某核電廠核三廢處理廠房控制系統PLC整體升級國產化改造

鄭繼龍　徐海心

摘要：核電站的安全性和經濟性始終是人們關注的問題，為了保證核電站的安全性、提高經濟性，數字化儀控系統正開始進入核電站核心控制領域。作為核電站的神經大腦的儀控系統，在國內新建核電站中已經選擇使用國內或者進口的分布式控制系統進行電站儀控系統設計。從工程的總體設計出發，重點討論了工程的硬件、軟件設計以及三廢處理系統的工藝控制過程，并從系統安全設計的角度給出了典型冗余系統設計在總體安全方面需要考慮的內容。文中詳細介紹了硬件選擇的基本原理及輸入輸出卡件的接口特性，并根據IEC6l131、IEC60073的要求進行邏輯程序及人機界面的設計，同時結合工藝控制設計、配電設計、散熱設計、采集控制層網絡數據傳輸響應時間計算機理、冗余設計的模型機理，詳細闡述三廢處理控制系統在安全設計上所考慮的基本內容。同時工程的有效實施鍛煉了一批產品研發及工程實施的隊伍，對我國核電儀控事業的發展奠定了基礎。

關鍵詞：核電，三廢處理，控制，冗余，可靠性

一、項目研究的學術背景

對于核電廠來說，由于存在裂變產物和活化產物， 還會產生些帶有放射性的氣體、液體、廢樹脂和可壓實固體廢物和不可壓實固體廢物。 為了保護環境免受污染， 為防止工作人員和電廠周圍居民受到過量的放射性輻照，核電站在排出或利用這些放射性廢物之前，一定要采用必要的工藝、屏蔽防護對它們進行處理，經監測符合有關標準后再進行排放、貯存或回收再利用。

1.1國內核島三廢處理控制系統的發展概況

正運行的壓水堆核電站商用：大亞灣核電站、嶺澳一期核電站、秦山二期核電站，前兩座核電站的三廢處理控制系統目前使用的是純模擬控制技術，包括模擬儀表+繼電器邏輯盤盤+二極管指示燈+手動電氣操作開關，秦山二期核電站的三廢處理控制系統使用 MODICON公司的 Quantum系列PLC，嶺澳二期核電站以核電站建設國產化為例，選擇在核島三廢處理控制系統上第一次嘗試使用純國產化系統進行核電站數字控制系統技術的應用，最終達到向整個電站推廣國產化系統的目

1.儀控系統在核電站領域的應用

核電站的重要組成部分核電站的儀控系統， 機組的安全可靠、經濟運行已經在程度上取決于儀控系統的性能水平。 從我國已經建成的和在建的核電工程來看，核電站的儀控系統經歷了三個階段。 第一階段， 模擬量組合單元儀表為主控制系統。其模擬量儀表采用小規模集成電路運算放大器為基礎的元件來控制， 硬邏輯電路來控制邏輯量儀表采用繼電器，因而系統所需要的儀表控制器件數量多運行操作管理和維護工作任務重，大部分采用手動操作，主控室布局也顯得較大。

第二階段主要的， 是以模擬量和數字量混合運用的主控制系統，這一類實際是核島系統仍采用小規模集成電路運算放大器為基礎的模擬量元件來控制。 而部分常規島， 輔助系統采用到的是PLC自動控制系統，結合軟件自診斷技術、冗余技術和網絡通信技術，減少很多硬接線和就地控制柜，提高了系統運行可靠性。

第三階段被稱為全數字化儀表控制系統，它將應用成熟的常規電站分布式控制系統加以改進并移植過來，全面應用在常規島、BOP、核島部分，構成核電站全新數字化儀表控制系統。

二、核島三廢處理控制系統的總體設計

2.1系統結構

控制系統是以冗余工業以太網組成的監控網， 還有系統網為骨干網的分布式控制系統。整個控制系統劃分為3個功能層次： 采集控制層、數據服務層和操作層。系統配置臺系統服務器、1臺工程師站、臺操作員站，臺通信控制站及8臺控制站，每臺控制站由相應的控制柜和擴展柜組成，DCS機柜用來安裝CPU單元I/0模塊等設備，其中的臺操作員站各配置四屏顯示卡，用于連接3臺顯示器滿足操作需要。 服務器站與控制站之間采用冗余工業以太網連接， 服務器與操作員站之間都通過冗余以太網連接?？刂普镜腃PU單元與D/0模塊之間通過現場總線Profi Bus-DP連接。為了區分不同應用的具體要求，保證數據傳輸的實時性和安全性，網絡均按照全冗余方式配置。系統服務器/歷史數據站采用冗余配置。 任一系統服務器的故障， 都不會影響系統的正常運行，也不會丟失數據設計原則？

2.2故障安全準則

單一故障不引起核島處理控制系統的整體故障，某個區域的故障只是部分降低整個控制系統的控制功能，不降低系統的整體功能控制功能的分組劃分，重要關鍵的工藝控制環節均在不同的控制站中配置，如3TEP、4TEP分別布置在104、16a控制站，8TFP的00EV和00 EV布置在1控制站4TEG.8TEG和TBs也是按照機組分開布置，當出現某個控制站功能

故障時能通過另一個控制站的另 一控制序列保證系統功能控制系統的關健設備冗余配置， 控制系統內的單一故障（例如電源故障和網絡故障）不會導致運行設備與備用設備同時不能運行。

2.3設備分級要求

安全等級：非安全級

抗震等級非抗震級

控制系統和設備接地方式為單點接地。各電子機柜中設有獨立的保護地、信號參考地、屏敝地及相應接地銅排。 廠區電氣專業接地網接地電阻到控制系統接地級， 系統只允許一點接地，與電氣接地網共地。 嚴格區分不同性質的地， 做到不混接，不同性質的地用分干線接入各自的匯流板（或者直接接入總的匯流板各匯流板用總干線接入公共接地極（網），在最終處匯入一點接地。具體系統接地.

3供配電設計

設備電子間布置臺電源柜為KSN系統供電，1號電源框分A、B丙路為3#、4樂統提供0AC電源，設計包括3明主機、4UFS主機和個UPs電池包，號電四柜設計為A、B兩路為據機組提供0VAC電源。同時兩個電源框也接收3機組，4機組，8機組的A路、B路48VDC電源給現場配電同時提供DI點查詢電源現場配電和D點查詢電源配電分開典型系統配電原理.4數字控制系統較模擬系統的優越性

國內早期的核電站儀控系統全部為模擬式控制系統，比如儀控改造前的大亞灣核電站、嶺澳一期核電站、秦山一朋核電站等，隨著電站運行管理要求的加強，模擬系統已經越來越不能滿足實際機組的運行要求，并且由于模擬技術本身的維護困難、不能實現通訊傳輸、系統之問數據很難共享、能耗高、可靠性低等缺點很難采用信息化手段進行電站的上層協詞管理，國產化數字儀控廠商以解決目前核電站儀控系統需求為時機，提出了核電站控制系統進行了全面數字化設計改造的方案。

數字儀控系統的強大處理能力能夠實現更復雜的控制邏輯， 執行的能力更快出錯幾率，使小數字儀控系統能夠有效地處理非線性因素， 在設計工況下均能提供最佳控制。

三、核島三廢處理工藝系統控制設計

3.1工藝系統總體介紹

對核電廠運行過程來說， 必然會產生一些放射性廢物，對這些廢物，我們在貯存、排放或利用之前，要限制各種排出物的放射性活度。對其進行處理的設備通常有收集、貯存、處理、監測、排故、再利用等一套處理工藝，根據排出物的處理種類將其分為液體、氣體、廢濾芯、固體。

提高了系統的控精度和自動化水平，易于實現全廠一體化增強了控制系統的可靠性，保證了安全運行控制系統更為柔性，修改方使，控制質量能得到提高縮短了系統開發周期，降低了控制系統的成本實現了核電站控制系統的第一套國產化，捉高了對核電站控制系統的保障水總之，基于DCS的三廢處理控制系統對于提高機組安全性、控制精度、自動化四、核島三廢處理控制系統硬件設計

4.1Dcs控制系統的原理

DS又是分布式控制系統DCS控制系統，它是以微處理器為基礎， 綜合一種工業自動控制裝置，包括計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數字技術和通信網絡技術發展起來，具有面向控制過程、面用戶、適應工業環境、操作方便、可靠性高等優點。

五、工藝系統控制方式的安全性分析

三度處理控制系統的單個控制站的主控按照1：1兀余方案配置，系統支持無擾換，對于關鍵工藝系線，通過功能分站的方式保護工藝之聞的獨立性以及不同機組同工藝之間的冗余互補性，在數據庫通道分配的過程中，具有冗余功能的通道布置在不同卡件上，站間參與邏輯運算的信息點，采用一定的方式布置，對于上下發的指令采用短指令形式，減少上位故障造成的影響。

六、結論

本項目分別從學術背景及國內在役核電站同類系統儀控系統的運行情況、系統的總體設計、具體的工藝控制方式、工程實施中所用硬件軟件平臺的工程設計以及儀控系統的關鍵性安全機制的研究幾個方面系統闡述了百萬千瓦壓水堆數字化核島三廢處理控制系統的PLC整體升級國產化改造項目，為系統儀器控制等方面提供了可靠的理論設計，并給予了解決方案，足以證明系統滿足核電站三廢處理控制系統的實際應用。

參考文獻

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