導讀：日本福島發生核事故之後

，客觀上對核電安全的要求提高，這也給儀控設備行業帶來了新的發展機遇，同時也對儀控技術與裝置的研究、設計
、製造
、選型、應用、維護提出了越來越高的要求。全數字化儀控係統的應用將對確保核電廠的安全、可靠、經濟運行
，起到至關重要的作用。

   今年5月，首屆中國(國際)核電儀控技術大會在北京召開，包括國家核安全主管部門
、電力企業、科研院所以及核電儀控設備供應商等方麵的200餘名專家，對國內外核電儀控技術的現狀和發展趨勢進行交流與研討。

　　全數字化是發展趨勢

　　核電站從工程管理、工程設計、設備製造

、工程建設、安全運行和退役，無一不體現高端技術。儀控係統就是其中一項重要的組成部分。

　　中核集團科技委副主任、中(zhong)國(guo)工(gong)程(cheng)院(yuan)院(yuan)士(shi)葉(ye)奇(qi)蓁(zhen)認(ren)為(wei)
，雖(sui)然(ran)國(guo)內(nei)核(he)電(dian)行(xing)業(ye)采(cai)用(yong)數(shu)字(zi)化(hua)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)還(hai)處(chu)於(yu)起(qi)步(bu)階(jie)段(duan)，但(dan)隨(sui)著(zhe)全(quan)球(qiu)信(xin)息(xi)化(hua)和(he)數(shu)字(zi)化(hua)技(ji)術(shu)的(de)迅(xun)猛(meng)發(fa)展(zhan)，核(he)電(dian)儀(yi)表(biao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)是(shi)當(dang)前(qian)核(he)電(dian)技(ji)術(shu)發(fa)展(zhan)的(de)必(bi)然(ran)趨(qu)勢(shi)。

　　日本福島發生核事故之後，客觀上對核電安全的要求提高

，這也給儀控設備行業帶來了新的發展機遇
，同時也對儀控技術與裝置的研究、設計
、製造、選型、應用、維護提出了越來越高的要求。全數字化儀控係統的應用將對確保核電廠的安全、可靠、經濟運行，起到至關重要的作用。

　　作(zuo)為(wei)全(quan)數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)控(kong)係(xi)統(tong)在(zai)國(guo)內(nei)首(shou)次(ci)應(ying)用(yong)的(de)江(jiang)蘇(su)田(tian)灣(wan)核(he)電(dian)站(zhan)，其(qi)出(chu)色(se)的(de)運(yun)行(xing)業(ye)績(ji)為(wei)核(he)電(dian)站(zhan)儀(yi)控(kong)領(ling)域(yu)的(de)發(fa)展(zhan)提(ti)供(gong)了(le)良(liang)好(hao)實(shi)踐(jian)。全(quan)數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)控(kong)係(xi)統(tong)降(jiang)低(di)了(le)人(ren)為(wei)誤(wu)操(cao)作(zuo)引(yin)起(qi)的(de)非(fei)計(ji)劃(hua)停(ting)堆(dui)停(ting)機(ji)的(de)概(gai)率(lv)，並(bing)從(cong)軟(ruan)件(jian)和(he)硬(ying)件(jian)上(shang)確(que)保(bao)了(le)電(dian)站(zhan)安(an)全(quan)係(xi)統(tong)的(de)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)；全數字化儀控係統自田灣核電站投入臨時運行至今一直穩定運行，從未發生由於係統軟件或硬件原因造成的非計劃停堆；與傳統的模擬儀控係統相比
，數字化儀控係統大大提高了核電廠運行的效率、安全性和可靠性。

　　田灣核電站的投運
，標誌著國內核電市場全數字化儀控時代已到來，目前在建的核電站均采用了全數字化的儀控技術。

　　何為數字化儀控係統

　　據北京廣利核係統工程有限公司總工程師朱毅明介紹， 核電儀控係統是核電站“神經中樞”

，體現了工業控製領域的前沿技術

，可分為模擬、模擬加數字、全數字三種類型，經曆了三代的發展過程。

　　最早是上世紀60年代
，核電站是完全基於模擬組合儀表和繼電器的設計，這種設計還是比較可靠的
，狀況良好,盡管功能比較簡單
，維修起來比較費勁
，但運行效果還是不錯的。

　　目前在國內的核電站基本上都是第二代
，控製係統基本沿用了模擬單元組合式儀表
，加入了計算機數據采集係統(DAS)
，包括數據的采集、顯示、報警和日誌記錄
、趨勢的記錄等
，與國內上世紀80年代火電廠的技術水平差不多。

　　全數字化的核電站儀控係統是第三代產品
，它的控製層、監控層完全計算機化，實現先進主控室的設計，控製回路也根據計算機化的特點進行了改進，而不是把原來模擬係統的邏輯圖、原理圖直接拿過來用計算機實現。計算機係統是有其特點的，所以必須改進之後才能應用於DCS(分散式控製係統)
，田灣核電站是世界第一家使用全數字化控製係統的新建核電站。

　　在大亞灣和秦山核電站,反應堆保護係統是組合式模擬儀表加繼電器邏輯
；到上世紀90年nian代dai，嶺ling澳ao等deng核he電dian站zhan加jia入ru了le采cai集ji係xi統tong，在zai主zhu控kong室shi有you幾ji個ge終zhong端duan來lai顯xian示shi采cai集ji的de數shu據ju和he報bao警jing

，模mo擬ni操cao作zuo盤pan台tai加jia上shang數shu字zi化hua采cai集ji係xi統tong
，常chang規gui島dao與yu一yi般ban的de火huo電dian廠chang基ji本ben相xiang同tong，采cai用yongDCS，核島控製係統比較重要，沿用了組合式儀表。2000年以來，田灣等在建的核電站都用到了全數字化的控製係統, 主控室模擬盤大大縮小，甚至隻剩下一個緊急操作盤，保護係統也升級為基於核安全級的DCS。

　　朱毅明把核電儀控係統分為三個層次：

　　一是儀表和執行器層次。核電站儀控係統的最基礎層次是儀表和執行器層,無論是火電
、核電、輕工、化工、石化，與主設備打交道的主要是傳統的變送器
、傳感器和執行器等。目前在核電站中大部分都是采用模擬技術，數字化技術很少采用，在信號傳輸方麵也沒有采用現場總線技術。

　　二是控製層次。控製層基於數據采集單元


、DCS控製站和PLC產品，完成現場信號輸入輸出、自動控製和保護功能。

　　三是監控層次。傳統的主控室基於老式的模擬盤，有點像上世紀70年nian代dai火huo電dian廠chang的de大da型xing模mo擬ni操cao作zuo盤pan
，上shang麵mian有you一yi些xie計ji算suan機ji化hua的de數shu據ju采cai集ji係xi統tong。新xin型xing的de主zhu控kong室shi已yi經jing取qu消xiao了le模mo擬ni盤pan，完wan全quan采cai用yong計ji算suan機ji化hua的de操cao作zuo界jie麵mian
，每mei個ge操cao作zuo員yuan麵mian前qian會hui有you5~6台操作終端，但會保留有少量的後備手動操作手段
，作為計算機係統的後備。

　　儀控係統安全分級

　　據朱毅明介紹，各國對核電儀控係統設備的安全分級有很多種方式。比如
，歐洲和美國的分類方法就不相同。美國隻有核安全級(lE)和非安全級(NC)，歐洲的分類方式比較複雜，在歐洲主導的IEC 61226 標程中
，將安全性重要的儀控係統分為A 、B 、C 三個等級。

　　在zai美mei國guo，儀yi表biao和he執zhi行xing器qi層ceng次ci由you安an全quan級ji和he非fei安an全quan級ji設she備bei組zu成cheng，安an全quan級ji設she備bei中zhong包bao括kuo一yi些xie核he專zhuan用yong的de核he測ce儀yi表biao，如ru中zhong子zi通tong量liang的de測ce量liang和he與yu反fan應ying堆dui相xiang關guan的de特te殊shu的de變bian送song器qi、chuanganqi。chucizhiwai，haiyaoyongdaohenduohejidechangguiyibiao。zhezhonghejishebeideshejizhizao，xuyaoqudeguojiabanfadexukezheng。zaifeihejideshebeizhong，chuleyixiehedianzhan、反應堆專用的儀器儀表
，大多是壓力、流量、溫度傳感器和變送器，與普通發電設備應用的沒有太大的差異
，這部分設備的量也是很大的。

　　在控製層，分為核島
、常規島

、BOP等部分。核島的運行控製要歸到核安全級係統，因為其保證電廠處於正常穩定的運行工況。核安全級係統包括反應堆保護係統
、專設安全設施控製(安注、安噴
、輔助給水、安全殼隔離等)
，還有一些相關的測量係統。如棒控棒位係統、堆芯測量係統。常規島部分基本全是非安全級的；BOP 部分也基本上是非安全設備,如放射性廢物處理、壓縮空氣、除鹽水
、製氫、輻射監測、安防係統等。在監控層
，除了主控室外，還有遠程停堆操作站，當主控室不可用時
，操作人員可以在遠程停堆操作站停止反應堆反應。

　　數字化儀控係統安全分級

　　據朱毅明介紹，核電數字化儀控係統也分為非安全級(NC)、安全級(1E) 二類。非安全級主要完成機組在運行狀態下的自動控製和監控操作，也叫做運行儀控係統；安全級主要完成在事故工況下的保護和事故緩解功能，主要包括反應堆跳堆、專設安全設施控製
、事故後監視等功能。

　　一
、非安全級DCS。從(cong)核(he)電(dian)站(zhan)方(fang)麵(mian)講(jiang)

，核(he)電(dian)站(zhan)不(bu)願(yuan)意(yi)采(cai)用(yong)數(shu)字(zi)化(hua)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)有(you)二(er)個(ge)顧(gu)慮(lv)。一(yi)是(shi)因(yin)為(wei)數(shu)字(zi)化(hua)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)都(dou)是(shi)采(cai)用(yong)馮(feng)諾(nuo)依(yi)曼(man)計(ji)算(suan)機(ji)基(ji)本(ben)結(jie)構(gou)
，這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)的(de)計(ji)算(suan)機(ji)會(hui)不(bu)會(hui)在(zai)某(mou)種(zhong)特(te)定(ding)情(qing)況(kuang)下(xia)導(dao)致(zhi)全(quan)部(bu)失(shi)效(xiao)? 比如2000年世界範圍內曾經爆發過“千年蟲”。ershiruanjiandekekaoxingwenti。ruanjiandekekaoxingwentishiyigeshijiejidenanti，hennanduiruanjiandekekaoxingjinxinglianghuapinggu。guowaiduiyuyingjiandekekaoxingyijingyanjiulejishinian
，shikeyiyingyonggailvlundefangfajinxinglianghuade。fuzaruanjiandequexianshibukebimiande,如(ru)果(guo)要(yao)求(qiu)將(jiang)數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)控(kong)係(xi)統(tong)軟(ruan)件(jian)的(de)所(suo)有(you)條(tiao)件(jian)組(zu)合(he)進(jin)行(xing)全(quan)覆(fu)蓋(gai)測(ce)試(shi)
，將(jiang)是(shi)一(yi)個(ge)天(tian)文(wen)數(shu)字(zi)，沒(mei)有(you)任(ren)何(he)人(ren)任(ren)何(he)國(guo)家(jia)能(neng)夠(gou)做(zuo)到(dao)。所(suo)以(yi)，造(zao)成(cheng)了(le)核(he)電(dian)場(chang)對(dui)使(shi)用(yong)基(ji)於(yu)軟(ruan)件(jian)的(de)數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)控(kong)係(xi)統(tong)是(shi)非(fei)常(chang)謹(jin)慎(shen)的(de)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)安(an)全(quan)級(ji)、非安全級采用不同廠家的設備或不同設計技術的設備，這是一種多樣化的措施，可以避免控製係統和安全係統同時出現問題的情況。

　　核電站非安全級DCS與火電廠DCS的差異主要在於可靠性和可維護性的不同。核電站出於運營的需要
，要求產品至少能夠在現場運行10~15年，維護期20~25年，這對廠家來說是非常困難的。很多芯片、顯示器、計算機等零部件和裝置都已經停產，而DCS廠家卻還要維護下去。在一些核電站，對於DCS還有抗地震要求，要求在SLl/SL2地震條件下保持係統功能的完整性。

　　二

、核安全級DCS。這部分是與火電廠不同的，反應堆保護係統是核安全級DCS 重要的應用,基本是按照獨立多通道設計。目前運行的大亞灣、嶺澳一期核電站均采用模擬組合儀表、繼電器和磁邏輯的反應堆保護係統, 田灣核電站在國內首先采用基於數字化技術的反應堆保護係統, 嶺澳二期和秦山一期保護係統改造也采用了類似的係統。

　　目前
，核安全級DCS研發最大的問題是軟件的可靠性。目前，軟件可靠性無法量化。

　　核安全級DCS對於實時性要求很高，在DCS係統中，實時性一方麵意味運算周期短，但更主要的是確定性。核安全級DCS對於信息安全有很高的要求，程序和數據受到保護，不受偶然的或者惡意的原因而遭到破壞

、更改。數據真實性和完整性在儀控係統中更為重要，數據校驗和冗餘是有效的方法。

　　國產化是突破重點

　　據了解
，國內的核電站數字化儀控係統發展了很多年，但是因為市場太小，過去20多年就3~5個項目
，發展緩慢。但現在不一樣，在建就是幾十台,將來還會有幾十台，市場容量擴大了。

　　數字化儀表控製係統控製著核電站300多個係統近萬套設備，是核電站的“控製中樞”和“神經中樞”，核電站數字化儀控係統由於安全性、可靠性要求極高，是核電裝備國產化最重要
、最困難的部分。而控製係統一直是我國成套裝備國產化的薄弱環節。

　　目(mu)前(qian)，國(guo)內(nei)核(he)電(dian)站(zhan)數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)控(kong)係(xi)統(tong)和(he)關(guan)鍵(jian)儀(yi)控(kong)設(she)備(bei)主(zhu)要(yao)被(bei)國(guo)外(wai)技(ji)術(shu)所(suo)壟(long)斷(duan)
，已(yi)投(tou)運(yun)或(huo)已(yi)開(kai)工(gong)建(jian)設(she)的(de)國(guo)內(nei)核(he)電(dian)站(zhan)項(xiang)目(mu)
，所(suo)采(cai)用(yong)的(de)全(quan)數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)控(kong)係(xi)統(tong)均(jun)直(zhi)接(jie)采(cai)用(yong)國(guo)外(wai)產(chan)品(pin)和(he)技(ji)術(shu)，或(huo)者(zhe)由(you)國(guo)外(wai)公(gong)司(si)總(zong)承(cheng)包(bao)。數(shu)字(zi)化(hua)儀(yi)表(biao)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)自(zi)主(zhu)化(hua)
，成(cheng)為(wei)我(wo)國(guo)大(da)規(gui)模(mo)建(jian)設(she)核(he)電(dian)機(ji)組(zu)必(bi)須(xu)突(tu)破(po)的(de)核(he)心(xin)技(ji)術(shu)之(zhi)一(yi)。

　　“本次大會為核科學和儀器儀表領域專家的學術交流搭建了一個良好的平台

，對於推動我國核電儀控技術的發展，促進產

、學、研、用緊密結合
，推動我國核電儀控學術界的國際交流，有非常重要的意義。”國家環保部核安全管理司司長劉華在第一屆中國(國際)核電儀控技術大會上指出。

　　據悉
，經過多年努力，我國已確立了較為完整的核電儀控設備設計、製zhi造zao安an全quan規gui範fan，形xing成cheng了le一yi批pi相xiang對dui成cheng熟shu的de核he電dian儀yi控kong設she備bei供gong應ying商shang，國guo產chan化hua程cheng度du得de到dao不bu斷duan提ti升sheng。其qi中zhong
，核he電dian站zhan非fei安an全quan級ji數shu字zi化hua儀yi控kong係xi統tong已yi經jing完wan全quan實shi現xian自zi主zhu化hua；heanquanjishuzihuakongzhipingtaiyanzhiyequdeletupoxingjinzhan，fabulejuyouwanzhengzizhuzhishichanquanjudeyuanliyangjijieduandeyanzhichengguo。guochanhuayikongjishudefazhanjiangweihediananquanjiaqigengweiwengudefanghuwang。