论文部分内容阅读
摘要：本文首先介绍了核电厂仪控数字化改造发展趋势，然后阐述了核电厂电气系统，最后探讨了核电厂仪控数字化系统方案和改造研究。
关键词：核电厂；仪控系统；发展趋势；数字化改造。
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：
1 核电厂仪控数字化改造发展趋势
目前,我国核电行业仪控数字化系统还处于起步阶段,但随着全球信息化和数字化技术的迅猛发展,核电仪表控制系统的数字化是当前核电技术发展的必然趋势。日木福岛发生核事故之后,客观上对核电安全的要求提高,这也给仪控设备行业带来了新的发展机遇,确保核电厂核能发电的安全可靠性成为核电厂仪控制数字化改造的驱动力。作为仪控数字化系统在国内首次应用的江苏田湾核电站,其出色的运行业绩为核电站仪控领域的发展提供了良好实践。仪控数字化系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率,井从软件和硬件上确保了电站安全系统的}高可靠性;仪控数字化系统自田湾核电站投人临时运行至今一直稳定运行,从米发生由于系统软件或硬件原因造成的非计划停堆;与传统的模拟仪控系统相比,数字化仪控系统大大提高了核电厂运行的效率、安全性和可靠性。田湾核电站的投运,标志着国内核电市场全数字化仪控时代已到来,目前在建的核电站均采用了全数字化的仪控技术。
2 核电厂电气系统
一般核电厂电气系统不意图如图1所示。
输配电系统的设计与机组容量、电网系统环境等密切相关,各核电厂设计会有较大差异。将核电厂电气系统纳人DCS监控具有非常重要的意义。其主要特点有:
1)可减少使用控制开关、仪表、光字牌等,降低了事故发生的机率,同时减少控制器占用的面积。
2)DCS监控系统是采用标准化模块集成,降低了设备的维护与维修费用和工作量,井且操作简单,图形化显不更直观。
3)DCS系统具有自检功能,大大的加强了核电仪控的安全性,采用数字化运行规程能够降低人为操作失误带来的安全隐患,并且具有连锁保护功能,可以通过计算机对其控制。
4)数字化操作可以实现信息的实时显不、交换与共享。DCS控制的电气装置能够与核电仪控设备有机的结合在一起,完成远程操控。
5)智能化的设备终端减少了电缆的铺设数量,降低了核电厂仪控数字化改造费用。核电厂DCS控制平台网络结构简图如图2所示。
3 核电厂仪控数字化系统方案
核电仪控系统是核电站“神经中枢”,体现了工业控制领域的前沿技术,可分为模拟、模拟加数字、全数字三种类型,经历了三代的发展过程。火电厂仪控数字化系统主要形式包括分散控制系统DCS;可编程控制器PLC;现场,急线控制系统FCS。其中,分散控制系统DCS是火电厂采用模拟量控制发电机、发电炉、发电等的主要系统;可编程控制器PLC是火电厂采用开关量控制用水、用煤、用灰等的辅助系统;现场总线控制系统FCS是火电厂仪控全数字化发电控制系统。分散控制系统DCS与可编程控制器PLC经过多年的研究和完善技术已经非常成熟,可以将这两个系统应用在核电厂仪控数字化系统中,将核岛、常规岛和部分核电厂BOP系统采用分散控制系统DCS以模拟量控制发电机、发电炉、发电等的主要系统;部分核电厂BOP系统的开关量控制可以采用可编程控制器PLC系统。另外直接采用现场总线控制系统FCS打造多变量与节点、串行和数字通信系统取代原有的单变量与节点、井行和模拟系统,现场总线控制系统FCS能够实现核电厂数字化智能控制,其中包括的装置有智能仪表、开关、执行器等。
4 核电厂仪控数字化改造研究
核电厂仪控数字化改造对分散控制系统DCS与可编程控制器PLC结合与现场,急线控制系统FCS与可编程控制器PLC结合两种改造方案进行研究和比较具体分析如下。
4.1面对核电厂仪控系统设备的老化问题进行改造
核电厂仪控系统设备老化问題改造无论是采用分散控制系统DCS与可编程控制器PLC结合还是采用现场,急线控制系统FCS与可编程控制器PLC结合都可以解决设备老化问题,但是经过改造后的核电厂仪控数字化系统的耐用度和耐久性是两者比较的关键。其中采用,急线控制系统FCS与可编程控制器PLC结合更具有较高的优势,主要表现在总线控制系统FCS使用控制器数量较少,主要采用现场智能设备,解决了分散控制系统DCS大量控制器老化的问题;总线控制系统FCS的设备与系统之间的相互信息传递可以实现不同厂家、不同元器件的相互沟通,从而能够解决设备元器件停产或者更新带来的兼容性问题;总线控制系统FCS具有自我诊断的能力,从而能够降低设备故障的发生。
4.2核电厂仪控数字化系统性能研究
分散控制系统DCS和总线控制系统FCS都可以对核电厂性能进行提高,其中分散控制系统DCS经过多年的经验积累,技术已经非常完善,井为很多核电厂所采用。总线控制系统FCS是采用数字化智能系统,相比模拟信号精准度和可靠性更高。
4.3核电厂仪控数字化系统功能研究
分散控制系统DCS和总线控制系统FCS都具有庞大的核电设备控制功能,但是总线控制系统FCS相对是从现场获得信息,能够更及时丫更全面、更真实。
4.4核电厂仪控数字化系统可靠性研究
核电厂核能发电的可靠性是核电使用的关键环节,在可靠性方面总线控制系统FCS相比分散控制系统DCS具有无法比拟的优势,其中包括:
1)总线控制系统FCS的控制环节相比分散控制系统DCS少,所以降低了故障发生的环节。总线控制系统FCS减少了分散控制系统DCS的大部分输人/输出单元和控制站,井且实现全数字化控制减少了数据传输的环节。
2)具有自我检测和诊断能力,对设备故障具有超前检测、诊断和维护,保证了系统故障的降低。
3)现场总线控制能够对核电设备和仪表进行实时的监控,如果发现故障和数据参数错误能够第一时间排查,掌握故障信息,提高故障排除效率。
4)总线控制系统FCS的设备与系统之间的相互信息传递可以实现不同厂家、不同元器件的相互沟通,从而能够解决设备元器件停产或者更新带来的兼容性问题。
4.5核电厂仪控数字化系统运行管理研究
核电厂仪控数字化系统储存着完整的核电运行数据,井具有实时性。通过核电厂仪控数字化系统能够提高核电厂的运行管理水平,对尤其是对核电运行数据库的分析,其中包括安全性分析、可靠性分析、供电能力经济效益等。
4.6核电厂仪控数字化改造经济性研究
核电厂仪控数字化改造对于核电的供应造成一定的影响,从改造方案上分析,总线控制系统FCS相比分散控制系统DCS更具有经济性。因为,总线控制系统FCS变送器使用数量较少,采用的多功能现场智能设备直接完成对核电厂设备和一起的数字化控制。
5结束语
核电厂仪控数字化系统为核电厂仪控领域的发展提供了良好实践。仪控数字化系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率,井从软件和硬件上确保了电站安全系统的}高可靠性,与传统的模拟仪控系统相比,数字化仪控系统大大提高了核电厂运行的效率、安全性和可靠性。目前我国核安全级数字化控制平台研制也取得了突破性进展,发布了具有完整自主知识产权据的原理样机阶段的研制成果,国产化仪控技术的发展将为核电安全架起更为稳固的防护网,在米来核能发电将更高效、更稳定。
参考文献:
[l1曾敏核电厂仪表控制系统数字化改造方案选型与探讨[J1核科学与工程,2009(9).
[21戴鹏核电厂仪控数字化改造研究[J1核科学与工程,2011(z).
[31赵虹大型压水堆核电站全数字化仪控系统及核电调节阀类产业化项目[J1上海电气,2008(z).
[41甄玉杰核电站数字化仪控系统研究支持环境的开发[J1核电科学,2009(v).
[51王家胜核电站数字化仪控系统改造中的几种控制系统综合应用分析[J1核电科学与工程,2005(3).
关键词：核电厂；仪控系统；发展趋势；数字化改造。
中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：
1 核电厂仪控数字化改造发展趋势
目前,我国核电行业仪控数字化系统还处于起步阶段,但随着全球信息化和数字化技术的迅猛发展,核电仪表控制系统的数字化是当前核电技术发展的必然趋势。日木福岛发生核事故之后,客观上对核电安全的要求提高,这也给仪控设备行业带来了新的发展机遇,确保核电厂核能发电的安全可靠性成为核电厂仪控制数字化改造的驱动力。作为仪控数字化系统在国内首次应用的江苏田湾核电站,其出色的运行业绩为核电站仪控领域的发展提供了良好实践。仪控数字化系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率,井从软件和硬件上确保了电站安全系统的}高可靠性;仪控数字化系统自田湾核电站投人临时运行至今一直稳定运行,从米发生由于系统软件或硬件原因造成的非计划停堆;与传统的模拟仪控系统相比,数字化仪控系统大大提高了核电厂运行的效率、安全性和可靠性。田湾核电站的投运,标志着国内核电市场全数字化仪控时代已到来,目前在建的核电站均采用了全数字化的仪控技术。
2 核电厂电气系统
一般核电厂电气系统不意图如图1所示。
输配电系统的设计与机组容量、电网系统环境等密切相关,各核电厂设计会有较大差异。将核电厂电气系统纳人DCS监控具有非常重要的意义。其主要特点有:
1)可减少使用控制开关、仪表、光字牌等,降低了事故发生的机率,同时减少控制器占用的面积。
2)DCS监控系统是采用标准化模块集成,降低了设备的维护与维修费用和工作量,井且操作简单,图形化显不更直观。
3)DCS系统具有自检功能,大大的加强了核电仪控的安全性,采用数字化运行规程能够降低人为操作失误带来的安全隐患,并且具有连锁保护功能,可以通过计算机对其控制。
4)数字化操作可以实现信息的实时显不、交换与共享。DCS控制的电气装置能够与核电仪控设备有机的结合在一起,完成远程操控。
5)智能化的设备终端减少了电缆的铺设数量,降低了核电厂仪控数字化改造费用。核电厂DCS控制平台网络结构简图如图2所示。
3 核电厂仪控数字化系统方案
核电仪控系统是核电站“神经中枢”,体现了工业控制领域的前沿技术,可分为模拟、模拟加数字、全数字三种类型,经历了三代的发展过程。火电厂仪控数字化系统主要形式包括分散控制系统DCS;可编程控制器PLC;现场,急线控制系统FCS。其中,分散控制系统DCS是火电厂采用模拟量控制发电机、发电炉、发电等的主要系统;可编程控制器PLC是火电厂采用开关量控制用水、用煤、用灰等的辅助系统;现场总线控制系统FCS是火电厂仪控全数字化发电控制系统。分散控制系统DCS与可编程控制器PLC经过多年的研究和完善技术已经非常成熟,可以将这两个系统应用在核电厂仪控数字化系统中,将核岛、常规岛和部分核电厂BOP系统采用分散控制系统DCS以模拟量控制发电机、发电炉、发电等的主要系统;部分核电厂BOP系统的开关量控制可以采用可编程控制器PLC系统。另外直接采用现场总线控制系统FCS打造多变量与节点、串行和数字通信系统取代原有的单变量与节点、井行和模拟系统,现场总线控制系统FCS能够实现核电厂数字化智能控制,其中包括的装置有智能仪表、开关、执行器等。
4 核电厂仪控数字化改造研究
核电厂仪控数字化改造对分散控制系统DCS与可编程控制器PLC结合与现场,急线控制系统FCS与可编程控制器PLC结合两种改造方案进行研究和比较具体分析如下。
4.1面对核电厂仪控系统设备的老化问题进行改造
核电厂仪控系统设备老化问題改造无论是采用分散控制系统DCS与可编程控制器PLC结合还是采用现场,急线控制系统FCS与可编程控制器PLC结合都可以解决设备老化问题,但是经过改造后的核电厂仪控数字化系统的耐用度和耐久性是两者比较的关键。其中采用,急线控制系统FCS与可编程控制器PLC结合更具有较高的优势,主要表现在总线控制系统FCS使用控制器数量较少,主要采用现场智能设备,解决了分散控制系统DCS大量控制器老化的问题;总线控制系统FCS的设备与系统之间的相互信息传递可以实现不同厂家、不同元器件的相互沟通,从而能够解决设备元器件停产或者更新带来的兼容性问题;总线控制系统FCS具有自我诊断的能力,从而能够降低设备故障的发生。
4.2核电厂仪控数字化系统性能研究
分散控制系统DCS和总线控制系统FCS都可以对核电厂性能进行提高,其中分散控制系统DCS经过多年的经验积累,技术已经非常完善,井为很多核电厂所采用。总线控制系统FCS是采用数字化智能系统,相比模拟信号精准度和可靠性更高。
4.3核电厂仪控数字化系统功能研究
分散控制系统DCS和总线控制系统FCS都具有庞大的核电设备控制功能,但是总线控制系统FCS相对是从现场获得信息,能够更及时丫更全面、更真实。
4.4核电厂仪控数字化系统可靠性研究
核电厂核能发电的可靠性是核电使用的关键环节,在可靠性方面总线控制系统FCS相比分散控制系统DCS具有无法比拟的优势,其中包括:
1)总线控制系统FCS的控制环节相比分散控制系统DCS少,所以降低了故障发生的环节。总线控制系统FCS减少了分散控制系统DCS的大部分输人/输出单元和控制站,井且实现全数字化控制减少了数据传输的环节。
2)具有自我检测和诊断能力,对设备故障具有超前检测、诊断和维护,保证了系统故障的降低。
3)现场总线控制能够对核电设备和仪表进行实时的监控,如果发现故障和数据参数错误能够第一时间排查,掌握故障信息,提高故障排除效率。
4)总线控制系统FCS的设备与系统之间的相互信息传递可以实现不同厂家、不同元器件的相互沟通,从而能够解决设备元器件停产或者更新带来的兼容性问题。
4.5核电厂仪控数字化系统运行管理研究
核电厂仪控数字化系统储存着完整的核电运行数据,井具有实时性。通过核电厂仪控数字化系统能够提高核电厂的运行管理水平,对尤其是对核电运行数据库的分析,其中包括安全性分析、可靠性分析、供电能力经济效益等。
4.6核电厂仪控数字化改造经济性研究
核电厂仪控数字化改造对于核电的供应造成一定的影响,从改造方案上分析,总线控制系统FCS相比分散控制系统DCS更具有经济性。因为,总线控制系统FCS变送器使用数量较少,采用的多功能现场智能设备直接完成对核电厂设备和一起的数字化控制。
5结束语
核电厂仪控数字化系统为核电厂仪控领域的发展提供了良好实践。仪控数字化系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率,井从软件和硬件上确保了电站安全系统的}高可靠性,与传统的模拟仪控系统相比,数字化仪控系统大大提高了核电厂运行的效率、安全性和可靠性。目前我国核安全级数字化控制平台研制也取得了突破性进展,发布了具有完整自主知识产权据的原理样机阶段的研制成果,国产化仪控技术的发展将为核电安全架起更为稳固的防护网,在米来核能发电将更高效、更稳定。
参考文献:
[l1曾敏核电厂仪表控制系统数字化改造方案选型与探讨[J1核科学与工程,2009(9).
[21戴鹏核电厂仪控数字化改造研究[J1核科学与工程,2011(z).
[31赵虹大型压水堆核电站全数字化仪控系统及核电调节阀类产业化项目[J1上海电气,2008(z).
[41甄玉杰核电站数字化仪控系统研究支持环境的开发[J1核电科学,2009(v).
[51王家胜核电站数字化仪控系统改造中的几种控制系统综合应用分析[J1核电科学与工程,2005(3).