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。     

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。     

HART消息服务器在核电站控制系统的设计与实现

随着基于HART总线技术的智能仪表在核电站的广泛应用,传统的设备巡检方式因其效率低下已经无法满足现代电厂对高效生产管理的需要。如何实现对核电现场设备进行智能化管理已经成为核电控制领域迫切需要解决的技术难题。针对HART智能仪表应用场景,提出了HART消息服务器的系统设计方法。通过分析HART协议机理以及资产管理解决方案AMS智能设备管理系统工作原理,设计了基于HART协议的消息服务器方案,并在国产第三代核电数字化仪控系统中完成了开发,实现了核电控制系统与AMS智能设备管理系统的无缝集成。这使得通过AMS智能设备管理系统对核电现场HART智能仪表进行在线组态配置和故障诊断得以实现,极大地提高了核电控制系统的可靠性和数字化水平。     

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。     

关于推进第三代核电关键仪控系统国产化的探索

针对第三代核电关键仪控系统国产化形势严峻的现状,上海核电办公室和国家能源核电站仪表研发(试验)中心走访调研了大量核电业主用户、工程公司以及制造企业。分析了第三代核电关键仪控系统的市场需求以及技术特点、难点和挑战,提出了近阶段重点攻关的目标内容。结合上海地区的创新资源特点,提出了组织第三代核电仪控系统国产化攻关的路径。     

核电厂基于FPGA的仪控系统网络安全研究

基于现场可编程门阵列(FPGA)技术的系统解决方案具有设计简单、并行处理能力高、系统可验证、许可成本低等特点,在核电厂仪控系统中得到了广泛应用。在当前核安全监管体系中,与FPGA技术相关的监管要求多聚焦于功能安全,对网络安全的监管要求相对较少,存在安全监管空白和弱项。通过研究、分析FPGA技术自身特点,从产品和系统生命周期的角度,全面梳理和介绍了FPGA技术存在的安全脆弱性、面临的安全威胁和当前主流的安全防御技术。结合当前监管实践,提出核电厂基于FPGA仪控系统的网络安全解决方案。对如何加强基于FPGA仪控系统的网络安全建设提出具体意见和建议,以期提高对基于FPGA技术网络安全工作的全面认识,为进一步提升核电厂网络安全水平奠定基础。     

全数字核电仪控系统及其国产化进展

核电发展已经经历了第一代、第二代和第三代核电机组,第四代核电机组正在研发阶段,其商业化应用预计在2030年左右。作为其运行操作和监控的中枢神经一核电站仪表和控制系统,也经历了以模拟量组合单元仪表为主的第二代控制系统、模拟加数字的二代半（加）仪控系统和第三代全数字化仪控系统,核电站运行的安全性、可靠性、可用性以及经济性也...     

核电保护系统的仿真自动测试系统设计

随着计算机、控制和通信技术的不断发展,核电站仪控系统逐渐由传统的模拟仪表控制向数字化控制转变。目前我国核电站数字化仪控系统正处在发展阶段,三代核电项目对仪控系统提出了更高的测试要求。因此,研究和开发半实物仿真验证自动测试技术非常必要。归纳了保护系统的特点和测试需求,将MATLAB仿真模型与测试用PXI平台硬件相结合,利用基于虚拟仪器开发平台搭建的生产者-消费者(Producer-Customer)自动测试架构,并将仿真验证技术与自动化测试相结合,实现了核电站保护系统的半实物仿真自动验证与测试。该系统可充分模拟现场工况,对保护系统进行验证与测试;通过扩展建模范围,可以实现对核电站其他仪控系统的验证与测试,也可移植到其他高可靠性需求行业,具有很高的工程应用价值。     

阳江核电站数字化仪控系统将全部实现“国产化”

核电站数字化仪控系统作为核电机组的关键设备,过去其核心技术一直被国外几家企业垄断。记者10日从中广核集团了解到,随着我国自主研发能力的提高,越来越多的国产数字化仪控系统投入使用。日前阳江核电站签订了5、6号机组数字化仪控系统自主化意向书,我国核电站数字化仪控系统将在阳江核电站实现100％国产化。据中广核集团相关负责人介绍,承担此项建设任务的中广核集团北京广利核系统工程有限公司目前正以阳江5、6号机组为依托,进行科技攻关,计划在2010年前研制成功我国第一台具有自主知识产权的安全级系统样机。这将是我国核电自主化、国产化取得的又一重要成果,届时我国将拥有具有自主知识产权的百万千瓦级核电站数字化仪控系统。     

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。     

基于FPGA技术的安全级DCS千兆通信网络设计

随着近几十年来核电厂数字化仪控技术的发展,通信网络已经成为安全级DCS的重要组成部分。因此,提高安全级通信网络的传输速度和网络容量,已成为安全级仪控设备制造厂商提高性能指标的重要手段。本文提出了一种基于FPGA技术实现的核安全级千兆通信网络,满足安全级通信系统可靠性、安全性、实时性、确定性和独立性的要求。本文首先分析了安全级通信系统的设计要求,建立了通信网络的模型和架构,随后完成了通信系统的设计和其在FPGA中的实现,最后完成了符合安全及设计要求的功能和系统的验证。本设计拥有自主知识产权并且在工程项目中实际应用,为数字化仪控设备国产化打下坚实基础。     

我国核安全级数字化仪控技术自主研发取得重大突破

2010年10月24日,具有自主知识产权的核安全级数字化控制平台研制成果在北京发布。这是我国核电仪控发展史上具有里程碑意义的重大突破,标志着我国在核电站安全级数字化仪控系统技术领域实现自主化,国产化的道路上,已迈出了关键的一步。     

核电厂非安全级DCS集成的质量管理

作为核电厂重要的仪控系统,非安全级分散控制系统(DCS)具有功能复杂、内外部接口众多的特点。为了确保核电厂DCS在设计、制造、测试和交付等过程的质量,首先对非安全级DCS的集成过程进行了研究。研究过程采用了IEC 61513标准下系统安全生命周期的模型,分析了在安全生命周期中各阶段执行的相关活动。通过功能安全管理概念的运用,将DCS集成过程的技术管理要求与我国现行的核电厂质量保证要求建立相应的关联,使得两者体系上的融合成为可能。详细探讨了安全生命周期中技术管理要求与核电站质量保证要求之间的对应关系,使得核电厂的质量保证要求能够具体化,同时符合数字化的核电厂仪控系统的特性。最后对非安全级DCS集成质量的管理措施进行了初步的研究。根据核电厂非安全级DCS在工程实施中有别于成熟仪控系统面临的问题,提出了质量管理方法。该方法对于今后新建电厂,特别是新堆型的工程实施具有参考意义。     

TD-SCDMA专网技术在核电站的应用方案

为加快我国核电站的发展,通过对TD-SCDMA专网的研究,提出了核电专网应用方案.通过对核电站无线通信技术需求和无线通信技术应用于核电站的可行性分析,设计了基于TD-SCDMA技术的核电专网.在分别介绍专网的组成及功能特点的基础上,提出了核电专网实现过程中两个关键问题的解决方案,即零发射小区和在零发射小区接收短消息的实现方案.理论分析验证了方案的可行性.     

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。     

安全级仪控系统设备鉴定样机代表性分析

安全级仪控系统是核电站的中枢神经,是核电厂安全运行必不可少的系统设备.为了确定安全级仪控系统的可靠性和安全性,设备鉴定成为其主要技术手段.受成本和时间等因素限制,设备鉴定通常使用具有一定代表性的鉴定样机来完成相关试验.因此,核电厂安全级仪控系统鉴定样机的代表性是鉴定结论能否适用于工程产品的关键.NB/T 20344和I...     

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。     

核电监控系统中超温超功率调节的设计与实现

随着数字电子技术的发展,为了提高核电站安全性和灵活性,第三代核电系统设计提出了新的要求。首次提出了采用数字化软件技术,在核电监控系统中实现对反应堆超温超功率调节的保护功能的要求。超温超功率调节采用高实时性人机交互方式,对运行中的核电站安全级控制系统进行调节,是核电站监控过程中安全性要求较高、功能较复杂的保护功能。核电安全级控制系统的部署结构直接影响功能实现方式。为确保软件系统整体的安全等级,选择已获得工业安全SIL3等级认证的嵌入式操作系统VxWorks作为开发环境。结合操作系统的使用手册,以及国际标准IEC 61508对软件系统的诊断要求,在上位机下位机一体化的多任务实时软件系统中,实现超温超功率调节功能。该方案即将在国产化第三代核电系统中得以验证使用,同时对所有高安全工业领域的监控软件有借鉴作用。     

AP1000核电厂仪控系统介绍

AP1000核电厂的设计具有开创性的技术特点,三代核电技术AP1000将是我国今后长期发展的核电技术.介绍了AP1000仪控系统的总体结构、主要仪控系统的功能、设计特点及应用平台;分析说明了AP1000仪控系统相对于其他核电厂仪控系统设计的不同之处.AP1000仪控设计采用美国法规标准体系并为最新的数字化仪控关注焦点提供了应对措施.     

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。