嶺澳核電站常規(guī)島部分控制方案的分析

嶺澳核電站常規(guī)島部分控制方案的分析

嶺澳核電站（以下簡(jiǎn)稱“廣二核”）是廣東省的第二個(gè)核電站。該核電站共2臺(tái)機(jī)組,每臺(tái)機(jī)組容量為990MW。常規(guī)島由法國(guó)阿爾斯通公司設(shè)計(jì)和供貨。嶺澳核電站控制室采用常規(guī)儀表、運(yùn)行人員操作設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,采用單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)KIT、光字牌報(bào)警系統(tǒng)KSA和模擬屏(Mimic)作為監(jiān)視手段,并沒(méi)有應(yīng)用DCS的人機(jī)接口,即P320分散控制系統(tǒng)的集中控制Centralog。但采用了P320系統(tǒng)的過(guò)程控制單元Controbloc,采用大亞灣核電站常規(guī)島使用的大部分繼電器、GEM80可編程控制器和全部的BRISTOLBABCOCK調(diào)節(jié)模件,完成幾乎所有的模擬和邏輯控制功能。汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一套單獨(dú)的微機(jī)二級(jí)調(diào)速系統(tǒng),沒(méi)有納入P320控制系統(tǒng)內(nèi)。P320分散控制系統(tǒng)是阿爾斯通公司90年代初研制、投入使用的分散控制系統(tǒng),其前身是T20。P320分散控制系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用于火電廠、聯(lián)合循環(huán)電站、水電站、核電站和變電站,如珞璜電廠(4×360MW)和廣西來(lái)賓電廠(2×360MW)。嶺澳核電站是國(guó)內(nèi)第1個(gè)在常規(guī)島采用DCS的核電站。1使用測(cè)試儀器的實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)P320分散控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1,為2層3網(wǎng)。即Centralog集中控制層和Controbloc過(guò)程控制層;Contronet監(jiān)控網(wǎng)、F900單元網(wǎng)絡(luò)和Locafip現(xiàn)場(chǎng)總線。此外,尚有計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)工具ControCAD,計(jì)算機(jī)輔助軟件測(cè)試平臺(tái)Controtest。Centralog集中控制層由CVS操作員站(C10、C30、C50),X-終端、CIS網(wǎng)關(guān)服務(wù)器和工程師工作站等組成。CVS操作員站也可用于歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)站(HDSR)、Centralog監(jiān)控層組態(tài)中心(CCC)和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)曲線記錄功能等。工程師工作站包括CCC、現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)、維護(hù)工具P4和ControCAD及打印機(jī)。Centralog監(jiān)控層主要通過(guò)Contronet監(jiān)控網(wǎng)進(jìn)行通訊,并通過(guò)CIS網(wǎng)關(guān)與F900單元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。Controbloc過(guò)程控制單元是P320的過(guò)程控制核心。它接收Centralog過(guò)程控制指令和設(shè)定值,實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的控制。同時(shí)也實(shí)時(shí)采集過(guò)程參數(shù),反饋給Centralog供運(yùn)行人員監(jiān)視。過(guò)程控制單元由多功能控制器C370、控制器C80-35、I/O控制器CE2000、CE80-35、CE80-20、C80-35(既可作過(guò)程控制器,也可作現(xiàn)場(chǎng)控制器使用)、DI80和DI103連接單元、MV/LV執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器及轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)控制單元等組成。每臺(tái)機(jī)組配置的P4,主要用于Controbloc的現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)、程序和數(shù)據(jù)的下載、在線監(jiān)視、安裝和日常維護(hù)等。2ce200o控制器的結(jié)構(gòu)P320系統(tǒng)的過(guò)程控制單元結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。1個(gè)過(guò)程控制單元(機(jī)柜)由2個(gè)互為冗余的C370、3排CE2000I/O控制器、I/O模塊及電源組件組成。P320機(jī)柜前、后開門,前面裝有系統(tǒng)組件,后面布置有端子排。機(jī)柜內(nèi)部通過(guò)Locafip現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)C370和CE2000I/O之間的數(shù)據(jù)通訊,單元(機(jī)柜)之間則通過(guò)F900網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。2.1運(yùn)動(dòng)方程及監(jiān)控層C370是Controbloc的CPU,由多處理器單元UT120、程序儲(chǔ)存模件AM118、通訊管理模件UT123、F900網(wǎng)絡(luò)通訊接口模塊S317、Locafip現(xiàn)場(chǎng)總線接口模塊S316、監(jiān)視器模塊S251和電源模塊組成。UT120具有雙處理器和多任務(wù)結(jié)構(gòu),其中一個(gè)處理器為32位帶浮點(diǎn)協(xié)同處理器,負(fù)責(zé)執(zhí)行控制器二進(jìn)制運(yùn)算功能和控制回路程序,另一處理器則負(fù)責(zé)控制器啟停程序備份,內(nèi)部運(yùn)行檢測(cè)和監(jiān)視,中繼管理和編碼,控制器與現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)維護(hù)工具P4及手操器之間的通訊,日期和時(shí)間管理等功能?？刂破鞯倪\(yùn)行方式是以“任務(wù)”為基礎(chǔ),P320系統(tǒng)的“任務(wù)”分為系統(tǒng)、邏輯、調(diào)節(jié)和測(cè)量4類,執(zhí)行優(yōu)先級(jí)別以前者高,執(zhí)行周期亦以前者短。P320系統(tǒng)的測(cè)量“任務(wù)”數(shù)據(jù)專用于Centralog監(jiān)控層,由于嶺澳常規(guī)島中沒(méi)有應(yīng)用P320系統(tǒng)的監(jiān)控層,所以不存在測(cè)量“任務(wù)”?；槿哂嗟目刂破魍ㄟ^(guò)R鏈(CR278)進(jìn)行通訊,以實(shí)現(xiàn)主、從控制器的無(wú)擾切換。S317、S316模塊分別是控制器與F900網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)總線Locafip的通訊接口,UT123模塊負(fù)責(zé)管理S316、S317模塊及R鏈的通訊。C370內(nèi)各模塊間通過(guò)內(nèi)部總線PU-BUS進(jìn)行通訊。S251模塊實(shí)際上是控制器運(yùn)行的監(jiān)視器,設(shè)有Watch-dog。當(dāng)主程序執(zhí)行時(shí)間超過(guò)編程設(shè)定的時(shí)間時(shí),則認(rèn)為控制器發(fā)生故障,就會(huì)發(fā)出報(bào)警并終止控制器的運(yùn)行。P320系統(tǒng)有幾種電源模塊,可以把220VAC或48VDC輸入電源轉(zhuǎn)換成5VDC和12VDC控制器工作電源。此處采用雙回路的48VDC作為P320系統(tǒng)的輸入電源。2.2t129模塊CE2000由UT129處理單元和CE2000I/O模塊組成。UT129模塊既是CE2000與Locafip現(xiàn)場(chǎng)總線通訊交換單元,也是CE2000I/O模塊運(yùn)行、故障管理中心。UT129與I/O模塊之間通過(guò)內(nèi)部總線ES2000進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。UT129模塊由33MHz的68020微處理器,1MB的REPROM,512KB帶備用電池的RAM及相應(yīng)的通訊接口,通訊控制器和計(jì)時(shí)器等組成。CE2000I/O模塊種類較多。此處采用的I/O模塊有:16點(diǎn)開關(guān)量輸入卡LE108、16點(diǎn)開關(guān)量輸出卡LC106(無(wú)源輸出)、8點(diǎn)高電平(4~20mA)模擬量輸入卡AH115、8點(diǎn)模擬量輸出卡AH111、雙通道模擬量執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出卡AS112,其中AH115、AH111和AS112均為智能I/O卡。AS112可帶4個(gè)M/A模擬控制站,M/A模擬控制站分為設(shè)定站和手操站2類。此處只采用了手操站,重要的安裝在集控室,其余的安裝在現(xiàn)場(chǎng),以便于現(xiàn)場(chǎng)檢修、調(diào)試操作。溫度測(cè)量采用CT卡(一種溫度變送器),將溫度轉(zhuǎn)換成4~20mA信號(hào)后輸入P320系統(tǒng),沒(méi)有采用P320系統(tǒng)的熱電偶和熱電阻I/O卡。3locafip網(wǎng)絡(luò)P320系統(tǒng)的Controbloc過(guò)程控制層有2個(gè)局域網(wǎng),一個(gè)是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)高速通訊網(wǎng)F900,另一個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)總線Locafip。F900網(wǎng)連接過(guò)程控制單元與監(jiān)控層(通過(guò)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器實(shí)現(xiàn))及實(shí)現(xiàn)控制器間的通訊。是總線型雙冗余實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)。采用Worldfip通訊技術(shù)和Sycoway通訊協(xié)議,傳輸速率為1Mb/s(最高為2.5Mb/s),最多可接64個(gè)節(jié)點(diǎn)(站)。采用雙絞線,標(biāo)準(zhǔn)傳送距離為1km,使用光纖網(wǎng)絡(luò)最長(zhǎng)可達(dá)7km。通訊控制方式采用總線仲裁器。由于F900網(wǎng)運(yùn)行在分散式數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上(再現(xiàn)過(guò)程變量實(shí)時(shí)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)分散到各個(gè)控制器和I/O設(shè)備上),所以F900網(wǎng)在負(fù)載高峰期具有很好的抗過(guò)載能力。Locafip現(xiàn)場(chǎng)總線連接C370和CE2000I/O,實(shí)現(xiàn)其間的數(shù)據(jù)通訊。采用基于EN50170通用現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的Worldfip,雙冗余結(jié)構(gòu),傳輸介質(zhì)為雙絞線。通訊方式采用總線仲裁器,最多可接256個(gè)節(jié)點(diǎn),傳輸速率為1Mb/s,傳輸標(biāo)準(zhǔn)距離為1km(采用雙絞線),使用光纖及適配器時(shí)最長(zhǎng)可達(dá)7km。Controbloc網(wǎng)絡(luò)的連接方式包括通訊方向(CW),網(wǎng)絡(luò)地址(SB)和通訊組(CG)。P320系統(tǒng)規(guī)定控制器C370在F900網(wǎng)上的通訊方向CW為1;在Locafip網(wǎng)上為0。控制器的F900網(wǎng)絡(luò)地址可以在0~63間分配。為了提高F900網(wǎng)的通訊效率,信息接收對(duì)象以組為單位。通訊組定義如下:CG0(0組):備用;CG1(1組):所有機(jī)組及公用系統(tǒng)控制器;CG2(2組):邏輯控制器;CG3(3組):模擬量控制器;CG4(4組):備用;CG5(5組):Centralog監(jiān)控層設(shè)定(嶺澳沒(méi)有);CG12表示控制器既屬于1組,又屬于2組。4具有雙雙通道功能的系統(tǒng)和原理P320系統(tǒng)在嶺澳常規(guī)島實(shí)現(xiàn)的功能有4類:保護(hù)功能(CH.1和CH.2)、邏輯控制、模擬控制和信號(hào)處理(KIT、KSA、MIMIC等系統(tǒng))。每臺(tái)機(jī)組共有10個(gè)機(jī)柜,2臺(tái)機(jī)組共用的公共輔助系統(tǒng)只有1個(gè)機(jī)柜,掛在1號(hào)機(jī)組的F900網(wǎng)上。這些機(jī)柜按控制功能分類,其中2個(gè)機(jī)柜用于模擬控制,其余均為邏輯控制。每臺(tái)機(jī)組的I/O點(diǎn)數(shù)為3628點(diǎn),其中DI為1269點(diǎn),DO為2122點(diǎn),AI為145點(diǎn),AO為92點(diǎn)。在10個(gè)機(jī)柜中,2個(gè)模擬控制柜覆蓋了除汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)外所有的模擬控制系統(tǒng),即汽機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)GGR、汽機(jī)蒸汽及疏水系統(tǒng)GPV、發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)GHE、定子冷卻水系統(tǒng)GST、發(fā)電機(jī)氫冷系統(tǒng)GRH、汽水分離再熱系統(tǒng)GSS、汽機(jī)低壓缸排汽噴水系統(tǒng)CAR、汽機(jī)軸封系統(tǒng)CET、凝結(jié)水系統(tǒng)CEX、低加系統(tǒng)ABP、低加疏水回收系統(tǒng)ACO、給水除氧器系統(tǒng)ADG、主給水泵汽機(jī)疏水系統(tǒng)APU、高加系統(tǒng)AHP、閉式冷卻水系統(tǒng)SRI、蒸汽轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)STR、輔助蒸汽分配系統(tǒng)SVA等。邏輯控制有8個(gè)機(jī)柜,其中3個(gè)機(jī)柜用于保護(hù)和順序控制,即汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)GSE、汽機(jī)蒸汽和疏水GPV、汽機(jī)旁路系統(tǒng)GCT、發(fā)電機(jī)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)GRV、發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)GST、汽機(jī)調(diào)節(jié)油系統(tǒng)GFR、汽水分離再熱系統(tǒng)GSS,以及主給水泵系統(tǒng)的保護(hù)通道1和通道2等;其余5個(gè)機(jī)柜則用于汽機(jī)島主要輔助系統(tǒng)的邏輯控制。除了常規(guī)島主廠房外,P320還應(yīng)用于下列公共系統(tǒng):熱水生產(chǎn)和分配系統(tǒng)SES、化學(xué)試劑注射系統(tǒng)SIR等。P320的控制功能不涉及電氣部分。嶺澳常規(guī)島只有下列功能仍保留繼電器硬接線方式,實(shí)現(xiàn):(1)汽輪發(fā)電機(jī)保護(hù)和主給水泵保護(hù);(2)電氣接口;(3)核島/常規(guī)島接口;(4)公共輔助系統(tǒng)(BOP)/常規(guī)島接口;(5)用于驅(qū)動(dòng)電磁閥的中間繼電器;(6)主電動(dòng)閥與其旁路閥間的聯(lián)鎖;(7)主控室操作臺(tái)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)指示。保護(hù)設(shè)備免受損壞的聯(lián)鎖也屬于保護(hù)系統(tǒng),其余的聯(lián)鎖則屬于邏輯控制。對(duì)于一些重要的系統(tǒng),聯(lián)鎖保護(hù)功能由2個(gè)冗余的、獨(dú)立的回路實(shí)現(xiàn)。這兩個(gè)回路,從信號(hào)源到保護(hù)信號(hào)的輸出都互為冗余、相互獨(dú)立,并在不同的機(jī)柜中實(shí)現(xiàn)。保護(hù)系統(tǒng)的兩個(gè)回路任一保護(hù)動(dòng)作,均能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊急保護(hù)動(dòng)作,確保系統(tǒng)在事故發(fā)生時(shí)處于安全位置,這樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)不會(huì)發(fā)生拒動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)于某些系統(tǒng),只有1個(gè)回路實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能,如凝結(jié)水系統(tǒng)CEX。具有雙通道的保護(hù)系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式如圖3所示。具有雙通道聯(lián)鎖保護(hù)功能的系統(tǒng)有:汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)GSE、汽機(jī)旁路系統(tǒng)GCT、蒸汽及疏水系統(tǒng)GPV、發(fā)電機(jī)氫氣供應(yīng)系統(tǒng)GRV、定子冷卻水系統(tǒng)GST、低加系統(tǒng)ABP、除氧器系統(tǒng)ADG、高加系統(tǒng)AHP、凝結(jié)水系統(tǒng)CEX、汽水分離再熱系統(tǒng)GSS、循環(huán)水系統(tǒng)CRF等。邏輯控制分為3部分:順序控制、邏輯控制和聯(lián)鎖。具有順序控制功能的系統(tǒng)主要有:汽水分離再熱系統(tǒng)GSS、汽動(dòng)給水泵系統(tǒng)APP、電動(dòng)給水泵系統(tǒng)APA、給水泵汽機(jī)疏水系統(tǒng)APU和凝汽器抽真空系統(tǒng)CVI等。這些系統(tǒng)中有些順序控制過(guò)程還需要人工干涉,如主給水系統(tǒng)。常規(guī)島中的主給水系統(tǒng)和汽機(jī)旁路系統(tǒng)顯得比較重要,除了執(zhí)行驅(qū)動(dòng)級(jí)在常規(guī)島側(cè)實(shí)現(xiàn)外,主要的控制指令來(lái)自于核島。模擬控制除了汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)外全部在P320系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),每個(gè)控制回路均帶有一個(gè)M/A手操站,有些重要系統(tǒng)的手操站安裝在主控制室,其余的M/A手操站則安裝在現(xiàn)場(chǎng)。M/A手操站沒(méi)有設(shè)定功能,只能輸出人工操作指令,并必須經(jīng)過(guò)AS112卡輸出,所以對(duì)于重要的模擬控制回路,AS112卡應(yīng)冗余設(shè)置。此外,P320系統(tǒng)還用于監(jiān)測(cè)、報(bào)警的信號(hào)處理,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)KIT、順序事件記錄系統(tǒng)KKO和光字牌報(bào)警系統(tǒng)KSA的很多信號(hào)均來(lái)自P320系統(tǒng)。由于除了常規(guī)島控制外,其他很多系統(tǒng)均采用常規(guī)控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制功能,所以P320系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)間存在著大量的接口信號(hào),這些信號(hào)的連接均采用硬接線方式進(jìn)行。由模擬量信號(hào)產(chǎn)生的跳閘保護(hù)信號(hào)、大量的聯(lián)鎖信號(hào)、綜合報(bào)警信號(hào)等的產(chǎn)生和擴(kuò)展都在P320系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),再分別送到繼電器保護(hù)系統(tǒng)(如汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和給水泵保護(hù)系統(tǒng))、接口繼電器柜(如NI/CI、CI/BOP接口)、獨(dú)立的控制系統(tǒng)(如GRE)、KIT、KSA、KKO、MIMIC以及就地報(bào)警或指示等。這部分功能在P320系統(tǒng)中占據(jù)了比較大的比例。5pc機(jī)控制系統(tǒng)P320系統(tǒng)與一些先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)相比,在某些地方尚存在一些差距,在設(shè)計(jì)中也存在著某些不足之處。5.1在嶺澳核電站常規(guī)島里,由于主控制室沒(méi)有應(yīng)用分散控制系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控層,遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出分散控制系統(tǒng)作為先進(jìn)的過(guò)程監(jiān)控手段所具有的強(qiáng)大功能。分散控制系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控層采用了以CRT/KB為基礎(chǔ)的先進(jìn)的交互式人機(jī)接口,大大改善了人機(jī)界面,這樣主控制室才有可能過(guò)渡到以CRT/KB代替?zhèn)鹘y(tǒng)的常規(guī)儀表操作,實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。5.2除了P320外,雖然還有不少系統(tǒng)采用了數(shù)字化控制,如KIT系統(tǒng)是采用SEMAGROUP公司提供的ALPHASERVER4100型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng),汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng)GRE是ALSTHOM公司提供的以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng),有些就地控制盤采用了PLC完成程序邏輯控制,如凝結(jié)水精處理、凝汽器循環(huán)水入口濾網(wǎng)定期清洗控制等,這些控制系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊都是通過(guò)硬接線進(jìn)行,大大增加了主廠房的電纜數(shù)量,也浪費(fèi)