核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)基礎(chǔ)_圖文

1、核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)基礎(chǔ) 核電廠儀控系統(tǒng)的特點(diǎn)控制對(duì)象的工藝流程復(fù)雜,監(jiān)測(cè)和控制的參數(shù)多而且各種過(guò)程參數(shù)聯(lián)系密切,1000 MW典型的核電站儀控系統(tǒng)的參數(shù)信息量和指令大約是70009000個(gè)。 系統(tǒng)安全性、可靠性要求高,運(yùn)行質(zhì)量直接與儀控系統(tǒng)性能相關(guān)。反應(yīng)堆工作或停堆后一段時(shí)間內(nèi),大部分設(shè)備人員無(wú)法接近?？刂坪捅O(jiān)測(cè)核燃料裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及堆芯狀態(tài)監(jiān)測(cè)的必要性。大量核物理、熱工、水力及其它一些直接測(cè)量無(wú)法得到的參數(shù)計(jì)算多,且精確性和實(shí)時(shí)性要求高。數(shù)字化儀控系統(tǒng)簡(jiǎn)介數(shù)字化儀控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng),它進(jìn)一步引入和開發(fā)面向狀態(tài)的診斷技術(shù)、智能化報(bào)警技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、符合人因

2、工程要求的人機(jī)界面、先進(jìn)的主控室等現(xiàn)代技術(shù),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(shè)計(jì)技術(shù),以及面向核電廠運(yùn)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(bào)警為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)化操作規(guī)程等。數(shù)字化儀控系統(tǒng)應(yīng)用我國(guó)從96年開始在田灣核電站(俄羅斯VVER-428引進(jìn)數(shù)字化儀控系統(tǒng)(AREVA/SIEMENS-Teleperm XP+Teleperm XS,至今系統(tǒng)已成功運(yùn)行。目前在建核電站如嶺澳二期,已開工和納入計(jì)劃開工的紅沿河、寧德、陽(yáng)江等CPR1000系列核電項(xiàng)目也全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)(安全級(jí)DCS采用三菱MELTAC平臺(tái),非安全級(jí)DCS采用和利時(shí)公司的HOLLiAS平臺(tái)。只是在田

3、灣核電站和嶺澳二期核電站的基礎(chǔ)上通過(guò)紅沿河、寧德、陽(yáng)江等核電項(xiàng)目為依托基本實(shí)現(xiàn)核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化(與國(guó)內(nèi)DCS生產(chǎn)廠家成立廣利核公司。同時(shí)對(duì)于今后的三代EPR和AP1000核電站也將全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)。核電站的儀控系統(tǒng)分類儀控技術(shù)核電站備注二代儀模擬量?jī)x表采用小規(guī)模集成電路和運(yùn)算放大器,邏輯量?jī)x表則采用常規(guī)繼電器等硬邏輯電路來(lái)控制秦山一期FOXBORO公司的SPEC200 反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)升級(jí)為TXS秦山二期KIT/KPS采用HSCAS2000大亞灣Baily9020嶺澳一期(1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)控制采用ALSTOM的P320核電站的儀控系統(tǒng)分類儀控技術(shù)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(shù)字化技術(shù)VVER-428田灣AREVA/SIEMENS-TelepermXP+Teleperm XSCPR1000嶺澳二期(3、4號(hào)機(jī)組CPR1000紅沿河(1、2號(hào)機(jī)組、寧德、陽(yáng)江三菱MELTAC平臺(tái),非安全級(jí)DCS采用和利時(shí)公司的HOLLiAS平臺(tái)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(shù)字化儀控系統(tǒng)主控室自主化設(shè)計(jì)FCD 時(shí)間商運(yùn)時(shí)間全部數(shù)字化儀控自主化設(shè)計(jì)/國(guó)產(chǎn)化開始數(shù)字化儀控系統(tǒng)對(duì)比模擬儀控系統(tǒng)-優(yōu)點(diǎn)

5、具有很好高的控制精確性和很強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算處理、計(jì)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(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜邏輯運(yùn)算處理和計(jì)算功能;以通信網(wǎng)絡(luò)連接各系統(tǒng)設(shè)備,大大減少了連接電纜的數(shù)量,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?能方便有效的實(shí)現(xiàn)具有多重冗余、故障安全和容錯(cuò)等功能,提高了系統(tǒng)可用性和可靠性; 繼電器控制機(jī)柜嶺澳一期(數(shù)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(jìn)主控室照片(三維繪制數(shù)字化儀控系統(tǒng)對(duì)比模擬儀控系統(tǒng)-優(yōu)點(diǎn)能方便、有效的實(shí)現(xiàn)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(kuò)展靈活性好、可組態(tài)性強(qiáng),便于維護(hù);具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)能力,改善了

6、人機(jī)接口。核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)原則 故障安全原則;單一故障原則;多樣性原則;獨(dú)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(jīng)濟(jì)性原則。三代堆型數(shù)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)AP1000數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)為界將整個(gè)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(hù)、控制和監(jiān)測(cè)功能。第0層(處理接口層,包括以下的執(zhí)行部件和設(shè)備:核電廠的執(zhí)行部件(泵和閥控制柜、開關(guān)柜等,敏感元件、一次儀表等以及反應(yīng)堆停堆斷路器;第1層(處理層,包括以下的系統(tǒng):保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(PMS、核電廠控制系統(tǒng)(PLS 、汽輪機(jī)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TOS、堆芯儀表系統(tǒng)(IIS、特殊監(jiān)測(cè)

9、系統(tǒng)(SMS、多樣化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(DAS;總體總體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)AP1000數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)為界將整個(gè)儀表控制系統(tǒng)劃分為四層。(2第2層(通信層為非安全級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng),屬于,它是一個(gè)多重的100M 高速以太網(wǎng)絡(luò),一些重要的系統(tǒng)都連接在該網(wǎng)絡(luò)上;(3第3層(操作員操作和監(jiān)視層為主控制室在內(nèi)的運(yùn)行和控制中心系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示和處理系統(tǒng)。包括以下系統(tǒng):運(yùn)行和控制中心系統(tǒng)(OCS、數(shù)據(jù)顯示和處理系統(tǒng)(DDS 。 兩個(gè)控制系統(tǒng)兩個(gè)控制系統(tǒng)平臺(tái)平臺(tái)AP1000數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)由Ovation 和Common Q 分布式控制系統(tǒng)兩個(gè)平臺(tái)組成。Ovation 平臺(tái)用于組成AP1000核電廠非安全的運(yùn)

10、行、數(shù)據(jù)顯示、控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。Common Q 平臺(tái)用于組成AP1000核電廠保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(PMS 。(1Common Q 平臺(tái)Common Qualified (簡(jiǎn)稱Common Q 安全級(jí)儀表與控制系統(tǒng)平臺(tái)組成AP1000安全級(jí)的儀表與控制系統(tǒng),即AP1000保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(PMS。Common Q 平臺(tái)是CE 核能(CENP 從歐洲ABB 自動(dòng)化產(chǎn)品公司Gmbh 的標(biāo)準(zhǔn)AC160(可編程邏輯控制器PLC 系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的,由經(jīng)過(guò)IE 級(jí)合格鑒定的、專用于核電廠的商業(yè)級(jí)硬件和核電廠專用軟件組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。Common Q 平臺(tái)裝載各種核電廠專用應(yīng)用軟件,以完成核電廠安全系統(tǒng)的應(yīng)用

11、。兩個(gè)控制系統(tǒng)兩個(gè)控制系統(tǒng)平臺(tái)平臺(tái)AP1000數(shù)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(gè)平臺(tái)組成。Ovation 平臺(tái)用于組成AP1000核電廠非安全的運(yùn)行、數(shù)據(jù)顯示、控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。Common Q 平臺(tái)用于組成AP1000核電廠保護(hù)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(PMS 。(2Ovation 平臺(tái)Ovation 平臺(tái)是由美國(guó)艾默生公司開發(fā)和生產(chǎn)的,用于實(shí)現(xiàn)AP1000核電廠的非安全系統(tǒng)的運(yùn)行、數(shù)據(jù)顯示和控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng),將基于和不基于Ovation 平臺(tái)的非安全系統(tǒng)和設(shè)備集成一個(gè)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(gòu)成按系統(tǒng)的功能,整個(gè)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(guān)的系統(tǒng),第二部分是執(zhí)行保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)。與控制室相關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行與控制中心系統(tǒng)(OCS由主控室、遠(yuǎn)程停堆站、應(yīng)急控制設(shè)施、技術(shù)支持中心、就地控制站組成。主控室是運(yùn)行與控制中心最重要的部分之一,它由操縱員臺(tái)、值長(zhǎng)臺(tái)、大屏幕顯示器、控制與顯示設(shè)備等組成。所有的控制將由操縱員在控制臺(tái)上通過(guò)軟操作方式執(zhí)行。操縱員控制臺(tái)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(biāo)、觸摸屏等。操縱員臺(tái)還配置有先進(jìn)的報(bào)警信息系統(tǒng),顯示電廠的異常狀

15、態(tài)以及與報(bào)警信號(hào)相關(guān)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(yīng)用人因工程的設(shè)計(jì)理念充分應(yīng)用人因工程的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu),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(jī)界面機(jī)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(duì)所有安全和非安全相關(guān)設(shè)備安全相關(guān)設(shè)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(bào)警系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)化的運(yùn)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(cè)信息的不間斷提供所選監(jiān)測(cè)信息的不間斷提供所選監(jiān)測(cè)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(nèi)容內(nèi)容內(nèi)容;在Common Q 平臺(tái)下臺(tái)下,主專用安全參數(shù)儀表盤和輔助專用安全參數(shù)儀表盤提供安全相關(guān)控制和人機(jī)界面人機(jī)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(guān)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示與處理系統(tǒng)(DDS數(shù)據(jù)顯示

17、與處理系統(tǒng)包括主控室顯示與數(shù)據(jù)處理設(shè)備、遠(yuǎn)程停堆站、技術(shù)支持中心的顯示與處理設(shè)備,包括核電站報(bào)警系統(tǒng)顯示與處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)化的運(yùn)行與事故處理規(guī)程系統(tǒng),以及分散式電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所執(zhí)行的各種運(yùn)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(jí)數(shù)據(jù)顯示設(shè)備,它的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)屬于保護(hù)與安全系統(tǒng),用于顯示保護(hù)系統(tǒng)與核電站重要的安全狀態(tài)與參數(shù)。執(zhí)行保護(hù)、控制、數(shù)據(jù)處理與監(jiān)測(cè)功能的系統(tǒng)保護(hù)與安全監(jiān)督系統(tǒng)(PMS保護(hù)與安全監(jiān)督系統(tǒng)屬于核安全級(jí)系統(tǒng),執(zhí)行反應(yīng)堆停堆、專設(shè)安全設(shè)施的啟動(dòng)等功能。系統(tǒng)中的設(shè)備(包括傳感器、停堆開關(guān)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(dāng)其中某個(gè)冗

18、余分段或獨(dú)立通道故障時(shí)能自動(dòng)由四取二邏輯轉(zhuǎn)為三取二邏輯,便于維修與定期試驗(yàn)。系統(tǒng)中包含的每個(gè)子系統(tǒng)都接在一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)母線上,以防止故障傳播并增強(qiáng)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(yùn)行所必需的各種功能,它通過(guò)主控室或遠(yuǎn)程停堆站對(duì)非安全有關(guān)設(shè)備執(zhí)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。系統(tǒng)由非安全有關(guān)級(jí)儀表與控制設(shè)備組成,可執(zhí)行改變反應(yīng)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(guān)的各種功能,也提供停堆期間非安全相關(guān)的衰變熱排出系統(tǒng)。系統(tǒng)既有自動(dòng)控制方式,也可執(zhí)行手動(dòng)控制方式。電廠控制系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)是一個(gè)高速冗余通訊網(wǎng)絡(luò),它把對(duì)操縱員有重要意義的各個(gè)系統(tǒng)鏈接起來(lái),此通訊網(wǎng)屬于非安全級(jí)。安全級(jí)系統(tǒng)與此通訊網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系需通過(guò)網(wǎng)關(guān)及核級(jí)隔離器件執(zhí)行,使安全級(jí)系統(tǒng)的功能不會(huì)因非安全級(jí)系統(tǒng)的故障而受影響。功能的系統(tǒng)專用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(SMS專用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含有一個(gè)金屬撞擊監(jiān)測(cè)系統(tǒng),用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)中的金屬碎片對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)件的撞擊。該系統(tǒng)由數(shù)字電路板、控制器、指示器、電源、信號(hào)處理器以及探測(cè)器組成,其中探測(cè)器和信號(hào)處理器是冗余的,以保證單個(gè)探頭或處理器故障時(shí)仍能保持監(jiān)測(cè)功能。功能的系統(tǒng)多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(DAS多樣性驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是為保護(hù)系統(tǒng)提供一種額外的多樣性后備,減小由于保護(hù)與控制系統(tǒng)中不太容易出