CPR1000核电厂安全级DCS研究

ESFAC 执 行 从 RPC 和 ECP 上 传 来 的 逻 辑 信 号 ，并 进 行 4 取 2 表 决 逻 辑 ， 将 处 理 结 果 传 输 到 SLC 作 为 LEVEL 0 层 的 控 制 信 号 。 专 设 安 全 设 施 驱 动 柜 ESF 采 用 了 A/B 两 列 的 设 置 ，并 且 每 一 列 采 用 了 各 四 个 机 柜 。 ESFAC 主 要 执 行 以 下 功 能 ：（1）接 受 RPC 机 柜 来 的 阈 值 计 算 结 果 ，执 行 2/4 表 决 逻 辑 计 算 ，以 及 ECP 来 的 系 统 级 手 动 专 设 驱 动 指 令 ，并 输 出 系 统 级 自 动 专 设 驱 动 信 号 给 SLC 机 柜 ；（2）ESFAC 中 的 自 动 试 验 子 系 统 实 现 ESAFC 和 SLC 的 定 期 试 验 功 能 ； （3）ESFAC 中 的 通 讯 子 系 统 实 现 安 全 总 线 （safety bus）和 安 全 系 统 总 线 （safety system bus）之 间 的 接 口 ，以 及 RPC 与 安 全 总 线 的 接 口 功 能 ；（4）KIC/BUP/RSS 模 式 切 换 的 逻 辑 在 ESF 子 系 统中实现。 2.3 SLC 安全逻辑系统设计
0 引言
随 着 分 散 控 制 系 统 （DCS）的 快 速 发 展 ，DCS 所 具 有 的 开 放性、高可靠性、快速性和可操作性逐步被认可，常规火电厂 普 遍 采 用 DCS 作 为 综 合 控 制 系 统 。 DCS 是 分 散 控 制 系 统 （Distributed Control System）的 简 称 ，它 是 一 个 由 过 程 控 制 级 和过程监控级组成的， 以通信网络为纽带的多级计算机系 统，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、 组态方便,大大增加了电厂控制的可靠性[1－3]。 数字化控制系统 可以通过通信网络将分散在现场执行数据采集和控制功能 的远程控制站与控制中心的各种操作站联接起来, 共同实现 分 散 控 制 、集 中 监 控 与 管 理 [4]。
SLC 通 过 安 全 总 线 接 收 来 自 ESFAC 的 专 设 设 备 信 号 与 S-VDU 的 手 操 信 号 ，同 时 也 接 收 其 他 数 字 化 控 制 系 统 （包 括 控制室手动命令）， 完成设备级的逻辑处理后并将这些信号
进行处理后驱动现场执行机构；同时 SLC 将现场设备的状态 反 馈 信 息 通 过 安 全 总 线 或 者 是 硬 接 线 送 给 S-VDU 或 者 是 BUP 进行指示。
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2012 年 8 月第 24 期
ＣＰＲ１０００ 核电厂安全级 ＤＣＳ 研究
魏海峰 （中广核阳江核电有限公司 广东 阳江 529941）
【摘 要】目前在建 CPR1000 核电厂(红沿河、宁德、阳江、防城港等)仪控系统采用日本三菱电机和 北 京 广 利 核 联 队 提 供 的 数字化仪控系统 DCS，其中安全级 DCS 采用日本三菱电机的 MLETAC 系统，非安全级 DCS 采用和利时的 HOLLIAS-N 系统。安 全级 DCS 系统设计遵循单一故障、多样性、独立性、冗余性等原则，本文将对安全级 DCS 进行介绍。
1 核电站控制系统设计
DCS 一般采用现场总线技术,大量信号通过网络 传输,总线为虚拟环网结构,有较高的通信可 靠 性[5－7]。 核电站控制系统由安全级 DCS、非安全级 DCS、专用 控制系统等 3 部分构成。 核电站控制系统设计应遵 循如下原则：单一故障、多样性、独立性、冗余性等。考 虑安全性， 核岛控制系统设置了部分硬接线的控制 按钮和显示仪表，安全保护系统采用 A、B 2 个系列， 4 个保护通道，执行“4 取 2”逻辑。
图 1 阳江核电厂 DCS 控制系统简图
作 者 简 介 ：魏 海 峰 （1983 — ）， 男 ，工 程 师 ，工 作 于 中 广 核 阳 江 核 电 有 限 公 司 ，从 事 核 电 站 运 行 。 SCIENCE & TECHNOLOGY VISION 科技视界 295
2012 年 8 月第 24 期
安 全 级 DCS 主 要 是 由 RPC，ESFAC，SLC，ARC，CCMS 以 及 SRC 等系统组成。 RPC 系统主 要 完 成 停 堆 保 护 功 能 ，ESFAC 和 SLC 系 统 主 要 完 成 安 全 专 设 功 能 ，CCMS 主 要 完 成 堆 芯状态监视 功 能 ，而 SRC 主 要 执 行 模 拟 量 部 分 的 SR 功 能 和 部分手操功能。 2.1 RPC 系统设计
SLC 主要实现安全级设备部件级控制，对应逻辑图中 1E 与 SR 功能分级的控制，其主要的功能如下：（1）实现 LEVEL0 与 DCS 信号接口；（2） 接收从 S－VDU 发出的指令；（3） 接收 ECP、BUP 等 硬 件 线 信 号 发 送 到 设 备 （通 过 PIF 卡 ）；（4）实 现 不 同 安 全 级 信 号 的 优 先 级 处 理 ； （5） 发 送 设 备 反 馈 信 号 到 COM；（6）发送设备故障信号至 COM。 2.4 CCMS 系统功能
CCMS 系统的主要功能是在事故发生时测量反应堆的温 度并检测反应堆的状态。
CCMS 分 A/B 列 各 有 1 个 机 柜 组 成 ， 其 CPU 为 主 从 冗 余 方 式 ，运 算 定 周 期 为 100ms。 主 要 用 于 计 算 堆 芯 温 度 以 及 堆 芯 压 力 容 器 的 液 位 ，具 体 功 能 的 描 述 如 下 ：（1）通 过 测 量 的一回路压力、安全壳压力、反应堆压力容器液位、一回路 冷却剂泵状态及堆芯温度来计算一回路饱和温度及反应堆 压 力 容 器 液 位 ；（2）输 入 过 程 信 号 并 将 这 些 信 号 和 报 警 信 号 通 过 安 全 总 线 （Safety Bus） 传 输 给 COM 机 柜 ，COM 机 柜 再 将 上 述 信 号 通 过 安 全 系 统 总 线 （Safety system BUS） 传 输 给 NC-DCS；（3）通 过 安 全 （Safety Bus）总 线 ，接 收 来 自 SFOC 的 mode switching signal； （4） 通 过 安 全 总 线 （Safety Bus） 将 CCMS 本 身 的 故 障 信 号 传 输 给 COM，COM 机 柜 再 将 该 信 号 通 过 安 全 系 统 总 线 （Safety system BUS）传 输 给 NC-DCS；（5） 通 过 安 全 总 线 （Safety Bus）和 硬 接 线 ，接 收 来 自 COM 的 RPC 的 数 字 显 示 信 号 并 输 出 到 BUP 上 ；（6）CCMS A、B 列 的 数 据 通 过 Datalink 进 行 交 换 和 比 较 ；（7） CCMS B 列 还 执 行 B 列 的 SR 级 功 能 。 2.5 SRC 系统功能
2 CPR1000 核电站安全级 DCS 控制系统
设计 目前新建的 CPR1000 核电仪控系统采用日本三菱电机和
北京广利核联队提供的数字化仪控系统 DCS， 其中安全级 DCS 采用日本三菱电机的 MLETAC 系统，非安全级 DCS 采用和利时 的 HOLLIAS-N 系统。 本文将对安全级 DCS 系统进行研究。
【关键词】CPR1000 核电厂；安全级 DCS；数字化仪控；系统设计 The Research of Safety DCS for CPR1000 Nuclear Power Plant WEI Hai-feng
(Yangjiang Nuclear Power Co., Ltd., Yangjiang Guangdong, 529941) 【Abstract】Digital I&C system in CPR1000 （Hongyanhe/Ningde/Yangjiang/Fangchenggang）nuclear power plant is provided by joint design team which is composed of Mitsubishi in Japan and CTEC in Beijing .The safety DCS is used of MELTAC-N plus R3 system for Mitsubishi. The NC-DCS is used of HOLLIAS-N system in CTEC. The safety DCS is following the rules: a single fault, diversity, Independence, Redundancy. The article will describe the safety DCS. 【Key words】CPR1000 nuclear power plant; Safety DCS; Digital I&C; System design
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RPC 系统是由四个通道组成，每个通道 从 现 场 的 传 感 器 接受输入信号。 每个通道分为两个子组，每个子组的 CPU 是 主备冗余的结构。 RPC 系统的每个通道与其它三个通道以及 ESFAC 采用 Data-Link 的通讯方式 ， 与 P-VDU、NC-DCS 是 通 过 Safety System VDU- 显 示 装 置 RPC- 反 应 堆 保 护 系 统 ESFAC - 专 设 安 全 设 施 SLC - 逻 辑 控 制 柜 OPS - 操 作 员 站 GW-网关 RSS-停堆系统 TSC-汽机压力控制 NI-核岛 CI-常 规 岛 FCS-现 场 控 制 站 RGL-控 制 棒 驱 动 系 统 TG-汽 轮 机 控 制系统 CCMS-堆芯冷却监测系统 SFOC-安 全 级 显 示 单 元 驱 动 Bus 进行通讯的。RPC 系统采用单 I/O 结构，但其采用的是 冗余供电结构。RPC 系统 CPU 的运行周期为 25ms。 停堆信号 触发的响应时间要求小于 150ms。 RPC 系统的主要功能为执 行停堆保护功能，及其辅助的安全专设信号处理功能。 具体 的功能描述如下：（1） 每个通道分别对现场输入信号进行阈 值处理，然后发送给其它通道执行停堆逻辑 ；（2）将停堆保护 功能分配到两个子组； 每个通道从其它通道接收保护信号， 然 后 执 行 2/4 逻 辑 ，产 生 停 堆 信 号 ；（3）每 个 通 道 产 生 的 安 全 专设信号通过 Data-Link 发送给 ESFAC；（4）每个通道的过程 参数以及报警需要送到 主 控 室 以 及 PAMS 系 统 进 行 监 视 的 ， 它们是通过 Safety System Bus 进行通讯的；（5）每个通道具有 通道旁通以及保护参数旁通的功能，这些旁通参数要发送给 其它通道以及主控室。
SLC 系 统 分 为 A、B 两 列 ，每 列 分 为 3 个 子 组 ，执 行 设 备 级安全专设的逻辑功能。
SLC 系 统 的 CPU 都 是 并 行 冗 余 的 结 构 ， I/O 为 单 I/O 结 构，但部分 I/O 为冗余结构。 SLC 系统都是通过 Safety Bus 与 其它系统进行通讯，A/B 列之间无网络通讯。
RPC 系统的停堆机构是由 8 个断路器组成，并 连 接 成 2/ 4 的逻辑结构，RPC 系统的每个通道控制一对断路器。 每个断 路器分为失电停堆线圈和得电停堆线圈。 自动停堆信号触发 失电停堆线圈动作，而手动停堆信号同时触发两个停堆线圈 动作。 在定期试验期间，每次只能对一对断路器进行测试，因 此，控制棒不会失去供电，而产生停堆动作。 2.2 ESFAC 系统设计