红沿河核电一期工程ＤＣＳ系统安装的实践与探索

杨　卿

摘要:DCS系统安装是核电建设的一个关键路径。文章主要是站在DCS安装专业的角度,阐述了红沿河核电一期工程DCS系统在合同签订、计划制定、上游设计、施工准备、安装施工、检查验收、设备保护等方面的实践与探索,详细说明了与安装相关的应特别关注的各类问题及经验总结。

关键词:CPR1000;核电机组;DCS系统

中图分类号:F407文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)23-0131-02

一、红沿河DCS系统简介

(一)红沿河核电机组类型

CPR1000全称是中国改进型压水堆核电技术,是中国核动力研究设计院与中广核合作,在法国法玛通M310技术版本基础之上,进行引进、消化、吸收并结合20多年来的渐进式改进和自主创新形成拥有自主品牌的“二代加”百万千瓦级压水堆核电技术。目前我国核电事业正在高速发展,按照国家《核电中长期发展规划》,到2020年,我国核电装机容量将达到4000万千瓦,同时在建1800万千瓦,占电力总装机容量的4%。目前国家已批准建设的CPR1000核电机组已达十几台。三代核电技术AP1000在中国推广之前,它将成为中国核电的主力堆型。红沿河核电一期工程的四台百万千瓦机组采用的就是CPR1000核电技术路线。

(二)红沿河核电DCS系统

1.核电控制系统。从我国已经建成的核电厂来看,早期建设的核电厂都是以模拟量组合单元仪表为主的控制系统。这些系统相对于DCS系统来说使用效率较低,而且维护成本高。现阶段应用比较典型的核电全数字化仪控系统有:日本的日立等公司开发的Nucamm-90系统、法国法玛通公司的N4控制系统、美国西屋公司的Eagle21+WDPFⅡ系统,以及我国田湾核电站及岭澳二期核电站所采用的德国西门子公司的Teleperm XP+XS系统等。

2.红沿河核电机组的DCS系统简介。红沿河DCS系统采用的是日本三菱公司MELTAC-Nplus R3(安全级)及中国广利核公司HOLLiAS MACS(非安全级)。MELTAC-Nplus R3主要完成与核安全相关的功能;HOLLiAS MACS主要完成机组正常运行时的控制及监测功能。

二、红沿河核电机组DCS系统安装的特点

(一)DCS设备间的安装空间狭小

由于红沿河核电机组的土建结构是沿用法国法玛通M310,它的仪控设备间是为模拟量组合单元仪表为主的控制系统设备而设计的,没有设电缆夹层,而且房间的层高较小。红沿河DCS机柜为上进线方式,电缆托盘,通风系统全部在机柜上方,与机柜顶部的空间过小,这给DCS设备安装、电缆敷设和端接带来较大困难。

(二)DCS设备体积大

红沿河DCS设备中有大量两联体及三联体机柜,体积大;DCS系统设备数量多,布置密集;电气厂房引入通道空间狭小;施工难度很大。

(三)DCS安装工期短

虽然三菱公司在核电站DCS系统设计方面较有经验,但是它对CPR1000机组控制系统的DCS设计是第一次,设计难度大、任务重。

为了充分验证DCS设计,给DCS调试预留出充分的时间, DCS的安装时间缩短很多,DCS安装进度提前于核岛总体安装,因此导致土建、安装,调试交叉作业的局面,加大了DCS安装及施工协调的难度。

三、红沿河核电机组DCS系统的安装实践与探索

(一)合同方面

1.DCS供货合同。红沿河DCS供货合同运用了典型图的方式来明确甲乙双方的设计责任与供货边界,较大程度上避免了单一文字描述可能引起的歧意,此合同比岭澳二期DCS供货合同更加完善。

2.DCS安装合同。红沿河没有专门的DCS安装合同,它包括在总的核岛安装合同中。此合同没有对DCS临时空调采购及安装予以明确的规定,此部分内容涉及的金额较大,造成在执行过程中甲乙双方对相关合同的条款理解不同而产生争议。如果能够在安装合同中明确相关问题就可完全避免上述情况的发生。

(二)计划方面

1.DCS专项进度计划。由于DCS安装进度提前于核岛总体安装,使得DCS的前期安装一直处于赶工状态。为了应对以上问题,需要根据DCS安装进度编制DCS施工专项进度计划。

2.组织机构措施。由于DCS安装涉及的专业较多,计划、设计、采购、土建、安装、调试及承包商之间需要建立一个有效的沟通及协调平台,现场成立了由各专业组成的专项施工协调小组,协调解决现场施工中的重大问题。

(三)上游设计方面

1.DCS机柜设计。由于DCS房间层高过低,而安全级机柜在设计时未充分考虑到这个问题,造成机柜的顶部与电缆桥架之间距离过小,设计院只能采用压缩电缆桥架间距的方式来解决,这可能导致在电缆敷设时,电缆托盘空间不足的问题发生。如果DCS机柜在设计时就降低适当机柜高度则能彻底解决这问题。

2.通风、电缆桥架图。岭澳二期DCS桥架布置设计时,未充分考虑到引入DCS系统的影响,且各专业之间接口信息交换不充分,导致现场管道、通风、电气各专业设备“碰撞”现象经常发生,影响了现场施工进度。红沿河在进行布置设计时采用了三维设计,对相关机务、仪控设备进行三维模型下的验证,很大程度上避免了以上问题的发生。

3.电缆清册、端接图。根据岭澳二期的经验及红沿河DCS厂家资料、设计资料确定应出版的所有电缆清册、端接文件,同时根据计划出版时间,安装需求时间,实际出版时间等列出跟踪表,做专项跟踪。各方根据设计院、三菱及广利核已交付现场的电缆及端接信息,提前做好电缆敷设及端接所需材料的分析及准备工作。

(四)施工准备

1.施工方案。DCS设备中有大量两联体、三联体机柜,这些机柜对运输、吊装、引入及安装就位都有着特殊的要求,加之现场运输通道狭窄,这给DCS现场安装带来了非常大的困难和潜在的风险。现场制定了详细的应对方案,编制了《DCS设备引入方案》。针对安全级机柜的安装,现场编写了《DCS安全级机柜攻丝方案》,在方案中充分考虑各种影响因素和应对措施。制作专用运输小车,在电气厂房内运输DCS设备。

2.DCS设备引入通道具备。考虑调整通风、消防及电缆桥架安装等与DCS设备引入的施工逻辑顺序,满足引入通道要求。做联体机柜的模型在红沿河现场模拟运输,确保现场引入通道畅通。

3.对DCS设备进行考察。现场到DCS设备生产车间进行了考察,实地测量红沿河DCS机柜(特别是两联体及三联体机柜)的尺寸,是否与图纸相符,岭澳二期就出现过机柜图与实际设备尺寸不符,而导致预埋件必须做加宽处理的问题;详细了解并确认机柜的防火封堵要求、柜内的接地系统的布置,端子柜的配线要求、机柜的吊装运输方法等。澄清DCS安装相关材料、工具供货范围,避免了由于供货范围不明确造成的材料、工具短缺而影响安装进度的现象发生。清除了多项未来可能影响DCS安装工作的潜在隐患。

(五)DCS安装前提条件施工

DCS安装前提条件:即令DCS设备具备安装条件的各项施工活动。这里主要是指房间内DCS设备预埋件检查合格;房间移交;DCS房间管道、通风,电缆桥架、临时防火框架、防火封堵、通讯、照明、火警等安装完成;接地系统安装连接完毕,若系统不可用应采用临时接地系统;DCS房间临时门可用;所有孔洞均已封堵;临时空调及除湿机投入使用并具备DCS设备储存及运行条件,房间清洁度达到要求。

1.设备预埋件的检查。此项工作应尽可能提前检查,在土建预埋件图纸出来时就应进行核对。如果等到预埋件施工甚至是房间移交时检查,发现问题再处理就来不及了,将极大影响施工进度。

2.DCS房间移交安装。房间移交是土建工程向安装工程过度的一个标志性节点,重点需关注如下问题:结合安装设备的房间要求,检查房间内土建工作的完成情况,对不符合要求的要整理出问题清单,并跟踪落实检查。

3.电缆桥架、照明、火警及通讯系统的安装。电缆托盘、照明、火警及通讯安装完成,不应与机务专业设备过近、接触或碰撞。接地系统安装连接完毕,若系统不可用,应采用临时接地系统。

4.临时空调、除湿机安装。由于DCS设备在引入时,正式空调系统投用还不能投用,只能通过加装临时空调、除湿机的方法保证DCS 设备在安装和调试阶段对房间内温湿度的要求。

5DCS控制区的建立及管理。建立DCS控制区内施工作业审批制度和人员授权制度,设立保卫值班,设专人按时清扫控制区域。控制区建立后由于设计院变更或现场修改产生的工作也需严格防尘,焊接及打孔工作需带吸尘器方可进行工作。在役核电站曾经发生过DCS模块受灰尘污染而导致三个月停机进行清洁的事件。

(六)DCS系统安装施工

1.DCS设备的引入。在设备引入前加设DCS先决条件检查单,由设备供应商认可并签字后方可进行DCS设备的引入,且在后续DCS设备相关质量计划中需加入DCS供货商签字栏,以保证对现场安装质量的控制。按照引入方案,顺着事先规划好的引入通道,分批次对DCS设备进行引入。

2.DCS设备的安装。非安全机柜为焊接方式,安全机柜为螺栓固定。对于焊接的机柜:设备供应商针对焊接时对设备的影响进行分析并提出有效措施,并给出相关的作业指导书。

3.DCS电缆敷设及端接。核实电缆的型号、规格与数量是否与设计图纸相符。电缆外观检查有无损伤;电缆绝缘检查;在北方寒冷条件下还要特别注意电缆敷设时的温度要求。整理出与各DCS机柜的接口清单,统筹相关电缆在机柜内的排列顺序和端接次序。

4.设备安装后的保护。大部分DCS设备在安装完成后至设备投运要经过1～2年的现场保养期,此问题是一个涉及DCS全局的大问题。需要形成移交调试前的设备保养清单与保养记录,此保养清单及保养记录应作为EESR文件中的必备内容。

5.安装竣工状态报告。EESR:安装竣工状态报告是安装活动和调试活动之间的接口文件,它覆盖安装承包商执行的所有现场活动。通过该报告业主可以确认:所有DCS设备已按照安装程序和技术规范正确无误地安装完毕;所有DCS安装结束,试验已经完成并符合技术规范和要求;DCS系统或子系统的状态已全部和正确地作了文件记录;调试活动可以在人员和设备安全有保障的条件下进行。

6.EESR联检与签字。签字前3周,组织调试、设备采购、业主及供应商代等参加现场联检;联检结束后开会讨论确定意见项;系统消缺完毕,相关部门签字检查后7日内完成EESR B版签字。

四、结语

核电站全数字化仪控系统的设计、制造、安装在中国仍然是一个新生事物,随着中国核电的大发展及核电设备国产化进程的加快,如何把建成及在建核电站的DCS系统的安装经验进行总结并反馈到将要建设的核电DCS系统的设计、制造、安装过程中去,对于形成先进、安全成熟的国产化DCS技术方案及推进国家核电自主化、标准化、系列化有很重要的作用。

作者简介:杨卿,供职于辽宁省红沿河核电厂,研究方向:DCS系统安装及调试、检修,火电DCS系统的安装、调试。