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单独的备用控制台
作为纵深防御措施,主控制室中设有一个安全控制台,是单独的备用控制台,上面有多样化的驱动器作为紧急安全保护。这些控制措施可用来关闭电站,或允许操纵员进行任何紧急操作。手动/自动操作站提供了一套多样化的备用硬件,操作员可以用其来控制辅助给水流量与主蒸汽大气排放阀。
西屋设计了信号多路转接器来减少现场接线,简化安全与非安全控制的修改。固定位置控制器将工艺模块连接到多路转接器,信号则通过光纤与铜缆网络传输。
远程停堆盘
作为在控制室之外的另一安全措施,还有一个远程停堆盘,它配有数量有限的固定位置控制器。在全站范围内还设有数个仅可用于监视的操纵员工作站,以便电站支持人员能方便地获取信息。
分散式仪控系统
所有非安全相关的仪控系统、电站计算机应用、非安全相关与安全相关的仪控系统的数据链接接口、以及实现系统间通信的网络,均属于分散式控制与信息系统的一部分。
它也有冗余与容错功能。在Shin-Kori3&4中,设有75对冗余控制器用于操作电站仪控系统。仪控系统控制稳压器的压力与水位;蒸汽发生器水位;各种化学与容积控制系统的功能;具有数字化棒控系统的反应堆功率;放射性废物控制系统;以及诸如断路器、各种泵、风机、阀门等其他组件。这些系统中的两个系统被用作安全相关系统的备用,进而支持了纵深防御策略。
先进的报警系统采用了模块化设计,它是基于软件的具有高度可配置性的报警系统,包含有冗余的报警服务器。报警信息显示在操纵员的工作站与大显示屏上。计算机化规程系统通过监测适当的电站数据、并对数据进行处理、并识别所建议的行动步骤,依据规程向操纵员提供逐步指导。这两个系统均属于分散式信息与控制系统(也称之为信息处理系统)的子系统,历史数据的收集也在此实现。
分散式信息与控制系统还通过采用专用四通道的单向数据链接,来监测安全相关的仪表与组件信息。这样,安全数据可以被所有连接到分散式信息与控制系统网络上的系统进行访问,包括报警系统与操纵员工作站显示器。
集成的数字化安全系统
安全系统由互连处理、输入/输出机柜、以及操纵员界面组成,其作用为保护反应堆、生成并执行专设安全措施组件的驱动、监视事故前与事故后的安全参数、控制离散的安全组件、以及进行系统级与组件级的测试。这些系统收集关键的核蒸汽供给系统参数,从而根据需要生成电站保护动作,如停堆、安全注水等。检查工作要到位,以确认驱动信号的起源,系统故障要能自我连续监测。
西屋采用了基于计算机的可编程逻辑控制器来实施控制与逻辑处理,因为它的软件强大,用户可定制,而且大量的数据可通过数据网络进行分享。这些数据以及数据向操纵员的传送,在很多方面改善了操纵员的体验,这在模拟系统中是无法实现的,诸如,报警的优化,从操纵员工作站进行控制。
安全系统结构设计有四个冗余的设备通道,并在每个通道内的机柜间实施进一步的冗余设计。安全系统的控制器和它们的通信链接具有自我诊断能力。在Shin-Kori3&4中,信息处理控制柜也设有冗余的备用的处理器模块,能不间断地监测其自身故障和冗余处理器的故障,从而当探测到故障时,控制能被自动地无扰切换。
安全系统的确认
安全系统的验证与确认是依据美国与韩国的法规导则、工业标准以及韩国水电核电公司的要求进行的。西屋实施的确认分为两个主要部分:硬件确认,包括设备鉴定与商业级产品专用化;软件确认,采用试验与独立的验证与确认流程。西屋完成的测试使用了分阶段方法。
对独立系统的集成
西屋为其他核电站设计过许多独立系统。这些系统最初被设计为在模拟仪控系统内运行的独立的数字化系统。
对这些系统的集成,可采用以下两种方法中的一种:对这些系统进行全面的重新设计,将其集成到全数字化仪控系统中;或使用创新手段将这些数字化系统纳入到全数字化人机界面系统结构中。前一种方法意味着韩国水电核电公司要投入更大的投资成本。
在Shin-Kori3&4电站中,通过设计一个新的基于分散式控制系统的逻辑机柜和新的电源机柜来控制控制棒驱动机构,西屋能将全数字化棒控系统进行集成。西屋还集成了数个状态监测系统。在无需付出全面重新设计的成本与开销的前提下进行集成升级,这在核仪控系统现代化进程中,是了不起的成就。因为将这些系统的报警信息也集成到了电站的先进报警系统中,这是从分离式控制室界面向前迈出了革命性的一步。
调试中的挑战
就像每一个敢为天下先一样,Shin-Kori3的调试过程中充满了挑战,特别是在人机界面上。
举例来说,在Shin-Kori3进行功率提升测试中(2016年5月到12月),测试程序包含了所有主要设备的动态测试,其中包括了数字化仪控系统。在进行80%的堆功率甩负荷测试时,发生了出乎意料的停堆事件。测试中一个意想不到的传感器故障,对蒸汽旁路控制系统的动态响应产生了始料未及的影响。负责顺利传输控制输入信号的控制系统方法,干扰了对甩负荷的预期响应(反应堆功率下降而不停堆)。
利用计算机仿真技术,对蒸汽旁路控制系统在多种不同的电站情况下的响应进行模拟,西屋与韩国水电核电公司明白了该系统的动态响应,从而找到了正确的调校方法。第二次试验取得了圆满成功。
处理器负荷
基于计算机的控制器能完善地执行复杂功能,然而,每台控制器内可执行的代码数量受到了控制器处理能力的限制。为了把安全系统的处理器负荷降到最低,西屋对每台控制器内某些代码块的执行时间做了修改,对于满足响应时间要求至关重要的逻辑以更高的频率得到执行(25-50毫秒);其余的逻辑每500毫秒执行一次。在极端情况下,这一方案能将处理器负荷从超过处理器制造商限制的90%,降低到符合限制的约60%。
虽然这些步骤大大降低了处理器负荷,但其结果却对瞬时信号的信号定时产生了消极影响。在工厂集成测试期间,发现有些异步控制信号无法送达至其最终输出。西屋对不同执行块之间的信号互动进行了分析,发现从高频执行块所产生的瞬时信号会在低频块执行之前即已完成,从而导致信号的丢失。为了解决这一问题,西屋将初始脉冲信号进行了拉长,这样执行时间的改变,或信号路径的延迟,便不会引起信号丢失。在具体情况下,西屋需要将低位码中单个信号的脉冲拉长以保证精确。
对于集成的数字化仪控系统来说,集成的开发与测试环境是至关重要的。
数字化仪控系统的未来
全球核电机组已经驱动了对数字化仪控系统的功能强大、高效、最重要是安全技术方面的创新。配有紧凑的模块化的操纵员控制台、计算机化规程、与智能报警系统的先进控制室,满足了对更加简单、更加安全的操纵员环境的要求。可定制的商业化成品设备造就了一个任何功能均可实现的行业环境。能成功实现独立系统集成的创新手段,则展示了集成的数字化仪控系统可以被安全地、按时地、经济地获得实施。
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