核電廠計算機系統改造過程中的問題及其解決措施*

李 濤 馬 駿 張玲峰

(1.上海核工程研究設計院；2.浙江中控技術股份有限公司)

核電廠計算機系統改造過程中的問題及其解決措施*

李 濤1馬 駿1張玲峰2

(1.上海核工程研究設計院；2.浙江中控技術股份有限公司)

分析核電廠計算機系統改造的必要性，探討改造過程中的問題及其應對措施。

計算機系統 核電廠 設備老化 改造

目前，我國核電廠每個機組都配置有一套計算機系統[1]。計算機系統具有數據顯示、處理和設備控制功能，在核電廠各種工況(正常運行工況、事故工況及系統檢修等)下，為核島、常規島及其輔助系統提供重要的監視平臺，為操作人員和其他有關人員提供正常操作、事故診斷與事故分析所需的各種信息。

核電廠計算機系統一般由數據采集模塊、控制器、實時數據網、服務器及操作站等組成。這些電子設備的使用壽命一般為15年左右[2,3]。在達到使用壽命后，根據可靠性的浴盆曲線，電子設備一般會出現較高的故障率，從而影響整個系統的可靠性和核電廠的發電效率，甚至威脅核電廠的安全。

近年來，許多核電廠的計算機系統都已運行十多年，面臨著系統硬件老化、故障率高、無擴展裕量及備品備件缺失等狀況，因此系統亟需改造。

1 核電廠計算機系統改造的必要性

核電廠計算機系統在設計時，一般要求其可靠性達到99.9%甚至更高。然而，隨著運行時間的增加、電子設備的老化，整個系統的可靠性逐漸降低，進而影響操作員的正常操作。因此，該問題是觸發核電廠計算機系統改造的直接原因。

除設備老化因素外，其他觸發計算機系統亟需改造的原因如下：

a. 供貨商硬件設備停產，導致備品備件無法正常采購，影響核電廠的正常維修和更換。

b. 供貨商停止對軟件維護。例如，微軟停止對Windows XP操作系統進行更新，導致該操作系統面臨越來越多的安全漏洞；防病毒軟件廠商對病毒軟件停止維護，不更新病毒庫，導致計算機系統暴露在更多的病毒威脅中。

c. 計算機系統中無安裝I/O模塊的擴展空間，且模擬量和開關量模塊的所有I/O采集通道已全部用完，無法滿足后續擴展要求。

2 改造過程中的問題及其應對措施

核電廠計算機系統幾乎與所有電廠系統都存在硬接線或通信接口，因此，在改造前需要全面評估系統改造的可行性和相關問題的應對措施。

2.1改造前的先決條件

在拆除舊計算機系統和新系統接線的過程中，不可避免地會影響與之相連的其他系統或設備，且后果難以評估。為此，建議在大修期間核電廠處于無料狀態時，完成設備拆除、電纜敷設、新設備安裝、接線恢復及新系統調試等工作。

需要注意的是，針對一些在大修期間必須監視的參數或控制的設備，如安全殼地坑液位、設備冷卻水泵狀態、入口溫度、220kV母線電壓及頻率等，應考慮在計算機系統拆除后設置監視和控制方案。例如，可以設置臨時計算機系統供主控制室操作員監視和控制相關參數與設備；對于可以就地監視和控制的設備，可安排相關人員就地監視或控制。

2.2改造原則

計算機系統采用統一的集散控制系統平臺，舊系統設備由于老化等原因不可回收使用，因此一般來說核電廠計算機系統改造采用整體更換的方式，以實現原計算機系統的所有功能。

2.3設計基準

原計算機系統在設計、制造時遵循的規范和標準可能已經更新或作廢，因此在改造過程中必須考慮新標準對其他系統的影響及其應對方案。例如，原計算機系統可能與電廠信息管理系統直接通信，中間未加隔離裝置或單向網關。按照目前現行的信息安全標準規范，計算機系統應與電廠信息管理系統單向通信，以防止電廠信息管理系統對計算機系統造成影響。

2.4改造需求的確定

計算機系統改造受諸多因素的制約，如布置空間、用電量、通風效果、電纜長度及橋架裕量等，應綜合考量各種因素后確定計算機系統的改造需求。

2.4.1基本要求

計算機系統改造之前，要掌握原系統的結構、功能及設計要求等，在相關設計文件中找到依據，并做好資料整理和記錄工作。

計算機系統作為核電廠運行的重要系統之一，操作員每天都使用該系統監視和控制核電廠。因此，考慮到操作員的操作習慣和培訓取證，原工藝系統名稱和變量名稱原則上不做修改，新計算機系統主控室值長、機操、堆操和電操操作站布置位置均保持不變。

隨著計算機技術和網絡技術的發展，計算機系統的性能、響應時間、可靠性、可擴展能力以及與外系統接口的能力將比原系統大幅提高。

2.4.2系統規模

計算機系統改造過程中最重要的一點就是確定系統規模，包括輸入輸出點數(硬接線點數)、通信接口數量及系統節點數量(包括控制器、操作站和服務器)等。

通常，計算機系統改造過程中會增加一些硬接線點，在改造前應確定這些硬接線點的大致規模，以便確定機柜數量。在機柜布置、用電及電纜敷設等約束條件下，許多信號可能無法通過硬接線傳輸至新計算機系統，此時針對部分相對不太重要的信號(只用于監視)可通過通信方式傳輸至系統。

2.4.3布置位置

計算機系統規模確定后，整個系統的設備也就基本確定了。改造項目對設備的布置空間約束很大。此時，應根據供貨商提供的設備尺寸和安裝要求，大致確定其布置位置。若在原系統設備布置位置沒有足夠的空間布置新設備，則需要找新的布置位置，同時要考慮電纜進線、暖通條件和安裝施工要求的影響。

2.4.4用電和暖通

通常，計算機系統設備要求由兩路冗余UPS供電。根據設備數量和單個設備功耗可大致估算出系統總的用電需求，然后利用這些數據復核UPS容量，以確定電源能否承受該負荷。若超出UPS電源的負載容量，則需要采取相關措施，如減少設備數量、采用更加節能的產品或加大UPS電源容量等。

針對發熱量，根據設備數量和單個設備散熱量可大致估算出系統總的散熱量，然后利用這些數據復核暖通系統的散熱能力，以確定房間內的環境條件能否得到保證。若超出暖通系統的散熱能力，則需采取相關措施，如減少設備數量、采用更加節能的產品或加大暖通系統的散熱能力等。

2.4.5抗震要求和結構荷載

計算機系統一般為非安全級系統，發生地震時，不需要它執行相關功能。但是若有計算機設備布置在安全級設備周圍，則需要根據其所在位置的抗震響應譜進行抗震鑒定或抗震分析，證明在該安裝方式下，計算機設備在地震過程中能夠保持結構完整性，以免對安全級設備造成損壞。

計算機系統改造后，設備荷載也發生了變化，此時應根據設備的尺寸和重量重新復核樓板的荷載能力。

2.5實施計劃

計算機系統改造過程中，面臨設計時間短、施工窗口任務繁重緊迫、接口多且復雜等問題，需整體把握改造項目的時間節點和進度，統籌安排各項工作。計算機系統改造工作主要包括方案設計、初步設計、施工設計、設備制造、集成、測試驗收、舊設備拆卸、新設備安裝、現場接線、系統調試及現場驗收等。

技術改造最多的工作是解決設備接口問題，且始終貫穿于整個改造過程。而計算機系統幾乎與核電廠所有系統都存在接口，因此在實施計劃中，應充分重視各系統、各專業、各組織之間的接口，保證數據、規定和規約傳遞的一致性，并積極溝通解決，實現整體改造的目標。

3 結束語

隨著我國投入運行的核電廠數量的增多及其運行時間的加長，幾乎所有的核電廠都會面臨計算機系統改造問題。為此，筆者闡述了計算機系統改造的必要性、改造過程中的問題和應對措施，為其他核電廠計算機系統改造項目提供一定的參考。

[1] 張晉,于鎮華.核電廠電儀系統發展趨勢及其數字化改造研究[J].電腦知識與技術,2012,8(35):8568～8570.

[2] 蔣祖躍.秦山核電廠反應堆保護系統及其相關設備數字化改造規劃和實施策略[J].原子能科學技術,2010,44(1):65～69.

[3] 王建成.秦山第二核電廠計算機網絡監控系統的擴充、升級和改造[J].華中電力,2009,22(2):41～44.

李濤(1984-)，工程師，從事核電廠控制室與信息處理的研究，litao@snerdi.com.cn。

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