《核工程+數字化儀控+核安全+核動力》@EnzoReventon
核電站數字化儀控系統與傳統控制系統的比較
1 傳統反應堆控制保護系統結構
RPR 反應堆保護系統，從廣義上說，它是由儀表系統和邏輯系統組成，包括了那些為保護反應堆，根據電站引數變化而操作緊急停堆短路器和專設安全設施執行機構的全部電氣設備，
儀表系統包括了核儀表系統（RPN 系統，又名 SIN 系統）和程序儀表系統（KRG系統，又名 SIP 系統），
邏輯系統 RPR 如下圖所示，顯示了 RPR 系統在反應堆安全系統中所處的位置，
儀表系統監測的是如下基本系統的有關引數：RCP，VVP，ARE，GRE，ETY，PTR，RPN，
安全動作指令主要涉及：
（1）跳閘：反應堆停堆斷路器斷開；反應堆冷卻劑泵斷路器斷開； 汽輪機跳閘，
（2）安全設施：蒸汽管道隔離； 安全殼隔離，第一階段（A）； 安全殼隔離，第二階段（B）； 安全注入； 安全殼噴淋；主給水隔離； 輔助給水泵啟動； 柴油發電機啟動，
在核電廠在 RPR 系統控制范圍內的系統，即執行核電廠安全功能的系統包括：
APA/APG/APP/APD/ARE/ASG/DEG/DVW/DVK/EAS/EPP/ETY/LHA/LHB/RAZ/RCP/RCV/REA/REN/RGL/RIC/RIS/RPE/RPN/RRI/SAR/SEC/VVP 等，
反應堆緊急停堆執行機構是 RPR 系統的斷路器，
儀表控制系統：
傳統反應堆控制保護儀控系統如圖 1-2 ：有四個保護通道：ⅠP、ⅡP、ⅢP、ⅣP，
供電是在程序儀表機柜（KRG）或在核儀表機柜（RPN）中四條獨立的應急支持的220V AC 產生的電源，
24V DC、48V DC 供給儀表機柜的各種組件，并且也用于傳遞探測器模擬信號和用于發送閾值繼電器開關量信號至保護繼電器，
這樣，相同的保護電源在 RPR 兩個系列 A 和 B 中完成它的功能，
RPR 儀表介面由閾值繼電器提供的資訊和由保護電源產生的資訊，經二個接線端子排（在儀表機柜頂端）多路傳輸到系列 A 和 B，提供給整流器(Mutators)的資訊完成：
（1）輸入和輸出之間的物理分離，
（2）A 和 B 部件之間的電氣隔離，
（3）針對干擾可能觸發假的指令的保護，
邏輯系統：
邏輯系統詳細結構如下圖：
邏輯矩陣線路的輸出信號送到“矩陣”繼電器，它是按失電原則動作的（除了安全殼噴淋和第二階段安全殼隔離繼電器以外，這是為了避免不適宜的投入而產生的嚴重后果），
（1）反應堆緊急停堆
反應堆緊急停堆電路斷電狀態是由反應堆緊急停堆信號通過低壓脫扣線圈開啟而實作的，由 2 個 1/2 邏輯 X 和 Y 發出的反應堆緊急停堆指令經放大器和輸出繼電器控制主斷路器和旁通斷路器的低壓線圈開啟，
反應堆緊急停堆指令也可由操縱員在控制室手動按紐發出，手動控制直接作用在主斷路器開-關主脫扣線圈，也可直接作用在旁路跳閘系統的 1/2 邏輯 X，Y 線路上，控制旁路斷路器的 2 個低壓緊急停堆線圈的開啟，
反應堆緊急停堆信號的各種功能分為七組，可以參考上一章節的邏輯圖進行功能理解，具體的反應堆緊急停堆信號停堆示意圖見下圖，
（2）安全裝置系統邏輯
RPR 安全裝置自動動作可以分成兩部分：
- 各個安全裝置邏輯處理功能是依據 RPR 反應堆緊急停堆同樣的原理，即由整流器傳來的安全信號切斷 1/2 邏輯 X 和 1/2 邏輯 Y 電路， 安全動作指令是一個 1/2 邏輯輸出的失電信號，
- 放大器和普通繼電器接受從 1/2 邏輯來的信號，存貯并向執行器分配安全設施動作信號，向執行器傳輸的安全設施動作信號是一個經過處理的信號，即“帶電動作信號”，
反應堆緊急停堆斷路器
停堆斷路器主體結構如下圖所示，邏輯系列 A 和 B 通過低壓脫扣線圈（或“失電觸發脫扣線圈”）都能分別開啟主斷路器 RPA300JA 和 RPB300JA，電動機發電機組三相交流電通過兩個串聯主斷路器連到控制棒驅動配電機柜，電站正常運行期間，每個停堆斷路器上由直流低壓線圈 UV 吸住一個被彈簧拉著的跳閘柱塞，這樣控制棒驅動配電柜有電流通過，停堆時，由于受控低壓線圈失去直流電流，跳閘柱塞彈回而打開主斷路器，只要一個停堆斷路器打開，控制棒驅動電源失去電源，控制棒在重力作用下，實作緊急停堆，
此外，對主斷路器和旁路斷路器的控制還有與低壓脫扣線圈并聯的“有電觸發脫扣線圈”它由主控制室發出控制信號，是為斷路器的測驗而設定的，
2 數字化儀表控制系統與傳統控制系統的比較
與傳統的反應堆控制保護系統比較，數字化儀控系統安全級 DCS 具備如下優點：
1、通過軟體的多樣性、獨立性和硬體的多樣性、獨立性相互結合的方式，實作反應堆控制保護功能的縱深防御，提高反應堆的可靠性，核電廠反應堆控制保護，一般依據功能分級搭建非安全級 DCS 平臺和安全級 DCS 平臺，這兩個平臺，采用不同的設備，不同的規范要求，從而消除軟體共模故障的影響，但是，由于非安全級軟體平臺不具有抗震要求，在地震情況下，只有安全級平臺可用，此時，必要的基于硬體設備的后備盤可提供給操縱員使用，從而形成了這樣一個縱深防御的機制，每道屏障互相獨立，不會因為一個屏障的失效，其故障傳播到更高級別的屏障，而導致該級別失效，兩個軟體平臺互相獨立，軟體平臺之間采用單向傳輸（安全級向非安全級傳輸）的網關相聯，非安全級平臺的故障不會傳播到安全級平臺；軟體平臺和后備盤互相獨立，后備盤由硬接線直接連到傳感器和執行機構，軟體故障不影響后備盤的操作；主控室和副控室互相獨立，主控室因火災等原因導致不可居留時，可切換到副控室操作，
2、安全級 DCS 提供了可視化的人機界面，并配以系統故障診斷、首初報警識別、引數狀態監測和趨勢分析等功能，對操作員進行機組控制接受的大量的引數資訊進行優先級識別，為操作員對機組狀態、以及進行的控制操作提供必要輔助判斷功能，
3、控制邏輯和保護邏輯可以實作在線修改，維護的操作性更高、成本更低，傳統的邏輯功能通過大量的繼電器搭建，如修改具體的控制邏輯，需涉及電源設計、電纜敷設到繼電器的接線等等現場作業實作邏輯的變更，采用 DCS 技術后，控制保護邏輯功能在軟體平臺中實作，可以通過在線的軟體操作實作邏輯修改，對于電廠來說更易操作實作，設備和人力成本也有所降低，
由于核電廠的安全性要求更高，在控制保護系統設計更多的考慮系統的安全性，因此系統的設計和應用多偏保守，反應堆控制保護系統的設計，需要在滿足傳統反應堆控制保護的邏輯、操作功能外，需要更多的應用單一故障、多樣性、獨立性、邏輯符合等原則，在設計中主要表現在設立多種獨立的作業系統、冗余的通道、電源系統的電氣隔離、控制通道的網路隔離等物體隔離，在軟體的設計表現在設立多種控制邏輯如 4 取 2、3 取 1、2 取 1 并考慮單一通道的故障的邏輯降級，控制保護功能的分級、分組，功能隔離實作模塊化，降低出現復雜瞬態的概率，
傳統的反應堆控制保護系統包括邏輯系統、儀表系統、停堆斷路器等設備，研究分析并熟練掌握傳統反應堆控制系統的結構、設計原則、思路，對于設計反應堆數字化儀控系統具有最基礎的指導意義，也是非常必要的一個環節，
鄭志興.核電站反應堆控制保護系統的設計與研究[D].廣東:華南理工大學,2018.
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/qita/273336.html
標籤：其他
上一篇：再戰JVM (1) 類加載程序