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首台全面集成了数字化仪表与控制系统的APR-1400型反应堆现已在韩国投入运行。对此,DarylHarmon,BenRomeo和RobBeasley给出了他们针对仪控系统设计的看法。
2016年12月,大韩民国的Shin-Kori3成为了首台投入商业运行的配有全面集成的数字化仪表与控制(I&C)系统的APR-1400反应堆。这不仅在该堆型的设计中属于首次,同时也是首个由西屋电气公司为先进轻水反应堆供货并实现商业运行的全面集成的数字化仪表与控制系统。
从系统结构设计到运行,这项工程的实施及其背后的工作,将有助于核工业对全面集成的数字化仪表与控制系统的拥趸。Shin-Kori3&4是韩国在建的其他APR-1400机组的参考电站,也是阿拉伯联合酋长国布拉卡在建的四台机组的参考电站。同样亦配备有西屋所供的数字化仪表与控制系统的Shin-Kori4预计将于2018年年初装载燃料。
集成的数字化仪控系统
仪表与控制系统不仅监控着核电站状态的各个重要方面,而且还能通过根据需要进行调整来帮助优化核电站的运行。许多在投运之初采用了模拟的仪控系统的电站,已经基于组件系统原则,用等同的数字化系统部分地替代了这些可靠但已老化的系统,但是,这些独立的系统无法实现集成的数字化仪控系统的全部性能效益。集成的数字化仪控系统非常可靠,并能提供更好的电厂绩效和额外的诊断能力。
韩国电力技术株式会社为Shin-Kori3&4设计了一个全面的数字化仪控结构。作为总承包商斗山重工的承包商,西屋负责了组件的设计、设备的制造、软件的编程,并负责测试、交付与支持所有安全相关的与非安全相关的数字化仪控系统的调试。
这些由西屋交付给Shin-Kori3&4的系统组成了人机界面系统。该系统含有先进的紧凑型工作站控制室,以及使用了CommonQTM与OvationTM平台的分散式数字化控制与保护系统。这些平台提供了数据采集、工艺组件控制、信息处理与显示,以及电站保护功能。这些全数字化平台的集成,能够在提供实时在线诊断与测试的同时,实现高可靠性与高可用性的目标。
数字化仪控系统之所以能够提供如此之高的性能,其秘诀就在于众多组件与软件高依附度的复杂集成。尽管这些因素不会影响所有仪控系统所固有的单一故障风险,但它们会提高共因故障风险的可能性。一个故障影响了整个系统时,即是单一故障发生;而当一个或多个事件造成在多系统中的同步故障,或造成在多通道系统中的两个或更多单独通道的同步故障,从而导致系统失效时,则即是共因故障发生。
减少这些风险的方法包括多样化(两个或更多的性质不同但执行相同功能的平台或组件)、冗余(包括可互相替代的系统或组件,如一个出现故障,任何其他的系统或组件可以执行所要求的功能)、以及独立化(电气隔离、实体隔离以及系统间的独立通信)。但是,纵深防御的层次增加了系统的复杂性,从而也增加了在设计、运行以及维护中所出现的人为失误的风险。这些问题在Shin-Kori3&4的系统结构与设计中得到了解决。
韩国电力技术株式会社采用了两个各不相同的安全平台与非安全平台设计了接口系统结构。
西屋选用了两个不同的,商业可得的平台来支持这复杂的结构,并减少人为失误的可能性。非安全仪控系统采用了Ovation平台,以在正常工况下运行电站;安全仪控系统采用了CommonQ平台,能提供电站保护与事故缓减功能。
全电站范围的数据网络在设备之间提供通信,包括安全通道内部、安全通道之间、非安全子系统内部、以及某些情况下安全与非安全设备之间的通信。
主控制室
主控制室设计紧凑,操纵员能方便地从模块化网络工作站上访问并控制数百个组件。此前的主控制室设计有很多独立的硬接连组件控制,和遍布整个控制室的固定式指示仪,而先进的主控制室则考虑到了在任何运行工况下的更简单更有效率的操纵员界面。在异常运行工况下,集成网络化系统能够将信息进行优化,并以快速访问界面形式呈现给操纵员。
Shin-Kori3主控制室操纵员工作站布局
连接了很多设备的双向数据高速网,实现了主控制室中安全性的效率、制约与平衡。允许电站工作人员从该中央位置来实施维护与监督测试活动。例如,操纵员可以通过诊断警报,查看仪控设备故障情况,以及实时观察映射输入/输出点的状态来知晓故障的发生。同样地,从中央触摸屏的用户界面可以实施系统级与组件级的测试功能。操纵员也可以使用维护与测试盘显示屏来修改每个安全通道的工艺参数设定值。与此形成鲜明对比的是,传统电站的运行要求操纵员使用装有硬接线开关与控制器的多个分散式操作盘,设定值的更改则需要操纵员利用硬编码值重建应用,并在板卡级上修改设定值。
单独硬件及软控制案例
操纵员控制台为安全与非安全系统配备了不同的电源,并配备有冗余数据连接。每个控制台有四个冗余的非安全工作站和安全相关的“专设安全功能软控制模块”,操纵员必须使用这些模块来驱动安全相关的组件(尽管操纵员可以从任一类型的工作站上进行过程监控)。该控制采用了单向数据链接。
计算机化规程系统结合了实时电站数据,利用正常、异常与紧急操作,以及报警响应,为操纵员提供指导。先进的报警系统依据电站模式和预期操作,对报警进行优先与抑制处理,这有助于将操纵员的工作负担降到最低。以上两个系统均可从所有的工作站进行访问,它们对电站数据进行梳理,并减轻操纵员的工作负担。
操纵员还可利用控制室前方的大型显示屏中的一个变量画面,与其他控制室操纵员分享其工作站上的显示内容。固定的画面模拟了电站的重要系统,因此操纵员可利用空间专门信息时刻保持对情况的了解。
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