核电厂安全级仪控设备的商品级软件鉴定初论

对于结构简单、功能单一的安全级数字化仪控设备中所包含的商品级软件,特别是已经完成设计开发的软件,要求软件设计方按照相关标准实施软件的设计开发过程以及验证与确认过程是不现实的。论述了安全级数字化仪控设备中所包含的商品级软件的鉴定方法,重点介绍了IEC标准和EPRI报告中相关的鉴定方法。通过对商品级软件进行安全评价,并完成相关鉴定工作,以补充证明软件在规定条件下执行其预定的安全功能是可行的。这有利于我国的数字化仪控设备厂商开展软件的鉴定工作。     

核电厂核级冷水机组控制系统设计与研究

目前,在二代加核电站中,核级冷水机组控制系统普遍采用可编程逻辑控制器实现机组控制及保护等功能。随着三代核电站对安全标准的提高,传统核级冷水机组控制系统已无法满足核电厂对控制系统安全分级、设备鉴定以及设计验证的要求。通过分析三代核电厂对核级冷水机组的安全分级及功能要求,提出采用安全级数字化仪控平台实现机组的控制及保护。控制系统在设计过程中,采用了隔离、功能分散、故障安全以及冗余配置等设计方法,全面提升了核级冷水机组控制系统的可用性及可靠性,进而提高了核级冷水机组在电厂事故工况下执行安全功能的能力。该控制系统的设计及实施,为后续核级主设备采用安全级数字化仪控平台实现控制系统设计提供了更好的解决方案。     

核电安全级现场总线接口卡的开发

数字化仪表和控制系统已在核电厂安全系统领域内得到应用,网络通信功能是数字化仪控设备必不可少的。如何设计接口卡使得同时满足现场总线通信要求和核电安全级要求,是研制数字化仪控设备时必须解决的一个重要问题。本文介绍了如何把各种标准和导则提出的安全设计准则和安全要求应用在核级现场总线接口卡的软硬件开发上,具体描述了如何遵循验证和确认过程来保证可靠性。     

用于安全级专设功能测试的网络化测试系统设计

为验证核电站数字化仪控系统安全级的专设功能,本文提出了一种基于网络的自动化测试系统,重点阐述测试系统的设计,包括网络搭建、通讯实现、测试软件设计等,并举例简述了该系统在CPR1000堆型核电站安全级专设功能测试中的应用.网络化测试系统的使用,实现了核电站数字化仪控系统的闭环测试,能够实时监视测试过程并自动生成删试报告,提高了数字化仪控系统集成测试的效率与质量,降低了测试成本.     

核电站非安全级数字化仪控系统国产化及自主化工作实践

核电站数字化仪控系统(Digital Control System,简称DCS)是核电站的信息神经和控制中枢,对于保证核电站安全、可靠、稳定和经济运行以及提升生产管理水平都起着至关重要的作用。但长期以来这一关键系统却被国外供应商垄断,这种现状不符合国家推进核电设备国产化的战略要求,为此实现核电站数字化仪控系统设备国产化和设计自主化迫在眉睫。本文作者从核电站非安全级数字化仪控系统国产化及自主化工作实践的基础上,对核电站非安全级仪控系统设备国产化、设计自主化的过程进行了相关的探讨和介绍。     

基于FPGA的核电仪控系统发展与自主研发探索

现场可编程门阵列(FPGA)技术在全球核电站仪表和控制系统领域的应用,特别是在安全级控制系统的应用正不断地引起关注。与基于微处理器的控制系统相比,基于FPGA技术的安全级控制系统解决方案具有低复杂度、较高的可测试性、不依赖复杂运行软件以及更易于鉴定等特点。基于FPGA的控制系统为核电站提供了一种满足多样性设计需求、具有成本优势、长周期支持的安全级控制系统解决方案。通过研究对比FPGA技术和CPU技术本身的性能和特点,提出基于FPGA技术开展核电安全级数字化仪控系统平台的技术路线。研判认为,FPGA技术在安全级仪控系统中将迎来新的发展机遇,也将是发展核电的一个突破口。根据我国核电发展的现状和趋势,提出了以满足我国三代或四代核电机组为目标的、基于FPGA的核电仪控系统的自主研发技术路线。     

一种基于FirmSys产品的阳江5、6号机组安全级保护系统功能分配设计方法

伴随着我国三代压水堆核电站自主化进程,中广核集团紧跟国家核电发展的步伐,正在有条不紊地推进拥有自主知识产权的三代压水堆核电站研发进程。阳江5、6号机组的建设是中广核实现自主化三代压水堆战略的一个重要环节。北京广利核系统工程有限公司作为中广核集团唯一一家核电仪控设备供货同时也是国内唯一拥有自主知识产权的核安全级数字化仪控产品（FirmSys）的公司,在阳江5、6号机组承担了提供全厂数字化仪控系统解决方案、供货以及工程实施的重任,其中首次使用核安全级数字化仪控平台FirmSys实现数字化安全级保护系统更是关键环节。本文主要针对使用广利核公司自主研发的核安全级数字化仪控产品平台（FirmSys）为阳江5、6号核电站提供保护系统解决方案中的功能分配方案可行性进行初步的探讨,为将来的工程设计和应用提供有用借鉴。本文首先简要说明了数字化安全级保护系统总体设计方案,然后依据安全重要仪控系统总的设计要求和功能多样性、控制多样性的要求,对保护系统功能按子系统进行分配,以指导后续的子系统功能设计工作。     

自主知识产权的核电站数字化仪控系统平台研制

全数字化仪控系统是先进核电站的重要组成部分,对保护核电站安全运行具有至关重要的作用。通过对安全级数字化仪控系统平台、专用仪控系统、管理工具软件、设备鉴定、VV技术、多样性及纵深防御技术的研究,掌握了核电站数字化仪控系统技术,实现了核级DCS平台"和睦系统"的产品化及其工程应用。目前,该平台已通过专家鉴定,并开始在阳江核电站5#、6#机组进行工程实施,进一步提高了我国核电站的自主化率。     

基于FirmSys的三代压水堆核电站核安全级数字化保护系统设计概述

伴随我国三代压水堆核电站自主化进程,在三代压水堆核电站中采用自主化的全数字化仪控技术已迫在眉睫,尤其是核安全级数字化保护系统更是实现全数字化仪控的关键环节。本文主要针对使用广利核公司自主研发的核安全级数字化仪控产品平台(FirmSys)为三代压水堆核电站提供保护系统解决方案的可行性进行初步探讨,为将来的工程设计和应用提供借鉴。本文首先说明了数字化安全级保护系统总体设计方案和系统功能的实现,然后进行了设计准则符合性分析,初步说明技术方案的可行性。     

FPGA技术在核电站数字化仪控系统升级中的应用

由于零部件停产的问题,核电厂仪控系统需要进行数字化升级。介绍了韩国灵光核电站(YGN)34号机组成功实现的仪控系统升级。升级采用了基于FPGA组件的控制器,代替了基于已停产的英特尔8085微处理器的控制器。给出了此次升级中使用的生命周期设计过程和严格的验证与确认(VV)活动。这些活动均符合美国核管会的监管要求和行业标准。FPGA解析并模拟了微处理器的工作和执行的过程,且完全采用了现有的各通信网络软件和控制算法。首先,对升级的软件和硬件需求,以及接口需求进行了说明。然后,描述了用于模拟英特尔8085微处理器的HFC FPGA的设计原理和架构,包括专有安全信息链路。最后,总结了使用FPGA模拟微处理器进行核安全级数字化仪控升级的经验、优势和建议。在过去的10年里,升级系统在安全级仪控系统上保持成功运行。     

核电厂安全级DCS设备接口模块的研究

设备接口模块是核电厂安全级DCS中进行优先级判断及输出最终专设驱动命令的重要设备。在满足相关法规标准及要求的前提下,为进一步优化设备接口模块各输入命令的接口,同时保证通信的高效性,对设备接口模块的相关内容进行了系统研究。分析了相关法规标准对设备接口模块的要求(如多重性、独立性、多样性及纵深防御等),并对法规标准在安全级DCS设备接口模块的应用进行了详细论述。通过比较国内目前核电厂中常见的几种安全级平台(如AREVA公司的TXS平台、三菱公司的MELTAC-N plus平台、Invensys公司的TRICONEX平台以及西屋公司的Common Q平台)设备接口模块,结合不同安全级平台设备接口模块的通信实现方式,提出了一种改进性方案。该方案兼顾了通信的可靠性及硬接线的数量。相关研究和分析可为安全级设备接口模块的设计提供参考。     

基于PowerPC平台的FPGA驱动程序设计与实现

Ad hoc网络具有自组能力、良好的抗毁性、机动性、鲁棒性和易于构建,能很好满足在军事和应急通信等复杂环境中对无线通信系统的需求。基于PowerPC+FPGA的无线系统实现Ad hoc网络能很好的满足军事和应急通信对无线通信的要求。本文为无线系统设计并实现了一种FPGA驱动程序,包括定义设备私有数据结构、设备访问方法、模块注册与注销以及中断处理方法,同时介绍了设备树文件中FPGA子节点的设计。实验结果显示,FPGA驱动程序设计合理高效,实现了无线系统之间点对点的无线通信,多台无线系统实现了Ad hoc自组网,满足设计要求。     

核电站安全级DCS系统网络的基本设计准则

依据相关标准的要求,本文就核电站安全级DCS系统网络所需遵循的安全性和可靠性两大基本设计准则进行分析,主要以一个典型的安全级DCS网络架构为基础,结合可靠性定性分析方法,着重对其冗余性和独立性设计原则进行了深入分析研究,说明了工程上安全级DCS系统网络的可靠性设计的具体实现方法。另外,本文从纵深防御角度分析了在整体DCS系统的可靠性设计中如何考虑安全级DCS网络的影响,本文还就所谈及的典型安全级DCS网络架构存在优化的可行性进行了探讨。     

核电站安全级DCS隔离设计研究

在核电站安全级DCS设计中,为提高系统的可靠性,需保证安全级电气设备和电路之间的有效隔离,为了实现电气设备和电路的隔离,核安全相关法规标准提出了实体分隔、电气隔离等设计手段。本文通过对核电站安全级DCS隔离相关法规标准的分析,得出了电气设备和电路隔离的设计要求,提出了设计过程中应采取的方法和措施,并在此基础上给出了具体的实体分隔和电气隔离工程实现方案。该方案的工程实施结果可实现安全级DCS电气设备和电路的独立性要求,有效提高系统的可靠性,为系统的稳定运行提供重要保证和支持。     

FPGA设计安全性综述

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)在通信、图形、控制、计算等领域的广泛应用,已经成为当今电子系统中的重要组成部分.随着越来越多的系统采用FPGA实现核心设计,使得FPGA中的设计和知识产权变得更加重要,建立FPGA代码运行安全体系已成为大型产品设计中重要的考虑因素.本文阐述了FPGA的多种安全解决方案,并探讨分析了FPGA的设计安全性.     

“华龙一号”核电机组手动保护硬逻辑设计

手动保护硬逻辑作为应对数字化仪控系统共因故障的一种多样化控制方法,是核电厂安全级数字化控制系统(DCS)的重要组成部分。根据HAF 102—2019和GB/T 13284.1—2008等标准法规要求,结合“华龙一号”核电机组的特点,创新性地独立设置了区别于数字化仪控系统的硬逻辑控制系统,以提高安全级DCS的可靠性。采用模拟技术方案完成了电气原理、结构布置、辅助功能、逻辑功能等设计,并通过逻辑仿真验证和系统功能测试,验证了系统功能的正确性。该方案与系统已应用于“华龙一号”福建漳州核电厂1#、2#机组安全级DCS项目,可为其他核电机组的设计提供参考。     

提升“华龙一号”核电机组DCS可靠性的研究

漳州核电1、2号机组应用了7大类数字化仪控系统平台,其中非安全级DCS、安全级DCS、DAS/SA、BOP集控系统均为国内商用核电首次应用。为提升国产化全厂DCS可靠性,提升“华龙一号”核电机组经济性,漳州核电厂仪控团队在国内首创流程创新和技术创新,在工程制造前期,对漳州核电1、2号机组跨控制器网络传输信号缺陷、重要瞬态采集系统缺陷、安全级DCS中间点位强制功能缺陷、首出故障功能等多项功能进行专项优化。经过多项技术优化后,全面提升漳州核电全厂DCS可靠性,避免了后续可能出现的3～5次非计划停机、停堆,显著提高了“华龙一号”核电机组数字化控制系统的可靠性和安全性,为后续新建核电机组DCS可靠性优化提升提供参考。     

安全级数字化仪控系统鉴定试验研究

安全级数字化仪控系统对硬件可靠性有很高的要求,通常鉴定试验包括环境试验、EMC试验、抗震试验三大项,除此以外还有振动、冲击、老化等要求。通过分析国际相关标准法规,阐述了安全级数字化仪控系统鉴定试验项、试验流程以及商品级物项(COTS)的鉴定方法。     

兼容串行通信与以太网通信的微机保护通信系统研究

随着变电站自动化技术在电力系统中的逐步应用,势必要求变电站中各二次设备逐步实现网络化。微机继电保护装置作为变电站重要的二次设备,对其通信系统提出了很高的要求。本文根据微机保护通信系统的要求,设计了由以太网与串行通信相结合的通信系统,阐述了通信系统的硬件构成,完成了相关驱动程序与通信功能软件的编写。开发的通信系统对于提高电力系统综合自动化水平具有重要的现实意义。     

核安全级仪控系统维护软件中间件设计

维护软件是核安全级仪控系统的重要组成部分。其中,维护软件中间件是维护软件的核心组件。维护软件要与主控站、网关站、安全显示站通信,进行工程组态的下装、监视系统运行状况、参数整定和定期试验等维护操作。面对不同网络传输协议、不同数据格式及不同性能的安全级设备,要求维护软件有统一的下装、监视、参数整定和定期试验操作。针对这种情况,设计了维护软件中间件。该中间件抽象出应用协议层、数据收发层和网络协议适配层。通过应用协议层,为上层维护软件提供统一的调用接口,降低了不同设备数据格式的复杂性,便于上层维护软件的维护。通过数据收发层和网络协议适配层的设计,可以适用不同网络传输协议的安全级设备。该中间件已成功应用于我国防城港3、4号核电机组的安全级仪控系统,为核电站的安全、可靠运行提供了有力的保障。