核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)改造分析

李德超

摘 要：核電廠儀表控制系統(tǒng)是由計算機、網(wǎng)絡、通訊技術和自動化控制相結合的集中管理和分散控制的計算機控制系統(tǒng)。儀表控制系統(tǒng)由于使用時間較長，逐步產(chǎn)生了問題，其中包括儀表控制裝置的可靠性降低，偶然發(fā)生的故障增多，故障率逐年增高，維修費用不斷增加，因此必須進行相應的改進，特別是采用“模擬控制+繼電器邏輯處理”模式的仿真儀表控制系統(tǒng)。通過對儀表控制系統(tǒng)改造方案的合理規(guī)劃，可以使機組的運行得到最優(yōu)化。隨著電力負荷的增加，對供電質量提出了更高的要求。對于功率模塊來說，數(shù)字化無疑是其未來發(fā)展的主要方向。基于數(shù)字化技術，可以更加智能地識別模塊當前的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題，立即解決。因此，更有利于電源模塊的可持續(xù)發(fā)展。以核電站儀控模塊為例，探討其智能化改造的相關內(nèi)容。

關鍵詞：核電站;儀控模塊;數(shù)字化設備

1儀控模塊數(shù)字化改造價值

1.1規(guī)避設備老化問題

對于每個儀器和控制模塊，都有其特定的使用規(guī)則。實際操作過程中會有規(guī)律的故障。原因是這些都是典型的設備老化故障[4]。沒有實施全面的數(shù)字化改造，這類問題往往需要運維人員進行人工干預和糾正，但即便如此，運行一段時間后還是會再次發(fā)生。長此以往，設備的運行性能會大大降低，老化問題會進一步加劇。因此，進行必要的數(shù)字化改造非常重要，可以更好地避免設備的老化和失效，從而大大延長設備的使用壽命。

1.2提高儀表和控制設備的運行質量

隨著科學技術的發(fā)展和新技術的不斷涌現(xiàn)，如何保證核電廠儀表和控制設備的可靠穩(wěn)定運行已成為當前需要認真考慮的重要內(nèi)容。結合目前國內(nèi)核電站I&C模塊的運行現(xiàn)狀，已經(jīng)有很多地方的技術需要改進，這也是進行I&C模塊數(shù)字化改造的重要原因。通過深度改造和利用，可以有效保證整個模塊的運行穩(wěn)定性，進而有效提高模塊的整體運行質量。與傳統(tǒng)技術相比，數(shù)字技術具有更高的智能、更快的響應速度和更少的錯誤，因此整體運行條件得到了更好的保證。

1.3避免設備配件短缺

對于儀控設備來說，達到一定的使用壽命后，必然會出現(xiàn)所有配件都需要更換的情況。此外，設備零件數(shù)量眾多，頻繁更換也可能造成部分零件供應不足，部分箱包零件甚至可能缺貨。數(shù)字模塊的引入可以更好地對整個模塊進行數(shù)字化規(guī)劃，提前防止設備老化，從而保證整個模塊始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

2儀控設備數(shù)字化方案

目前，數(shù)字儀表控制模塊主要包括三個方面，即光色散控制模塊、可編程控制模塊和現(xiàn)場總線控制模塊。最后一種是最典型的數(shù)字儀表控制模塊方案。分散控制模塊已廣泛應用于傳統(tǒng)發(fā)電模塊中，具有很強的順序控制特性;可編程控制模塊主要強調利用開關模擬量的分數(shù)進行閉環(huán)控制。現(xiàn)場總線控制模塊主要結合了儀表控制模塊中的分布式控制模塊和可編程控制模塊。數(shù)字控制模塊的應用無疑更可靠，更實用。此外，基于數(shù)字控制機制，很好地避免了以往單點、單變量的運行模式，轉而支持多點、多變量的數(shù)字形式，具有更強的數(shù)字化、智能化特征。

3數(shù)字化系統(tǒng)概述

數(shù)字儀表控制系統(tǒng)很好地體現(xiàn)了“信息集中分散控制”的理念。包括計算機技術的深入發(fā)展，越來越多的供應商逐漸開發(fā)出各種擴展接口的IO模塊。這種系統(tǒng)模塊可以實現(xiàn)與各種傳感裝置、電氣裝置和開關柜的可靠連接，實現(xiàn)基本的管理和控制應用。此外，它還可以實時診斷和分析系統(tǒng)運行情況。

如果在系統(tǒng)應用軟件中引入智能控制分析和人工智能技術，基于優(yōu)化過程控制，可以提高系統(tǒng)運行可靠性和控制能力，使系統(tǒng)更具開放性、可操作性和互操作性。勢必會使目前的數(shù)字系統(tǒng)建設更加全面。大多數(shù)情況下，往往可以進行單個控制回路和功能控制，但對于復雜的、多部件的設備部件，仍然無法實現(xiàn)全面的系統(tǒng)控制。此外，結合實際應用時頻繁單回路輸入輸出的運行機制，成功案例不多，參考頜不強。因此，一些用戶試圖通過集成上述儀表和控制設備的一些設計理念，引入完善的可編程控制技術和現(xiàn)場總線進行交互。對于核電站舊的儀表和控制系統(tǒng)，可以直接使用現(xiàn)有的電纜一次測量模塊和執(zhí)行單元，只對監(jiān)控部分和控制單元進行升級和優(yōu)化，采用尖端的輸入輸出模塊和可編程控制設備。根據(jù)現(xiàn)場總體情況，采用以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線和遠程智能輸入輸出設備代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制柜和輔助繼電器柜。不僅避免了傳統(tǒng)設備老化和配件不足的問題，而且大大提高了設備的運行質量和使用壽命。

4核電站儀控數(shù)字化改造策略

4.1配件與老化問題

無論是實施分布式控制模塊和可編程控制模塊的數(shù)字化改造方案，還是實施現(xiàn)場總線控制模塊和可編程控制模塊的數(shù)字化改造方案，都可以實現(xiàn)較好的數(shù)字化改造。但相比這兩種數(shù)字化方案，后者在處理設備老化問題上無疑更有優(yōu)勢。主要依靠現(xiàn)場各種微機數(shù)字設備，而不是以控制器為關鍵模塊，可以進一步減少控制器配件的儲備。此外，這種方式的互操作性和功能性更強，可以完成互聯(lián)設備和各種模塊之間的高度數(shù)據(jù)交互，同時不同設備供應商之間的設備也可以實現(xiàn)更好的數(shù)字交互，這無疑為設備帶來了更多的可選空間。不僅如此，該方案還包含了現(xiàn)場智能設備的自動診斷和控制功能，對設備老化控制的發(fā)展具有一定的積極意義。

4.2數(shù)字模塊的運行質量

通過對核電站儀控模塊運行工況的分析，不難發(fā)現(xiàn)數(shù)字化運行模式可以大大提高整個模塊的運行質量。在技術上，分布式控制模塊和現(xiàn)場總線控制模塊可以滿足核電站的控制需求。而且分布式控制模塊的應用已經(jīng)非常成熟，應用起來更加方便流暢。現(xiàn)場總線控制模塊具有智能化、數(shù)字化等特點。與傳統(tǒng)的模塊控制形式相比，智能化和數(shù)字化程度大大提高，模塊的運行質量得到了更好的保證。

4.3模塊可靠性研究

與集散控制模塊和現(xiàn)場總線控制模塊相比，后者能更好地預測可能出現(xiàn)的運行問題，大大降低系統(tǒng)發(fā)生故障的可能性，具有非常強的預測能力，能有效保障系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。借助智能設備的自診斷和總線技術，可以持續(xù)監(jiān)督已有的領先知識，分析即將發(fā)生的故障。現(xiàn)場總線控制模塊還可以進行更好的狀態(tài)監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，立即排除故障。

4.4改造工作的組織和管理

核電站儀表的全數(shù)字化改造需要多個部門的配合，會形成極其復雜的接口。因此，在重建過程中，我們必須面對和處理問題，明確設定工作邊界和責任規(guī)劃，然后確保重建的順利有效進行。在各儀控系統(tǒng)升級改造的推進階段，核電廠應加強過程的組織管理，圍繞主體和工作內(nèi)容將改造任務劃分為不同的部分，然后分階段實施，每個階段應設置一個責任方，責任方主要接受其他部門提供的服務。

結束語

核電站儀控邏輯結構非常復雜，核設施獨特的安全技術規(guī)范，因此規(guī)劃工作的嚴謹性直接影響到儀控全數(shù)字化改造項目的實施。因此，在實踐中，相關人員要以最嚴謹認真的態(tài)度，不斷完善改造項目的前期策劃工作，只有經(jīng)過認真的分析論證，才能進入實施階段，才能取得良好的效果。與核電站儀控系統(tǒng)的傳統(tǒng)控制形式相比，數(shù)字化運行方案顯著提高了其運行效率和質量。此外，數(shù)字化運營方案還可以有效避免設備配件短缺、技術升級等帶來的各種問題。數(shù)字化發(fā)展已經(jīng)是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的主要方向之一，相關單位應重視內(nèi)部數(shù)字化改造進程的推進。

參考文獻：

[1]谷鵬飛，劉子寅，席望，等.核安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)軟件安全性分析研究[J].儀器儀表用戶，2019，26（06）：76-78.

[2]楊婷，賈嵐，冀建平.一種評價核電站停堆系統(tǒng)的可靠性指標計算方法[J].電腦知識與技術，2019，15（10）：196-197.