核電廠數字化儀控系統(tǒng)基礎_圖文

1、核電廠數字化儀控系統(tǒng)基礎 核電廠儀控系統(tǒng)的特點控制對象的工藝流程復雜,監(jiān)測和控制的參數多而且各種過程參數聯系密切,1000 MW典型的核電站儀控系統(tǒng)的參數信息量和指令大約是70009000個。 系統(tǒng)安全性、可靠性要求高,運行質量直接與儀控系統(tǒng)性能相關。反應堆工作或停堆后一段時間內,大部分設備人員無法接近。控制和監(jiān)測核燃料裂變鏈式反應及堆芯狀態(tài)監(jiān)測的必要性。大量核物理、熱工、水力及其它一些直接測量無法得到的參數計算多,且精確性和實時性要求高。數字化儀控系統(tǒng)簡介數字化儀控系統(tǒng)是以計算機、網絡通訊為基礎的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng),它進一步引入和開發(fā)面向狀態(tài)的診斷技術、智能化報警技術、數據庫技術、符合人因

2、工程要求的人機界面、先進的主控室等現代技術,并采用系統(tǒng)化的控制室功能分析和分配、操縱員作業(yè)分析等設計技術,以及面向核電廠運行安全狀態(tài)的操作員支持系統(tǒng)包括智能診斷與智能報警為基礎的計算機化操作規(guī)程等。數字化儀控系統(tǒng)應用我國從96年開始在田灣核電站(俄羅斯VVER-428引進數字化儀控系統(tǒng)(AREVA/SIEMENS-Teleperm XP+Teleperm XS,至今系統(tǒng)已成功運行。目前在建核電站如嶺澳二期,已開工和納入計劃開工的紅沿河、寧德、陽江等CPR1000系列核電項目也全部采用數字化儀控系統(tǒng)(安全級DCS采用三菱MELTAC平臺,非安全級DCS采用和利時公司的HOLLiAS平臺。只是在田

3、灣核電站和嶺澳二期核電站的基礎上通過紅沿河、寧德、陽江等核電項目為依托基本實現核電站數字化儀控系統(tǒng)的國產化(與國內DCS生產廠家成立廣利核公司。同時對于今后的三代EPR和AP1000核電站也將全部采用數字化儀控系統(tǒng)。核電站的儀控系統(tǒng)分類儀控技術核電站備注二代儀模擬量儀表采用小規(guī)模集成電路和運算放大器,邏輯量儀表則采用常規(guī)繼電器等硬邏輯電路來控制秦山一期FOXBORO公司的SPEC200 反應堆保護系統(tǒng)升級為TXS秦山二期KIT/KPS采用HSCAS2000大亞灣Baily9020嶺澳一期(1、2號機組汽輪機控制采用ALSTOM的P320核電站的儀控系統(tǒng)分類儀控技術核電站備注二代加常規(guī)儀表加分散

4、控制系統(tǒng)(DCS的方式嶺澳秦山二期翻板核電站第三代全數字化技術VVER-428田灣AREVA/SIEMENS-TelepermXP+Teleperm XSCPR1000嶺澳二期(3、4號機組CPR1000紅沿河(1、2號機組、寧德、陽江三菱MELTAC平臺,非安全級DCS采用和利時公司的HOLLiAS平臺EPR AREVA/SIEMENS-TelepermXP+Teleperm XSAP1000愛默生公司的OVATION 和ABB 公司的COMMON Q(AC160儀控系統(tǒng)數字化儀控系統(tǒng)主控室自主化設計FCD 時間商運時間全部數字化儀控自主化設計/國產化開始數字化儀控系統(tǒng)對比模擬儀控系統(tǒng)-優(yōu)點

5、具有很好高的控制精確性和很強大的邏輯運算處理、計算能力,能顯著提高了儀控系統(tǒng)的綜合性能,完成以往模擬儀控系統(tǒng)所無法實現的復雜邏輯運算處理和計算功能;以通信網絡連接各系統(tǒng)設備,大大減少了連接電纜的數量,提高了數據傳輸的可靠性;能方便有效的實現具有多重冗余、故障安全和容錯等功能,提高了系統(tǒng)可用性和可靠性; 繼電器控制機柜嶺澳一期(數量大、檢修靠人工 嶺澳一期核電站模擬主控室 嶺澳二期核電站先進主控室照片(三維繪制數字化儀控系統(tǒng)對比模擬儀控系統(tǒng)-優(yōu)點能方便、有效的實現具有系統(tǒng)在線檢查和自診斷功能,有助于故障分析和判斷;系統(tǒng)擴展靈活性好、可組態(tài)性強,便于維護;具有強大的數據處理、數據和存儲能力,改善了

6、人機接口。核電廠數字化儀控系統(tǒng)功能設計原則 故障安全原則;單一故障原則;多樣性原則;獨立性原則;冗余性原則;共模故障最小原則;節(jié)能降耗原則;經濟性原則。三代堆型數字化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 總體總體結構結構AP1000數字化儀表控制系統(tǒng)總體結構以實時數據網為界將整個儀表控制系統(tǒng)劃分為四層。(1第0層和第1層執(zhí)行核電廠的保護、控制和監(jiān)測功能。第0層(處理接口層,包括以下的執(zhí)行部件和設備:核電廠的執(zhí)行部件(泵和閥控制柜、開關柜等,敏感元件、一次儀表等以及反應堆停堆斷路器;第1層(處理層,包括以下的系統(tǒng):保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)(PMS、核電廠控制系統(tǒng)(PLS 、汽輪機控制和監(jiān)測系統(tǒng)(TOS、堆芯儀表系統(tǒng)(IIS、特殊監(jiān)測

9、系統(tǒng)(SMS、多樣化驅動系統(tǒng)(DAS;總體總體結構結構AP1000數字化儀表控制系統(tǒng)總體結構以實時數據網為界將整個儀表控制系統(tǒng)劃分為四層。(2第2層(通信層為非安全級的實時數據網,屬于,它是一個多重的100M 高速以太網絡,一些重要的系統(tǒng)都連接在該網絡上;(3第3層(操作員操作和監(jiān)視層為主控制室在內的運行和控制中心系統(tǒng)和數據顯示和處理系統(tǒng)。包括以下系統(tǒng):運行和控制中心系統(tǒng)(OCS、數據顯示和處理系統(tǒng)(DDS 。 兩個控制系統(tǒng)兩個控制系統(tǒng)平臺平臺AP1000數字化儀表控制系統(tǒng)由Ovation 和Common Q 分布式控制系統(tǒng)兩個平臺組成。Ovation 平臺用于組成AP1000核電廠非安全的運

10、行、數據顯示、控制和監(jiān)測系統(tǒng)。Common Q 平臺用于組成AP1000核電廠保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)(PMS 。(1Common Q 平臺Common Qualified (簡稱Common Q 安全級儀表與控制系統(tǒng)平臺組成AP1000安全級的儀表與控制系統(tǒng),即AP1000保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)(PMS。Common Q 平臺是CE 核能(CENP 從歐洲ABB 自動化產品公司Gmbh 的標準AC160(可編程邏輯控制器PLC 系統(tǒng)發(fā)展而來的,由經過IE 級合格鑒定的、專用于核電廠的商業(yè)級硬件和核電廠專用軟件組成的計算機系統(tǒng)。Common Q 平臺裝載各種核電廠專用應用軟件,以完成核電廠安全系統(tǒng)的應用

11、。兩個控制系統(tǒng)兩個控制系統(tǒng)平臺平臺AP1000數字化儀表控制系統(tǒng)由Ovation 和Common Q(Common Qualified Platform 分布式控制系統(tǒng)兩個平臺組成。Ovation 平臺用于組成AP1000核電廠非安全的運行、數據顯示、控制和監(jiān)測系統(tǒng)。Common Q 平臺用于組成AP1000核電廠保護和安全監(jiān)測系統(tǒng)(PMS 。(2Ovation 平臺Ovation 平臺是由美國艾默生公司開發(fā)和生產的,用于實現AP1000核電廠的非安全系統(tǒng)的運行、數據顯示和控制監(jiān)測系統(tǒng),將基于和不基于Ovation 平臺的非安全系統(tǒng)和設備集成一個體系。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系統(tǒng)構成按系統(tǒng)的功能,整個系統(tǒng)可分為2大部分7大系統(tǒng)。第一部分是與控制室相關的系統(tǒng),第二部分是執(zhí)行保護、控制、數據處理與監(jiān)測功能的系統(tǒng)。與控制室相關的系統(tǒng)運行與控制中心系統(tǒng)(OCS由主控室、遠程停堆站、應急控制設施、技術支持中心、就地控制站組成。主控室是運行與控制中心最重要的部分之一,它由操縱員臺、值長臺、大屏幕顯示器、控制與顯示設備等組成。所有的控制將由操縱員在控制臺上通過軟操作方式執(zhí)行。操縱員控制臺是主控室的核心,配置有一組彩色圖形顯示器及軟操作裝置(如鍵盤、鼠標、觸摸屏等。操縱員臺還配置有先進的報警信息系統(tǒng),顯示電廠的異常狀

15、態(tài)以及與報警信號相關的信息。Main Control Room 主控室采用緊湊布置主控室采用緊湊布置,充分應用人因工程的設計理念充分應用人因工程的設計理念。AP AP100100100采用采用采用緊湊型主控制室緊湊型主控制室緊湊型主控制室結構結構結構,主操縱員主操縱員界面界面界面配備配備配備Ovation Ovation Ovation分散式控制系統(tǒng)人分散式控制系統(tǒng)人機界面機界面:包括為操縱員提供全面顯示的電站信息顯示操縱員提供全面顯示的電站信息顯示系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)、對所有安全和非安全相關設備安全相關設備系統(tǒng)的系統(tǒng)的系統(tǒng)的軟軟控制控制、一套多方面報警系統(tǒng)和計算機化的運行程序6主控制室還配備一套壁屏

16、式信息顯示主控制室還配備一套壁屏式信息顯示系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng),可以可以不間斷提供所選監(jiān)測信息的不間斷提供所選監(jiān)測信息的不間斷提供所選監(jiān)測信息的大大屏幕顯示屏幕顯示,操縱員操縱員能在大屏幕上能在大屏幕上能在大屏幕上突出顯示突出顯示突出顯示DCS DCS DCS系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)上的顯示上的顯示上的顯示內容內容內容;在Common Q 平臺下臺下,主專用安全參數儀表盤和輔助專用安全參數儀表盤提供安全相關控制和人機界面人機界面監(jiān)控監(jiān)控。Main control room Main control room Main Control Room 3D Model 與控制室相關的系統(tǒng)數據顯示與處理系統(tǒng)(DDS數據顯示

17、與處理系統(tǒng)包括主控室顯示與數據處理設備、遠程停堆站、技術支持中心的顯示與處理設備,包括核電站報警系統(tǒng)顯示與處理系統(tǒng)、計算機化的運行與事故處理規(guī)程系統(tǒng),以及分散式電廠計算機系統(tǒng)所執(zhí)行的各種運行日志記錄、歷史記錄、軟件文檔的顯示與處理。主控室中還包括有安全級數據顯示設備,它的數據處理系統(tǒng)屬于保護與安全系統(tǒng),用于顯示保護系統(tǒng)與核電站重要的安全狀態(tài)與參數。執(zhí)行保護、控制、數據處理與監(jiān)測功能的系統(tǒng)保護與安全監(jiān)督系統(tǒng)(PMS保護與安全監(jiān)督系統(tǒng)屬于核安全級系統(tǒng),執(zhí)行反應堆停堆、專設安全設施的啟動等功能。系統(tǒng)中的設備(包括傳感器、停堆開關裝置等大都采用四重冗余,按四取二邏輯工作,具有很高的可靠性。當其中某個冗

18、余分段或獨立通道故障時能自動由四取二邏輯轉為三取二邏輯,便于維修與定期試驗。系統(tǒng)中包含的每個子系統(tǒng)都接在一個獨立的計算機母線上,以防止故障傳播并增強高可用性。 功能的系統(tǒng)電廠控制系統(tǒng)(PLS電廠控制系統(tǒng)為電廠提供從冷停堆到滿功率正常運行所必需的各種功能,它通過主控室或遠程停堆站對非安全有關設備執(zhí)行控制來實現上述功能。系統(tǒng)由非安全有關級儀表與控制設備組成,可執(zhí)行改變反應堆功率、控制穩(wěn)壓器壓力與水位、控制主給水流量等與發(fā)電相關的各種功能,也提供停堆期間非安全相關的衰變熱排出系統(tǒng)。系統(tǒng)既有自動控制方式,也可執(zhí)行手動控制方式。電廠控制系統(tǒng)中的實時數據通訊網是一個高速冗余通訊網絡,它把對操縱員有重要意義的各個系統(tǒng)鏈接起來,此通訊網屬于非安全級。安全級系統(tǒng)與此通訊網絡的聯系需通過網關及核級隔離器件執(zhí)行,使安全級系統(tǒng)的功能不會因非安全級系統(tǒng)的故障而受影響。功能的系統(tǒng)專用監(jiān)測系統(tǒng)(SMS專用監(jiān)測系統(tǒng)包含有一個金屬撞擊監(jiān)測系統(tǒng),用于監(jiān)測反應堆冷卻劑系統(tǒng)中的金屬碎片對系統(tǒng)內部構件的撞擊。該系統(tǒng)由數字電路板、控制器、指示器、電源、信號處理器以及探測器組成,其中探測器和信號處理器是冗余的,以保證單個探頭或處理器故障時仍能保持監(jiān)測功能。功能的系統(tǒng)多樣性驅動系統(tǒng)(DAS多樣性驅動系統(tǒng)的作用是為保護系統(tǒng)提供一種額外的多樣性后備,減小由于保護與控制系統(tǒng)中不太容易出