核电厂DCS平行系统研发与应用

为了解决核电厂DCS运维高准确度验证手段和精细化风险防控工具缺乏的问题,基于平行理论,采用数字仿真和虚实DCS融合技术开发了核电厂DCS平行系统。该系统采用了虚实DCS相结合的全厂DCS半实物仿真系统,既高保真又有经济性,研发了全厂级DCS精细化故障仿真模型,实现了DCS故障风险的高效准确分析验证,提升了DCS缺陷处置能力,研发了基于数据驱动的控制机柜三维仿真模型,为DCS运维提供了高逼真度分析验证环境,解决了DCS高逼真度维修操作环境缺乏问题。基于DCS平行系统进行了核电厂DCS运行事件复现及解决措施验证、DCS故障推演,提升了核电厂DCS故障处置能力。核电厂DCS平行系统可用于DCS变更验证、薄弱环节甄别、故障风险分析和维修方案验证,防范DCS维修引发机组运行风险,提升DCS运维可靠性。     

基于大数据的设备健康管理系统设计

为更好地进行核电厂集散控制系统(DCS,Distributed Control System)设备工作状态管理,降低运维成本,设计了基于设备健康管理(EHM,EquipmentHealthManagement)理念的核电DCS设备大数据健康管理系统。该系统通过对DCS系统设备的海量数据管理,实现了设备运行状态实时监测、健康状态预测分析、故障模式自动化分析、故障风险评估预警等功能。系统的运用有效地消除影响机组安全稳定运行的不健康因素,提升DCS系统故障处理的智能化和标准化水平,降低人因失误的风险,填补国内在该技术领域的空白,满足核电厂DCS系统设备可靠性管理方面的迫切需求,为核电厂DCS系统设备的信息化健康管理起到示范作用。     

DCS在核电厂再循环冷却水系统的应用

自秦山三核两台机组调试运行以来,RCW(再循环冷却水)系统由于原设计不足,一直存在压力波动异常的问题,严重影响了机组的安全稳定运行,为了解决原设计存在的不足,采用了技术相当成熟的DCS系统。本文介绍了秦山第三核电厂RCW母管压力控制系统采用新型的DCS系统后,能够很好的解决RCW系统母管压力波动问题,大大提高了核电厂的安全性和经济性,并为实现核电厂DCS控制系统的推广应用提供一定的借鉴。     

核电数字化控制系统与第三方系统接口研究

随着数字化控制系统DCS广泛应用于核电厂,核电厂主控室也在向功能更完善、布局更集中的先进主控室过渡,这一技术特点使得主控室操纵员主要依赖操作员站上的显示器和键盘鼠标实现对电厂工艺系统的监控,因此需要将DCS以外的第三方仪控系统与DCS系统进行信息与监控集成。基于此需求,介绍了接口设计的一般原则,具体阐述了福清核电DCS系统与第三方仪控系统接口设计,并以DCS与KRT系统接口为实例,论述了采用I/A平台FDSI模块实现第三方仪控系统接口的具体实施。     

国产DCS控制系统在华龙一号核电厂常规岛的应用研究

基于“华龙一号”海外首堆——卡拉奇核电厂K2/K3机组工程,介绍了常规岛DCS控制系统的总体设计方案,针对常规岛国产化DCS控制系统平台及其功能优化和开发进行了说明。结合卡拉奇核电厂的工程实施,就常规岛DCS控制器功能分配、控制机柜设置、驱动级功能模块的实施等方面进行了具体的讨论,旨在对国产控制系统在核电站常规岛的应用进行总结和分析,为后续核电工程常规岛DCS系统应用方案设计提供一定的启发和借鉴。     

核电厂DCS设备多属性健康评价策略

DCS设备可靠性评价的准确性对于加强核电厂的DCS设备管理、提高核电厂运营的安全性和经济性至关重要。针对DCS设备可靠性评价,提出了一种基于Vague集的核电厂DCS设备运行可靠性评价策略。结合逼近理想解法（TOPSIS）将DCS设备的可靠性评价指标转换为Vague集。采用熵权法和模糊综合评价法（FAHP）分别得到指标的主客观权重,使用博弈论和基于方差最大化的方法求得组合权重。利用直觉模糊混合算术平均（IFHAA）算子对Vague集进行加权运算,对设备的运行可靠性进行评价和排序。以国内某核电厂DCS设备运行数据为实例,对设备运行可靠性进行综合评价,验证了基于Vague集核电厂DCS设备健康评价策略的可行性。     

方家山核电机组DCS时钟跳变的影响分析与研究

时钟系统的故障或异常极易触发机组运行事件,严重影响运行人员对机组的监盘和控制。以方家山核电厂DCS一层（I/A系统）时钟跳变引起二层（KIC系统）的历史功能异常事件为主线,介绍了方家山核电机组的DCS系统架构、授时方式、一二层数据传输及其时钟同步的规则。并在最小化模拟平台进行实验,详细阐述了DCS一层时钟突跳对二层的影响及原因。最后,对事件产生的原因进行深入的剖析和研究,找出设备系统设计的缺陷及不合理之处,并提出相应的优化和改进方案,以解决目前核电厂DCS时钟系统授时所存在的薄弱问题,提升DCS时钟系统授时的可靠性。     

核电站DCS系统数字通信网络的时钟同步研究

随着核电二代加或三代机组中全数字化（DCS）控制系统的应用,以网络交互技术为基础的数据通讯成为DCS系统核心组成。DCS系统时钟网络为数据处理及显示系统、电厂控制系统和汽轮机控制系统等核电站众多仪表设备提供授时服务,因此数字通信网络的时钟同步对电厂安全稳定运行尤为重要。结合某核电站DCS一层时钟跨年跳变导致电站计算机信息和控制系统（KIC）历史曲线记录不更新的事件处理,研究了数字通信网络的同步模式和数字通信中网络时钟滑动。通过研究,探索改进时钟授时系统提高可靠性的方法,对现役核电厂授时系统的改造和新建核电厂授时系统的设计有良好的指导作用。     

核电DCS中人机界面软件的验证与确认的探索研究

核电DCS人机界面设计的优劣直接影响到整个核电DCS系统设计的成败,因而核电厂DCS系统人机界面软件的验证和确认成为我们必须面对的重要环节,该文遵循IEEE以及IAEA的核电相关软件的验证与确认导则,基于自行研发的软件验证与确认工作平台,就核电DCS系统开发中的人机界面软件设计以及关键的V&V方案和活动进行探讨。     

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。     

核电厂建造阶段DCS冗余I/O信号通道分配审查及优化

分布式控制系统(DCS)已在核电行业内广泛应用。由于输入/输出(I/O)卡件通道分配原则不明确、DCS供货商对核电厂工艺设计理解不到位等因素,国内核电厂已出现多起由于单一输入/输出卡件故障导致的机组非停或者大瞬态。国内某核电厂采用我国自主研发的第三代核电华龙一号技术,当前正处于土建施工和DCS详细设计集成阶段。电厂技术团队依托在核电厂工艺系统设计和运维的丰富经验,在国内核电项目首次开展建造阶段的参与重要控制/保护冗余DCS信号I/O通道专项审查优化工作,避免了同行电站商运后大量改造,有效提高了核电厂的安全性和经济性。     

DCS系统时钟同步及跳变机制研究与改进

福清核电站采用了先进的全厂数字化（DCS）控制系统,作为分布式实时系统,对时钟信号的处理提出了非常高的要求。文章针对DCS时钟同步及时钟跳变机制进行相关研究,并结合福清1号机组出现的上游时钟跳变对DCS系统产生的影响,研究上游时钟发生跳变时DCS系统的应对机制,通过自主搭建的时钟授时DCS系统开展系列测试,提出并实现了两种预防DCS系统时钟跳变对DCS影响的改进方法,消除了上游GPS时钟跳变对DCS系统的影响,避免因上游时钟跳变后DCS不可用造成的机组非计划后撤,本研究对核电厂机组安全稳定运行具有实际应用价值,并对后续机组及同行电厂DCS时钟同步机制研究具有借鉴意义。     

DCS⁃TCS二层一体化中单台PU服务器故障优化的研究

某核电厂分布式控制系统(DCS)⁃汽轮机控制系统(TCS)二层一体化中TCS侧单台过程处理(PU)服务器故障,会导致DCS⁃TCS控制权限非预期切换及DCS侧TCS所有相关画面变为洋红的问题。为解决该问题,对核电厂DCS⁃TCS控制权限切换逻辑及DCS画面显示状态判断逻辑进行研究。全面分析了两组逻辑所采用的状态字及其触发机制,并针对性提出DCS⁃TCS控制权限切换逻辑及DCS画面状态判断逻辑的优化方案。该方案有效解决了单台PU服务器故障导致的权限非预期切换及画面变洋红的问题,提升了DCS⁃TCS二层一体化的可靠性,满足了核电厂对DCS⁃TCS二层一体化安全性及可靠性的需求。该研究可为同类技术路线的DCS⁃TCS二层一体化设计提供借鉴。     

核电DCS系统网络失效带来的启示及应对策略

随着数字化技术不断发展,数字化控制系统（DCS）在新建的核电机组中得到了普遍运用。DCS网络作为DCS系统的信息高速“公路”,发挥着极其重要的作用,而网络构架设计和配置策略的不合理可能产生广播风暴,导致网络性能下降,甚至网络瘫痪。结合某核电厂DCS网络失效案例进行原因分析,阐述了DCS网络失效带来的启示及应对策略,不仅仅从提升DCS网络可靠性本身探究解决方案,更着重从DCS系统设计的角度去解决DCS网络失效引发的问题,提供了一种解决问题的新视角和新维度,以实现从根本上避免网络失效引发的不可接受的后果。     

“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。     

核电厂安全级DCS平台的1oo2D架构设计研究

为保证核电厂的安全和可靠运行，有效克服单一故障影响，核电厂安全级DCS系统必须充分考虑冗余性设计。根据相关标准对于1oo2D的架构要求，该文对1oo2D架构设计进行研究，提出了一种适用于核电安全级DCS系统的1oo2D架构设计思路，详细地就输入信号的表决机制进行说明，就冗余主控模块的表决处理、数据比较进行描述，同时还对输出信号的诊断和切除方式进行描述，为后续的1oo2D平台详细设计提供指导。     

DCS分布式处理单元及其散热风扇供电设计优化

分布式处理单元是DCS系统中最重要的组成部分,其供电可靠性的设计直接影响到DCS系统的安全稳定运行。主要分析了某核电厂1、2号机组非安全级DCS控制柜内分布式处理单元与散热风扇不满足单一故障准则,并结合现场项目建设进展,通过对目前控制柜内分布式处理单元及散热风扇供电设计进行分析,从可靠性、机组安全性和经济性角度对原有设计提出优化方案,并推动该方案在1、2号机组完成改造实现,为后续核电机组DCS系统提供参考和借鉴。     

核电厂建造阶段DCS跨控制器网络传输信号优化

由于分布式控制系统（DCS）网络通信设计、信号传输方式配置不合理,导致了国内核电厂多起由于DCS网络故障引发的机组非计划停机、停堆。为解决这个问题,对核电厂DCS设备设计和集成阶段开展跨控制器网络传输信号优化研究。从核电厂DCS网络设计和信号传输设计入手,深入分析原因并明确优化方向,全面排查了1 900多项跨控制器网络传输信号、制定了硬接线传输的审查原则和优化方案,落实了130项参与机组重要控制、保护和联锁的跨控制器网络传输信号的优化项。此项研究有效避免了机组商运后的大量技术改造和验证工作,提高了机组商运后运行的安全性、稳定性和经济性。     

核电厂应急辅助决策系统数据接口设计

核电厂应急辅助决策系统数据接口众多,如果对应急系统接口考虑不足,可能会造成应急系统功能缺失,对应急响应造成影响。对核电厂应急系统的接口进行了梳理,明确了不同系统和应急系统间的通信方式和通信内容。依据信息安全的要求,生产控制大区（如全厂非安全级控制系统）向信息管理大区（如应急系统）传输数据应为单向通信。因此,设计了基于用户数据报协议（UDP）和数据摆渡的数据单向传输方案,以及基于超文本传输协议（HTTP）的数据双向传输方案。针对在应急演习期间,应急系统会将数据源切换为模拟机和人工预置数据的情况,设计了分布式控制系统（DCS）和模拟机的数据源切换方案以及人工预置数据模板。通过对核电厂应急系统数据接口的梳理和通信方案的设计,为后续新建核电厂的核电厂应急系统建设提供了指导,降低了应急系统现场调试数据接口的风险。     

反应堆保护系统软件参数设置的安全影响研究

反应堆保护系统的软件参数设置对系统和机组的安全运行起到重要的作用,以核电厂TXS(TELEPERMXS)平台安全级DCS为背景,阐述了软件内部的四取二逻辑模块和RS触发器模块在反应堆保护系统异常情况下,软件参数设置对停堆或者专设安全设施动作的安全影响。通过实例,介绍不同的软件参数设置产生的不同的逻辑效果,并给出建议方案,对提高核电厂反应堆保护系统的可靠性有一定的参考价值。