大亚湾核电站KKO4系统综合自动化方案设计

梁忠英，张 奇

（1.大亚湾核电运营管理有限责任公司技术部，广东 深圳518124；）2.环境保护部核与辐射安全中心系统设备材料部，北京100082）

大亚湾核电站开关站仪表和控制设备（KKO4）系统作为电厂重要的自动化监测系统，在平衡2台核电机组的电力收支、记录系统参数、分析系统事故原因和监测超高压电力设备安全运行等方面发挥着关键的作用。随着计算机技术、网络技术、通讯技术的快速发展[1］，传统的KKO4监测系统已经远远不能满足现代核电厂管理模式的需求。因此，核电厂KKO4系统的综合自动化升级已是刻不容缓。

大亚湾核电站KKO4系统的综合自动化设计方案，首次对国内早期投运核电厂KKO4系统进行整体换型设计，这对于我国早期投运的核电厂自动化监测系统的升级具有重要的示范和借鉴意义。

1 大亚湾核电站KKO4系统运行现状

1.1 系统简介

图1 现有KKO4系统网络拓扑图Fig.1 The network topology of the existing KKO4system

大亚湾核电站KKO4系统由间隔层、通信层和站控层3层构成，如图1所示。间隔层的录波单元、事件顺序记录（SOE）单元及监测单元将实时采集的各种数据发送到通信层，并由通信层向站控层转发。

系统主要功能是：在大亚湾核电站开关站超高压配电装置（GEW）系统发生故障时，自动、准确地记录故障从发生到被切除整个过程中电流、电压、频率、有功功率、无功功率等电气量的变化情况，记录断路器、刀闸、继电保护以及安全自动装置的动作行为；并通过通讯工作站将以上运行数据转送核电厂内部管理信息网络。

1.2 系统存在的不足

目前，大亚湾核电站在运行的KKO4自动化系统主要存在以下缺陷和问题：

（1）间隔层装置性能低。大亚湾核电站KKO4系统间隔层装置均是基于工控机构建，承担电厂内人－机接口、监视、管理等任务，实现“四遥”以及继电保护信息处理等功能。诸多功能集于一体，过多处理任务使装置性能下降，降低了系统可靠性。

（2）站控层计算机稳定性差。由于站控层计算机程序开发时间较早，计算机配置比较低，操作系统版本也比较老，因此，监控系统运行稳定性差。一旦KKO4增容改造，就会造成系统更不稳定。

（3）系统部分设备停产。随着技术的发展，大亚湾核电站KKO4系统间隔层装置已经停产。由于技术原因，其他新技术间隔层设备无法接入当前KKO4系统。

（4）通信模式和规约版本落后。由于早期KKO4自动化系统开发时，国家还没有形成统一的技术规范，设备供应厂家以自己的思维习惯和技术风格使用通信规约版本和通信模式，给核电厂KKO4自动化系统的科学管理带来诸多不便。

2 KKO4系统综合自动化方案设计

2.1 系统升级方案

经综合自动化升级后，大亚湾核电站KKO4系统的基本设计结构仍由间隔层、通信层和站控层3层构成，系统拓扑图如图2所示。站控层主要包括2台塔式主服务器作为冗余配置的后台处理主机、1台系统维护工程师站、1台主控操作员工作站和1台故障录波工作站。通讯层由冗余配置的工业级模块式光电以太网交换机组成双网，连接站控层各个设备以及间隔单元。间隔层则由故障录波单元、监测单元及智能电子设备（IED）组成。

图2 经综合自动化升级后的大亚湾核电站KKO4系统拓扑图Fig.2 The topology of upgraded KKO4system

2.2 系统设计方案的实现

（1）间隔层

间隔层设备由监测装置、继电保护装置及故障录波单元组成。监测单元采用集中布置的方式。根据大亚湾核电站升压站一次接线的特点，分串布置监测柜，并按照断路器数量配置监测单元。同时，布置公用监测柜、公用监测单元监测母线和核电厂辅助变压器等公用元件。

根据大亚湾核电站升压站一次接线的特点，故障录波单元按照每串1台的原则进行配置。故障录波单元通过双以太网络与故障录波工作站实现通讯，录波单元之间采用独立的连锁启动网实现互联，保证1台录波单元启动录波，其他所有录波单元同时启动录波。

（2）通讯层

通讯层将间隔层采集的信息数据送到监测网络，所有站控层设备可以共享信息，站控层发出的命令也可以通过网络传给间隔层[2］。通信网络采用以太网，支持100M电以太网和光纤以太网络，通信协议采用网络103规约。为了提高网络的可靠性，监测网络和故障录波网络均采用双网冗余配置。

（3）站控层

监测主站是KKO4综合自动化系统内主要的人－机交互界面[3］，是站控层数据收集、处理及存储的中心。网控室主服务器采用双机配置原则，其操作系统为UNIX操作系统。

系统维护工程师站供系统管理人员进行系统维护使用，可完成数据库的定义、修改，系统参数的定义、修改，报表的制作、修改以及网络维护、系统诊断等工作。

操作员工作站负责管理和显示有关的运行信息，供主控运行人员对变电站的运行情况进行监视。主控室操作员工作站采用单机配置通过光缆接入站控层监测网络。

根据电网要求，大亚湾核电站KKO4系统需通过远动远程终端控制系统（RTU）上送电力调度部门所需遥信，遥测信息。当前，大亚湾核电站RTU采用网络104规约，为实现远动装置在监测网络中数据的直采直送[4］，RTU装置将增加规约转换插件，实现网络104规约与网络103规约的转换。

3 KKO4系统综合自动化升级后的功能

KKO4系统综合自动化升级后将极大提升大亚湾核电站GEW系统监测的自动化水平，完善故障录波功能。通过该系统，可以完成就地监测、远动信息交换以及变电站设备管理、系统配置等各种功能。

3.1 监视和报警

通过操作员站画面对主要电气设备的运行参数和设备状态进行监视。通过电气主接线图，可以监视设备运行状态、潮流方向及电压、电流、有功无功的实时值；可以监视保护设备的运行状态；可以监视KKO4系统本身的配置和状态；可以看模拟量报表和趋势图。当所采集的模拟量发生越限、数字量变位及计算机系统自动诊断故障时，系统会立即处理并通过弹出窗口报警。

3.2 数据的采集与处理

电气综合自动化系统的测控装置采集电流、电压、温度等模拟量和断路器、隔离开关、变压器分接头位置信号等开关量，以及有功和无功的脉冲量等，并能检测出开关量变位、模拟量越限、保护出口、装置异常等，生成事件／报警信息，并能把所有必要的信息通过通信层发送至站控层。

3.3 统计计算和打印

在线方式下，能够按照数值变换和规定时间间隔不断处理和计算有功、无功、功率因数、功率总加、电量累计、分时统计、开关量动作次数、主要设备运行小时统计等，还能实现报表、事件、记录等的打印。

3.4 远动功能

通过规约转换，实现远动RTU对KKO4系统遥测信息、遥测量的直采直送，从而更好地保障大亚湾核电站与调度中心的通信。

4 大亚湾核电站KKO4系统未来发展方向

国际电工委员会IEC61850标准在互操作性、功能自由配置和长期稳定性方面的优势非常明显，大大简化了工程设计、调试及维护流程，方便了系统的集成与拓展，作为新一代通用标准，未来将得到广泛应用[1］。

大亚湾核电站KKO4系统的装置均兼容IEC61850标准协议，为KKO4系统未来的数字化发展奠定了基础，同时指明了核电厂KKO4系统的发展方向。

（1）大亚湾核电站一次设备还未实现智能化，目前尚无法实现IEC61850的3层理论。基于大亚湾核电站的现状，目前只能针对二次部分逐步升级改造，实现二次设备的数字化。

（2）基于可靠性的要求，KKO4系统还未完全实现对一次设备的控制操作，可以考虑在今后的改造中分批次实现对一次设备的控制，并通过IEC61850标准实现KKO4系统IED、监测单元等装置间的信息交换和互操作。

（3）大亚湾核电站部分保护还不支持IEC61850标准，缺乏全站统一规约，无法实现所有保护设备的IEC61850标准接入，特别是站内直流、电度表等辅助设备，还未能配置支持IEC61850标准的接口。全站接入是基于IEC61850标准的数字化应用的关键。

5 结束语

大亚湾核电站KKO4系统综合自动化升级是一项综合性系统工程，不仅涉及方案设计、停电计划、人员配置、现场施工安全措施，还要考虑升级改造对日常运行管理所带来的变化。随着核电厂运行管理水平的不断提高，KKO4系统也在结合核电厂的实际需求而不断发展和升级。我国核电厂正逐步向模块化、信息化和数字化方向发展，KKO4综合自动化系统的升级以及未来数字化的改造对于核电厂各种数字化控制系统的发展具有重要的借鉴意义。

[1]刁冠勋 .基于IEC61850的220kV变电站监控系统建模与实现[J］.上海电力，2010，1：27－30.

[2]沈鸿彦，刘尧智，姬希军 .变电站自动化系统技术升级及应用[J］.自动化应用，2010，1：47－49.

[3]赵军 .220kV变电站电气监控系统综合自动化改造[J］.华北电力技术，2009，4：37－39.

[4]畅广辉，代飞.500kV变电站计算机监控系统的发展建议 .2002，24（26）：67－69.