核电厂计算机系统改造过程中的问题及其解决措施*

李 涛 马 骏 张玲峰

(1.上海核工程研究设计院；2.浙江中控技术股份有限公司)

核电厂计算机系统改造过程中的问题及其解决措施*

李 涛1马 骏1张玲峰2

(1.上海核工程研究设计院；2.浙江中控技术股份有限公司)

分析核电厂计算机系统改造的必要性，探讨改造过程中的问题及其应对措施。

计算机系统 核电厂 设备老化 改造

目前，我国核电厂每个机组都配置有一套计算机系统[1]。计算机系统具有数据显示、处理和设备控制功能，在核电厂各种工况(正常运行工况、事故工况及系统检修等)下，为核岛、常规岛及其辅助系统提供重要的监视平台，为操作人员和其他有关人员提供正常操作、事故诊断与事故分析所需的各种信息。

核电厂计算机系统一般由数据采集模块、控制器、实时数据网、服务器及操作站等组成。这些电子设备的使用寿命一般为15年左右[2,3]。在达到使用寿命后，根据可靠性的浴盆曲线，电子设备一般会出现较高的故障率，从而影响整个系统的可靠性和核电厂的发电效率，甚至威胁核电厂的安全。

近年来，许多核电厂的计算机系统都已运行十多年，面临着系统硬件老化、故障率高、无扩展裕量及备品备件缺失等状况，因此系统亟需改造。

1 核电厂计算机系统改造的必要性

核电厂计算机系统在设计时，一般要求其可靠性达到99.9%甚至更高。然而，随着运行时间的增加、电子设备的老化，整个系统的可靠性逐渐降低，进而影响操作员的正常操作。因此，该问题是触发核电厂计算机系统改造的直接原因。

除设备老化因素外，其他触发计算机系统亟需改造的原因如下：

a. 供货商硬件设备停产，导致备品备件无法正常采购，影响核电厂的正常维修和更换。

b. 供货商停止对软件维护。例如，微软停止对Windows XP操作系统进行更新，导致该操作系统面临越来越多的安全漏洞；防病毒软件厂商对病毒软件停止维护，不更新病毒库，导致计算机系统暴露在更多的病毒威胁中。

c. 计算机系统中无安装I/O模块的扩展空间，且模拟量和开关量模块的所有I/O采集通道已全部用完，无法满足后续扩展要求。

2 改造过程中的问题及其应对措施

核电厂计算机系统几乎与所有电厂系统都存在硬接线或通信接口，因此，在改造前需要全面评估系统改造的可行性和相关问题的应对措施。

2.1改造前的先决条件

在拆除旧计算机系统和新系统接线的过程中，不可避免地会影响与之相连的其他系统或设备，且后果难以评估。为此，建议在大修期间核电厂处于无料状态时，完成设备拆除、电缆敷设、新设备安装、接线恢复及新系统调试等工作。

需要注意的是，针对一些在大修期间必须监视的参数或控制的设备，如安全壳地坑液位、设备冷却水泵状态、入口温度、220kV母线电压及频率等，应考虑在计算机系统拆除后设置监视和控制方案。例如，可以设置临时计算机系统供主控制室操作员监视和控制相关参数与设备；对于可以就地监视和控制的设备，可安排相关人员就地监视或控制。

2.2改造原则

计算机系统采用统一的集散控制系统平台，旧系统设备由于老化等原因不可回收使用，因此一般来说核电厂计算机系统改造采用整体更换的方式，以实现原计算机系统的所有功能。

2.3设计基准

原计算机系统在设计、制造时遵循的规范和标准可能已经更新或作废，因此在改造过程中必须考虑新标准对其他系统的影响及其应对方案。例如，原计算机系统可能与电厂信息管理系统直接通信，中间未加隔离装置或单向网关。按照目前现行的信息安全标准规范，计算机系统应与电厂信息管理系统单向通信，以防止电厂信息管理系统对计算机系统造成影响。

2.4改造需求的确定

计算机系统改造受诸多因素的制约，如布置空间、用电量、通风效果、电缆长度及桥架裕量等，应综合考量各种因素后确定计算机系统的改造需求。

2.4.1基本要求

计算机系统改造之前，要掌握原系统的结构、功能及设计要求等，在相关设计文件中找到依据，并做好资料整理和记录工作。

计算机系统作为核电厂运行的重要系统之一，操作员每天都使用该系统监视和控制核电厂。因此，考虑到操作员的操作习惯和培训取证，原工艺系统名称和变量名称原则上不做修改，新计算机系统主控室值长、机操、堆操和电操操作站布置位置均保持不变。

随着计算机技术和网络技术的发展，计算机系统的性能、响应时间、可靠性、可扩展能力以及与外系统接口的能力将比原系统大幅提高。

2.4.2系统规模

计算机系统改造过程中最重要的一点就是确定系统规模，包括输入输出点数(硬接线点数)、通信接口数量及系统节点数量(包括控制器、操作站和服务器)等。

通常，计算机系统改造过程中会增加一些硬接线点，在改造前应确定这些硬接线点的大致规模，以便确定机柜数量。在机柜布置、用电及电缆敷设等约束条件下，许多信号可能无法通过硬接线传输至新计算机系统，此时针对部分相对不太重要的信号(只用于监视)可通过通信方式传输至系统。

2.4.3布置位置

计算机系统规模确定后，整个系统的设备也就基本确定了。改造项目对设备的布置空间约束很大。此时，应根据供货商提供的设备尺寸和安装要求，大致确定其布置位置。若在原系统设备布置位置没有足够的空间布置新设备，则需要找新的布置位置，同时要考虑电缆进线、暖通条件和安装施工要求的影响。

2.4.4用电和暖通

通常，计算机系统设备要求由两路冗余UPS供电。根据设备数量和单个设备功耗可大致估算出系统总的用电需求，然后利用这些数据复核UPS容量，以确定电源能否承受该负荷。若超出UPS电源的负载容量，则需要采取相关措施，如减少设备数量、采用更加节能的产品或加大UPS电源容量等。

针对发热量，根据设备数量和单个设备散热量可大致估算出系统总的散热量，然后利用这些数据复核暖通系统的散热能力，以确定房间内的环境条件能否得到保证。若超出暖通系统的散热能力，则需采取相关措施，如减少设备数量、采用更加节能的产品或加大暖通系统的散热能力等。

2.4.5抗震要求和结构荷载

计算机系统一般为非安全级系统，发生地震时，不需要它执行相关功能。但是若有计算机设备布置在安全级设备周围，则需要根据其所在位置的抗震响应谱进行抗震鉴定或抗震分析，证明在该安装方式下，计算机设备在地震过程中能够保持结构完整性，以免对安全级设备造成损坏。

计算机系统改造后，设备荷载也发生了变化，此时应根据设备的尺寸和重量重新复核楼板的荷载能力。

2.5实施计划

计算机系统改造过程中，面临设计时间短、施工窗口任务繁重紧迫、接口多且复杂等问题，需整体把握改造项目的时间节点和进度，统筹安排各项工作。计算机系统改造工作主要包括方案设计、初步设计、施工设计、设备制造、集成、测试验收、旧设备拆卸、新设备安装、现场接线、系统调试及现场验收等。

技术改造最多的工作是解决设备接口问题，且始终贯穿于整个改造过程。而计算机系统几乎与核电厂所有系统都存在接口，因此在实施计划中，应充分重视各系统、各专业、各组织之间的接口，保证数据、规定和规约传递的一致性，并积极沟通解决，实现整体改造的目标。

3 结束语

随着我国投入运行的核电厂数量的增多及其运行时间的加长，几乎所有的核电厂都会面临计算机系统改造问题。为此，笔者阐述了计算机系统改造的必要性、改造过程中的问题和应对措施，为其他核电厂计算机系统改造项目提供一定的参考。

[1] 张晋,于镇华.核电厂电仪系统发展趋势及其数字化改造研究[J].电脑知识与技术,2012,8(35):8568～8570.

[2] 蒋祖跃.秦山核电厂反应堆保护系统及其相关设备数字化改造规划和实施策略[J].原子能科学技术,2010,44(1):65～69.

[3] 王建成.秦山第二核电厂计算机网络监控系统的扩充、升级和改造[J].华中电力,2009,22(2):41～44.

李涛(1984-)，工程师，从事核电厂控制室与信息处理的研究，litao@snerdi.com.cn。

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