14、(traditional hard-wired controls系统构成按系统的功能,整个系统可分为2大部分7大系统。第一部分是与控制室相关的系统,第二部分是执行保护、控制、数据处理与监测功能的系统。与控制室相关的系统运行与控制中心系统(OCS由主控室、远程停堆站、应急控制设施、技术支持中心、就地控制站组成。主控室是运行与控制中心最重要的部分之一,它由操纵员台、值长台、大屏幕显示器、控制与显示设备等组成。所有的控制将由操纵员在控制台上通过软操作方式执行。操纵员控制台是主控室的核心,配置有一组彩色图形显示器及软操作装置(如键盘、鼠标、触摸屏等。操纵员台还配置有先进的报警信息系统,显示电厂的异常状

15、态以及与报警信号相关的信息。Main Control Room 主控室采用紧凑布置主控室采用紧凑布置,充分应用人因工程的设计理念充分应用人因工程的设计理念。AP AP100100100采用采用采用紧凑型主控制室紧凑型主控制室紧凑型主控制室结构结构结构,主操纵员主操纵员界面界面界面配备配备配备Ovation Ovation Ovation分散式控制系统人分散式控制系统人机界面机界面:包括为操纵员提供全面显示的电站信息显示操纵员提供全面显示的电站信息显示系统系统系统、对所有安全和非安全相关设备安全相关设备系统的系统的系统的软软控制控制、一套多方面报警系统和计算机化的运行程序6主控制室还配备一套壁屏

16、式信息显示主控制室还配备一套壁屏式信息显示系统系统系统,可以可以不间断提供所选监测信息的不间断提供所选监测信息的不间断提供所选监测信息的大大屏幕显示屏幕显示,操纵员操纵员能在大屏幕上能在大屏幕上能在大屏幕上突出显示突出显示突出显示DCS DCS DCS系统系统系统上的显示上的显示上的显示内容内容内容;在Common Q 平台下台下,主专用安全参数仪表盘和辅助专用安全参数仪表盘提供安全相关控制和人机界面人机界面监控监控。Main control room Main control room Main Control Room 3D Model 与控制室相关的系统数据显示与处理系统(DDS数据显示

17、与处理系统包括主控室显示与数据处理设备、远程停堆站、技术支持中心的显示与处理设备,包括核电站报警系统显示与处理系统、计算机化的运行与事故处理规程系统,以及分散式电厂计算机系统所执行的各种运行日志记录、历史记录、软件文档的显示与处理。主控室中还包括有安全级数据显示设备,它的数据处理系统属于保护与安全系统,用于显示保护系统与核电站重要的安全状态与参数。执行保护、控制、数据处理与监测功能的系统保护与安全监督系统(PMS保护与安全监督系统属于核安全级系统,执行反应堆停堆、专设安全设施的启动等功能。系统中的设备(包括传感器、停堆开关装置等大都采用四重冗余,按四取二逻辑工作,具有很高的可靠性。当其中某个冗

18、余分段或独立通道故障时能自动由四取二逻辑转为三取二逻辑,便于维修与定期试验。系统中包含的每个子系统都接在一个独立的计算机母线上,以防止故障传播并增强高可用性。 功能的系统电厂控制系统(PLS电厂控制系统为电厂提供从冷停堆到满功率正常运行所必需的各种功能,它通过主控室或远程停堆站对非安全有关设备执行控制来实现上述功能。系统由非安全有关级仪表与控制设备组成,可执行改变反应堆功率、控制稳压器压力与水位、控制主给水流量等与发电相关的各种功能,也提供停堆期间非安全相关的衰变热排出系统。系统既有自动控制方式,也可执行手动控制方式。电厂控制系统中的实时数据通讯网是一个高速冗余通讯网络,它把对操纵员有重要意义的各个系统链接起来,此通讯网属于非安全级。安全级系统与此通讯网络的联系需通过网关及核级隔离器件执行,使安全级系统的功能不会因非安全级系统的故障而受影响。功能的系统专用监测系统(SMS专用监测系统包含有一个金属撞击监测系统,用于监测反应堆冷却剂系统中的金属碎片对系统内部构件的撞击。该系统由数字电路板、控制器、指示器、电源、信号处理器以及探测器组成,其中探测器和信号处理器是冗余的,以保证单个探头或处理器故障时仍能保持监测功能。功能的系统多样性驱动系统(DAS多样性驱动系统的作用是为保护系统提供一种额外的多样性后备,减小由于保护与控制系统中不太容易出