儀控系統(tǒng)安全分級

      據(jù)朱毅明介紹，各國對核電儀控系統(tǒng)設(shè)備的安全分級有很多種方式。比如，歐洲和美國的分類方法就不相同。美國只有核安全級(lE)和非安 全級(NC)，歐洲的分類方式比較復(fù)雜，在歐洲主導(dǎo)的IEC61226標(biāo)程中，將安全性重要的儀控系統(tǒng)分為A、B、C三個等級。

      在美國，儀表和執(zhí)行器層次由安全級和非安全級設(shè)備組成，安全級設(shè)備中包括一些核專用的核測儀表，如中子通量的測量和與反應(yīng)堆相關(guān)的特殊 的變送器、傳感器。除此之外，還要用到很多核級的常規(guī)儀表。這種核級設(shè)備的設(shè)計制造，需要取得國家頒發(fā)的許可證。在非核級的設(shè)備中，除了一些核電站、反應(yīng) 堆專用的儀器儀表，大多是壓力、流量、溫度傳感器和變送器，與普通發(fā)電設(shè)備應(yīng)用的沒有太大的差異，這部分設(shè)備的量也是很大的。

      在控制層，分為核島、常規(guī)島、BOP等部分。核島的運行控制要歸到核安全級系統(tǒng)，因為其保證電廠處于正常穩(wěn)定的運行工況。核安全級系統(tǒng) 包括反應(yīng)堆保護系統(tǒng)、專設(shè)安全設(shè)施控制(安注、安噴、輔助給水、安全殼隔離等)，還有一些相關(guān)的測量系統(tǒng)。如棒控棒位系統(tǒng)、堆芯測量系統(tǒng)。常規(guī)島部分基本 全是非安全級的；BOP部分也基本上是非安全設(shè)備,如放射性廢物處理、壓縮空氣、除鹽水、制氫、輻射監(jiān)測、安防系統(tǒng)等。在監(jiān)控層，除了主控室外，還有遠(yuǎn)程 停堆操作站，當(dāng)主控室不可用時，操作人員可以在遠(yuǎn)程停堆操作站停止反應(yīng)堆反應(yīng)。

      數(shù)字化儀控系統(tǒng)安全分級

      據(jù)朱毅明介紹，核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)也分為非安全級(NC)、安全級(1E)二類。非安全級主要完成機組在運行狀態(tài)下的自動控制和監(jiān)控操 作，也叫做運行儀控系統(tǒng)；安全級主要完成在事故工況下的保護和事故緩解功能，主要包括反應(yīng)堆跳堆、專設(shè)安全設(shè)施控制、事故后監(jiān)視等功能。

      一、非安全級DCS。從核電站方面講，核電站不愿意采用數(shù)字化控制系統(tǒng)有二個顧慮。一是因為數(shù)字化控制系統(tǒng)都是采用馮諾依曼計算機基本 結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的計算機會不會在某種特定情況下導(dǎo)致全部失效?比如2000年世界范圍內(nèi)曾經(jīng)爆發(fā)過“千年蟲”。二是軟件的可靠性問題。軟件的可靠性問題是 一個世界級的難題，很難對軟件的可靠性進(jìn)行量化評估。國外對于硬件的可靠性已經(jīng)研究了幾十年，是可以應(yīng)用概率論的方法進(jìn)行量化的。復(fù)雜軟件的缺陷是不可避 免的,如果要求將數(shù)字化儀控系統(tǒng)軟件的所有條件組合進(jìn)行全覆蓋測試，將是一個天文數(shù)字，沒有任何人任何國家能夠做到。所以，造成了核電場對使用基于軟件的 數(shù)字化儀控系統(tǒng)是非常謹(jǐn)慎的。一般情況下安全級、非安全級采用不同廠家的設(shè)備或不同設(shè)計技術(shù)的設(shè)備，這是一種多樣化的措施，可以避免控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)同 時出現(xiàn)問題的情況。

      核電站非安全級DCS與火電廠DCS的差異主要在于可靠性和可維護性的不同。核電站出于運營的需要，要求產(chǎn)品至少能夠在現(xiàn)場運行 10~15年，維護期20~25年，這對廠家來說是非常困難的。很多芯片、顯示器、計算機等零部件和裝置都已經(jīng)停產(chǎn)，而DCS廠家卻還要維護下去。在一些 核電站，對于DCS還有抗地震要求，要求在SLl/SL2地震條件下保持系統(tǒng)功能的完整性。

      二、核安全級DCS。這部分是與火電廠不同的，反應(yīng)堆保護系統(tǒng)是核安全級DCS重要的應(yīng)用,基本是按照獨立多通道設(shè)計。目前運行的大亞 灣、嶺澳一期核電站均采用模擬組合儀表、繼電器和磁邏輯的反應(yīng)堆保護系統(tǒng),田灣核電站在國內(nèi)首先采用基于數(shù)字化技術(shù)的反應(yīng)堆保護系統(tǒng),嶺澳二期和秦山一期 保護系統(tǒng)改造也采用了類似的系統(tǒng)。

      目前，核安全級DCS研發(fā)最大的問題是軟件的可靠性。目前，軟件可靠性無法量化。

      核安全級DCS對于實時性要求很高，在DCS系統(tǒng)中，實時性一方面意味運算周期短，但更主要的是確定性。核安全級DCS對于信息安全有 很高的要求，程序和數(shù)據(jù)受到保護，不受偶然的或者惡意的原因而遭到破壞、更改。數(shù)據(jù)真實性和完整性在儀控系統(tǒng)中更為重要，數(shù)據(jù)校驗和冗余是有效的方法。

      國產(chǎn)化是突破重點

      據(jù)了解，國內(nèi)的核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)發(fā)展了很多年，但是因為市場太小，過去20多年就3~5個項目，發(fā)展緩慢。但現(xiàn)在不一樣，在建就是幾十臺,將來還會有幾十臺，市場容量擴大了。

      數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)控制著核電站300多個系統(tǒng)近萬套設(shè)備，是核電站的“控制中樞”和“神經(jīng)中樞”，核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)由于安全性、可靠性要求極高，是核電裝備國產(chǎn)化最重要、最困難的部分。而控制系統(tǒng)一直是我國成套裝備國產(chǎn)化的薄弱環(huán)節(jié)。

      目前，國內(nèi)核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)和關(guān)鍵儀控設(shè)備主要被國外技術(shù)所壟斷，已投運或已開工建設(shè)的國內(nèi)核電站項目，所采用的全數(shù)字化儀控系統(tǒng) 均直接采用國外產(chǎn)品和技術(shù)，或者由國外公司總承包。數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)設(shè)計自主化，成為我國大規(guī)模建設(shè)核電機組必須突破的核心技術(shù)之一。

      “本次大會為核科學(xué)和儀器儀表領(lǐng)域?qū)＜业膶W(xué)術(shù)交流搭建了一個良好的平臺，對于推動我國核電儀控技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研、用緊密結(jié) 合，推動我國核電儀控學(xué)術(shù)界的國際交流，有非常重要的意義?！眹噎h(huán)保部核安全管理司司長劉華在第一屆中國(國際)核電儀控技術(shù)大會上指出。

      據(jù)悉，經(jīng)過多年努力，我國已確立了較為完整的核電儀控設(shè)備設(shè)計、制造安全規(guī)范，形成了一批相對成熟的核電儀控設(shè)備供應(yīng)商，國產(chǎn)化程度得 到不斷提升。其中，核電站非安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)已經(jīng)完全實現(xiàn)自主化；核安全級數(shù)字化控制平臺研制也取得了突破性進(jìn)展，發(fā)布了具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)據(jù)的原 理樣機階段的研制成果。國產(chǎn)化儀控技術(shù)的發(fā)展將為核電安全架起更為穩(wěn)固的防護網(wǎng)。