户 滕

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222042）

0 引言

控制和仪表系统是核电站不可分割的一部分，对核电站机组的安全可靠运行起着至关重要的作用。我国早期的工厂控制系统是一种比较模拟的单元组合工具。该仪器主要采用集成电路作为系统的控制电路，系统逻辑控制主要采用继电器开关电路。因此，该系统组件多，结构复杂，对系统的运行、维护和管理负担沉重。当系统组件老化，系统的安全性低，并且存在各种故障。目前，大多数核电站都处于多年运行期，它们基本上是老化的，性能和安全性无法得到有效保证。

随着计算机技术的飞速发展，工厂的数字化过程越来越快。目前，数字化系统已逐步发展为分布式控制系统。所有数字仪表控制系统，现场总线控制系统和可编程逻辑控制器都已添加到数字化控制系统中，使工厂得到更精确的控制系统。

1 在数字化仪控系统中主要存在的特点

在国外，具有比较成熟的数字仪表控制系统研究中的基础上对这些特点进行总结。了解核电站数字仪表控制系统的性能和特点有助于比较和选择许多数字仪表控制系统。

1.1 独立性

隔离这一个办法其实是用来确保独立性的，对于传播过程中发生的故障可以进行有效的防止。常见的隔离包括物理隔离、功能隔离、电气隔离等。使用障碍物，或者是以距离的方式，阻碍故障设备由单独的一个区域传播到另外一个区域当中，就是人们常说的实体隔离。用来对付复杂瞬态的概率进行降低的则是功能隔离。而对于通过电源线或者是信号线传输来进行对故障进行的防护，就是所说的电气隔离，而常见的则是光电耦合设备。

1.2 多样性

采用2种或者是2种以上的完全不相同的方式，来对同一相同的功能进行实现，那就是分集，而分级包括了功能分集，硬件多样性和软件多样性三大类。只有在安全级别才需要分集，而不是在非安全级别。对于传感器的多样性，只需要模拟量而不是数字量。这些保护系统是隔离系统，它们之间没有连接。系统内部保护实现了相同的功能，并且对于安全设施这样的功能进行了设置，使用的传感器和保护的参数都是不相同的，而且对于独立的机柜也设置使用了2个，然后将各不相同的配置软件存放在机柜当中，并使用不同的时间和计算实现系统内部保护的方法多样性。

1.3 冗余性

当设备（软件和硬件）进行并行或者是重复配置的时候，在系统发生故障的时候可以确保正常运行，这就是人们说的冗余。对于解决一些单一的故障并且想要提高它们的利用率，这就是冗余配置的主要目的。人们常说的单一故障中冗余的作用其实就是在操作系统不停止的时候，可以使冗余配置在其中不停的进行在线维护和测试。冗余可以体现3个方面：①操作员站和工程师站冗余。有很多个操作员站对同一组仪器来进行控制系统配置，除了自己的特殊功能外，工程师站还具有操作员站的所有功能；②网络冗余。当网络出现故障时，另一个网络将自动进入该服务；③服务器冗余。防止服务器损坏和数据丢失。

2 项目技术因素

2.1 核电厂仪表控制系统设计准则

对于核电厂而言，设计数据不仅仅是设计的资料，同时也是核电厂仪器控制设计系统标准的一种重要参考。作为核电厂的基本设计原则，数字仪表控制系统的深度防御原理也适用于常见故障原因的响应。

核电厂的4个安全功能、3个安全屏障的保护、核反应堆堆芯的冷却功能以及防止放射性的扩散，这4项其实是仪表控制系统安全的前提。

仪表控制系统主要是用于安全功能以及保护核电厂系统，对一些结构和部件可能发生的一些故障起到保护作用，同时还可以提供事故状态监测和故障诊断功能。核电厂中，仪表控制系统的数字化涉及到核安全问题，事关重大，必须要得到相关安全监管部门的许可。核电站仪表控制系统的一些设计标准，要需要进行重新审核，主要是做到以安全分析报告为基础，并且不断更新。

2.2 对核电站仪表控制系统功能的思考

改变核电站原有的仪表控制功能有2种方法：一种是取代所谓的“类似”，即用一种新的仪表控制系统取代原有的仪表控制系统；另一种是功能的增强和改造，充分利用新系统的技术特点，提高电站安全性、可用性、可靠性。例如，数字化控制系统技术用于根据过程控制系统和功能分配，对于一些机组的自动设计水平是有所提高，同时对报警管理功能和数字操作支持系统的功能也有了增加和提高，这些都说明功能增强改进的重要性。

2.3 核电站数字化仪表控制技术的特殊性

与模拟技术相比，数字技术有信号采样离散化和信号处理数字化的特点。与模拟器控制技术相比，数字仪表控制技术有着明显优势，如具有零漂移、精度高、算法并不简单但相对于较容易扩展、进行自我判断故障的能力较强等。但是，数字仪表控制技术也有不确定性和复杂性的特点。其在核电厂安全控制领域的功能高度集中，一直是核安全监管机构高度关注的问题。

2.4 核电站仪控系统改造安全分级要求

安全仪表控制系统和非安全仪表控制系统是核电站仪表控制系统的主要组成部分。鉴于改进仪器控制系统的安全等级，有必要自适应地调整原设计的安全等级。根据国际安全功能等级，设备等级和数字仪表控制系统的最新要求。

3 核电站仪控系统数字化改造

大亚湾、岭澳和秦山发电厂的主要仪表控制系统是传统的仪表系统，其特点是模拟系统由基于小型集成电路运算放大器的元件和由硬件逻辑电路（如继电器）控制的逻辑仪器控制。这种系统需要大量的组件，运营管理和维护任务艰巨，控制系统性能落后。随着仪表控制设备的老化和淘汰，备件的减少和故障率的提高，安全性和经济性明显降低。因此，仪表控制系统的数字化转换非常必要。

3.1 改造工作的主要内容

现在核电厂的主要目标就是核安全。核电厂的运行整个生命周期，包括设计、安装、调试、运行和维护等各个方面，并且在核电厂中对系统和设备的安全限制与要求越来越严格。为确保核电厂的安全和顺利重建，至少应研究以下7个方面的内容：①可行性分析和转型研究，包括产业转型经验研究、转型必要性分析、技术可行性分析、风险分析和预期效益分析；②对于用户的需求进行收集和分析；③对于核电厂的系统功能进行不断的研究分析；④数字化仪控方案也要进行研究；⑤针对设备的选型以及采购策略进行分析；⑥对于工作质量进行改造，并且保证这一体系的研究工作；⑦对于工作进度研究计划进行改造。

3.2 改造工作的组织管理

核电厂仪表控制的数字化转型涉及多个部门的合作，它们之间的接口复杂。因此，重建工作必须面对和解决问题，明确工作边界、责任分工，这对重建工作能否顺利进行起到决定性作用。在每条控制系统的整个改造工作过程中，核电厂要对其进行组织和管理，根据主体和工作内容，将其分成不同的阶段来进行改造，每个阶段都要确定一个责任方，责任方主要是接受其他部门的服务。

3.3 辅助设备控制系统

电厂辅助系统通常具有大量信息，其中I/O（Input/Outpu，输入输出端口）可能具有3000～5000个，并且它们通常在偏远地区具有更多CRT（(Cathode Ray Tube，阴极射线管）图像。如果该I/O点与DCS（Distributed Control System，分布式控制系统）直接连接，不仅会增加经济成本，而且不利于DCS的安全运行。因此，通常建立辅助系统进行系统转换，使每个子系统都有一个独立的网络，并用控制器进行监控。一些重要信号，需要被直接发送到主控制室。

4 总结

核电厂的模拟器控制系统进行数字化升级是一项相对复杂的工作，但是其项目范围的设计是明确的，如长期战略规划方法的选择、项目的实施以及逐步实施项目等。对于项目的管理方法和流程，业主应该进行相应系统的建立，可以采用国际原子能机构和IEC（International Electro technical Commission，国际电工委员会）等国际组织所推荐的标准，全面评估国内仪表控制系统的现状。国内核电厂的数字仪表控制技术，初步的规划和可行性探究其实是在整个改造工作的前期进行的。而且，与国家核安全监管部门也保持着长期有效的沟通，是项目实施全过程中不可缺少的环节。只有这样，才可以最大限度地实现改造的整体目标。