核电厂数字化仪控系统科技创新

相溢炯

核电厂数字化仪控系统科技创新

相溢炯

He dian chang shu zi hua yi kong xi tong ke ji chuang xin

核电厂是我国基础设施建设过程中的重要内容，结合核电厂的实际运行和发展情况，对仪控系统进行技术改造和科技创新，使其与机组安全运行要求相符合，并充分发挥监测、控制和保护功能，对维修过程进行优化，具有积极意义。数字化仪控系统，能够保障核电站运行过程中的安全性和可靠性。但是其在机组调试和实际应用过程中仍然存在诸多问题。核电站负责人要认识到数字化仪控系统在核电厂实际运营和发展过程中的重要作用，并对其各项功能进行不断优化和改进，保障仪控系统的安装、调试和运行维护质量，推进核电厂的稳定运行和发展，充分发挥数字化仪控系统的控制保护功能，实现机组的安全稳定运行。

一、数字化仪控系统构成

核电站运行过程中，核电数字化仪控系统对核电站的日常运行情况进行监控，并对各个生产节点进行严格控制，避免机组与实际设计运行工况不符合。安全仪控系统和反应堆功率控制系统需满足核电站的安全要求。1.控制反应性，使核反应堆处于次临界。2.导出堆芯热量。3.使核反应堆三道屏障处于稳定状态，以对放射性释放进行有效控制。4.执行安全功能。数字化仪控设备在专用仪控系统中应用也比较普遍。

二、数字化仪控系统科技创新

1.仪控系统的设计和供货改进案例

（1）降低控制棒控制通道故障。借助超声波对模件插件进行清洗、改造电子设备通风系统、对模板整改问题进行有效控制，从而避免信号传输和模件故障，使模件达到良好的应用效果，有效控制反应堆功率。改进和优化系统，能够对控制棒通道系统进行有效控制，避免非计划停堆。

（2）创新重要仪表模拟量输入信号。核电站受自身条件的局限，无法对安全系统仪表进行定期检查和通道校准。技术人员可以应用新型信号交叉方式对变送器和信号通道进行监控，有效避免人为检查过程中的失误，使反应堆保护系统时刻处于良好状态。技术人员可以在数学公式推算和交叉比较结构设计等方面对其进行创新和应用。

（3）停堆断路器控制回路设计。某核电站在机组反应堆保护-预保护执行系统定期试验中，一机柜中停堆断路器K1发生异常，导致控制棒下滑，影响反应堆功率，削弱了回路压力，使反应堆发生非计划停堆。技术人员要优化停堆断路器控制回路，将停堆断路器一次验证数量控制为一个，并降低系统误动率。

（4）改进汽轮机和旁排控制系统。汽轮机和旁排控制系统调试过程中的问题，不仅会干扰工程进度，同时，也会影响控制系统功能及性能指标。在汽轮机控制器中，可以引入反应堆快速预保护信号和汽水分离器温度点，对甩负荷触发信号定值和开关量信号通道回路自检功能进行确定，对旁排阀关闭问题和甩负荷触发信号冗余度低进行改进，提高汽轮机和旁排控制系统的整体运行质量，达到良好的应用效果。

（5）引入DAS系统，应对共模故障。DAS系统自动驱动功能，即当电厂参数超过设定值时，提供多样性的、冗余的自动驱动信号来使反应堆停堆或驱动选定的专设安全设施；手动驱动功能，即为停堆和选定的专设安全设施

驱动提供独立的、基于硬接线的、手动驱动功能；显示和报警功能，即为选定的电厂参数提供专门的、独立的显示。数字化保护和安全监视系统设计需要考虑共模故障，尤其是软件共模故障问题，应对共模故障的最有效手段为多样性设计。引入多样性系统，可减小主保护系统故障引起的严重事故概率。

2.仪控系统功能运行和维护创新案例

（1）优化控制棒综合试验占用大修主线时间。控制线棒综合试验是核电站大修过程中的具体内容，占用大修主线时间比较长。对冷却剂温度、堆芯硼酸浓度和控制棒位置等参数对反应堆反应性的干扰进行分析，并对其进行量化计算。表明，反应堆-回路加热过程中，成组提升控制棒与技术规格书要求相符合。依据该结果，在反应堆-回路加热过程中进行控制棒成组试验和落棒试验，避免对主线大修时间进行占用。经过优化之后，主线占用时间转化为0，既简化了大修过程，也提高了经济效益。

（2）研发安全仪控系统多功能测试和诊断培训平台。对系统模件功能和特点进行分析，并对其实际工作环境进行模拟，实现多功能平台研发。该平台功能比较多样化，包括测试功能、故障诊断功能、培训功能等，提高了仪控系统运行过程中的安全性和可靠性，也有助于检修周期控制。该平台无论是测试、诊断、培训功能集成，还是测试系统、培训功能等设计都极具创新性，推动了核电厂快速运营和发展。

（3）研发仪控系统维护培训台架。该培训平台的功能比较多样化。能够实现系统软/硬件检查、仪控逻辑和画面变更执行等，也能够对仪控逻辑功能进行验证。其有效避免了检修过程中的人为性失误，保障了运行仪控TXP系统维护工作的顺利推进。

（4）研发控制棒驱动机构动力电源控制模件测试工具。控制棒驱动机构的主要电源来源是动力电源模件。它应用手动执行定期测试工作。技术人员可以对自动测试工具进行研发，以自动测试模件，实现测试数据自动分析，并得出分析结论。该工具图形化人机接口和各项数据管理功能兼备，既可自动测试，也可手动操作。操作过程比较简单，功能也相对齐全，能够对安全重要模件进行明确了解。

（5）优化主冷却剂泵径向止推轴承释热监测参数。该核电站借助冷却系统出口温度计对主冷却剂泵径向止退轴承释热功率进行检测，在管道法兰上对温度计进行安装，借助法兰金属温度测量得出冷却系统出口温度，并不能够对主泵径向止推轴承异常进行良性监控。工作人员可以对检测点和保护套管进行增加，或对温度计测量方法进行优化等，实现释热率测量，以满足机组运行诉求。该优化方案的创新性主要表现在数学模型构建和逻辑图实现、对实时数据进行自动在线采集等方面。能够对大电机摩擦副监测问题进行有效解决，实现同类型监测优化。

（6）创新主蒸汽流测量方法。该核电站将SDF元件设置在主蒸汽管线上，对主蒸汽流量进行测试，流量和管线震动比较大，使SDF断裂问题频发，无法从根本上测定主蒸汽流量，且断裂SDF元件的冲击性也会干扰下游汽轮机的安全。合理分析蒸汽发生器结构，对蒸汽发生器上部设备的节流特点进行合理分析，从而借助科学合理的计算得出主蒸汽流量，标定之后，得出科学的流量参数值，能够有效避免管道新增测量元件损耗问题和断裂过程中产生异物。

三、结语

综上所述，数字化仪控系统科技创新是核电站发展过程中的必然。数字化仪控系统设计、供货、运行、维修与核电站机组生产过程检测控制诉求相匹配，使数字化仪控系统的功能更加全面，维修过程和维修方法也更加合理，使机组时刻处于安全稳定的运行状态，推进了核电厂各项工作的顺利进行，在我国核电站运营和发展过程中具有重要意义。

（作者单位：中核控制系统工程有限公司）