福清5、6号机组DCS系统信号分配分析

房志刚　王中杨　刘晓光

摘要：福清核电站5、6号机组是我国第一座自主研发技术的三代核电站，即采用“华龙一号”核电技术。DCS设计是核电站仪控设计的核心， DCS技术知识庞大而复杂。本文从DCS基本概念、布置、机柜功能等方面进行基本知识讲解，对信号分配原则进行研究，解决电缆清单开列、端接清单设计等一系列技术难题，加深对DCS的认识和理解。

关键词：接口;信号;分级;分配

1、DCS系统概念

整个系统以一体化分布式仪控系统（DCS）为核心，由DCS完成主要仪控系统的数据采集和处理、过程控制、信息显示及操作等功能，并结合紧急操作台ECP和后备盘BUP，保证机组维持在安全状态。

从纵向的功能层次角度，大致分成4层：

0层：为与工艺设备、仪控设备的接口设备。1层：IPC所覆盖的控制设备及专用仪控系统。2层：包括主控制室、技术支持中心、远程停堆站等人机接口HSI设备。3层：主要负责整个电厂的营运管理。

2、安全分级

对于安全的重要性来划分，分为安全级（1E）和非安全级（NC）。仪控系统的设计应按照安全分级的要求来进行，分别满足对安全的不同程度的要求。^[1]

安全级系统一般要求由冗余的通道组成，通道之间要求实体和电气隔离。其中反应堆保护系统中安全级测量仪表、数据采集处理单元由四重冗余通道组成，逻辑处理和驱动单元由A、B列组成。^[2][3]

另外，在非核安全级电气仪控设备中，有一些是对安全重要的设备，为满足“特殊运行工况”、以及“极不可能发生的工况”而使用的部件等，虽然不属于安全级，但是却执行和安全相关的工作，定义为NC+。

3、功能分级

系统的功能分级根据其在事故处理中的重要程度进行分级，执行器在过程处理及控制层（1层）中执行的功能级别，共分为1E、NC两级，NC*是NC级里带有特殊要求的部分。

4、安全级保护系统

安全级系统主要包括安全级核仪表系统、安全级过程仪表系统、反应堆保护系统，专设安全设施ESFAS及其支持系统的逻辑控制系统，手动系统级驱动的扩展处理系统，PAMS系统以及其它安全系统，共分为4个保护组I/II/III/IV和2个安全列A/B。

主要有如下机柜：

专用仪控系统机柜;Marshalling机柜：接受0层硬线信号的汇线机柜，通过硬线向BUP传输状态信号的反馈;PIP机柜：将来自Marshalling机柜的0层信号进行采集、预处理，实现信号的隔离再分配;APU机柜：实现冗余信号的阈值比较等逻辑处理功能;ALU机柜： APU机柜通过光纤将信号分别发送给所有安全列的ALU机柜;TU机柜：通讯机柜，实现APU、ALU和PI机柜之间信号传输;GW机柜：网关，实现TU和非安全级二层网络的数据交换。PAC-EHL机柜：接受BUP/RSS的切换开关，实现切换功能;PAC机柜：优选机柜;IRC机柜：实现48VDC命令驱动0层设备的电磁阀、气动阀等设备，以及0层USER供电的信号传输。

5、非安全级机柜

PSAS NC机柜：实现系统NC功能的逻辑机柜，接受、发送来自0层设备的硬线信号;PSAS NC*机柜：实现系统NC*功能的逻辑机柜，接受、发送来自0层设备的硬线信号;IRC机柜：中间继电器机柜; ISO机柜：隔离机柜;RC机柜：大功率中间继电器机柜;DAS机柜：作为软件共模故障的保护，多样化保护系统作为保护功能的多样化设计; SA机柜：提供必要的监督和控制功能，缓解严重事故后果;GW SPPA-T2000机柜：通讯机柜，实现与安全级仪控系统IPS301AR的数据交换; 专用仪控系统：通过硬线或网络通讯等方式与IPP系统进行数据交换; IAW机柜：采用就地集中控制。

6、DCS信号分配原则

（1）DCS信號分配应根据信号的功能分级进行判定，而不能根据安全分级进行判定。

（2）按照信号线制的功能特性，将不同I/O信号分配到执行相应功能的机柜内。

（3）根据标准IEEE379中单一故障准则的要求，DCS 输入输出I/O信号的硬件通道分配原则，控制同一个重要设备的I/O 冗余信号应避免分配在同一卡件上，防止一个卡件故障导致的设备保护误动作^[4]。对于冗余信号以及多个信号实现VOTER（二取平均、三取平均/中值）的逻辑，应将信号分配在不同卡件上。

（4）根据信号对电源要求，将不同电源等级的信号分配到相应电源等级的DCS机柜中。

（5）按LOT包划分信号分配。DCS供货商根据LOT包进行信号分配，即相同LOT包系统内的信号分配到对应的DCS机柜内。

（6）避免多芯电缆的接线交叉。根据DCS机柜内IO卡件布置原则，电缆芯线要端接在机柜内同一侧端子排上，不能两侧分开接线。

（7）FUM210的特点是每两个DI通道共用一个负端。当来自现场的2个DI信号引出三根芯线送入DCS FUM210时， DCS侧应避免将2个DI信号接在不共负端的两个通道上，防止与电缆开列的3根芯线要求不一致。

除此之外，影响信号分配设计的原则还包络电缆芯线线径的大小、信号有效性等，不再一一赘述。

参考文献：

[1] IEC 60709.Nuclear power plants - Instrumentation and control systems important to safety – Separation[S].2004

[2]孙辉，核电厂DCS供电电源设计研究[J].华东电力，2005

[3] 夏利民.核电站安全级DCS隔离设计研究[J].自动化博览，2014.

[4] Institute of Electrical and Electronics Engineers. IEEE Std 379， Standard for Application of the Single-Failure Criterion to Nuclear Power Generating Station Safety Systems[S]. 2014.