岭澳核电站常规岛部分控制方案的分析

岭澳核电站常规岛部分控制方案的分析

岭澳核电站（以下简称“广二核”）是广东省的第二个核电站。该核电站共2台机组,每台机组容量为990MW。常规岛由法国阿尔斯通公司设计和供货。岭澳核电站控制室采用常规仪表、运行人员操作设备进行监控,采用单独的数据采集系统KIT、光字牌报警系统KSA和模拟屏(Mimic)作为监视手段,并没有应用DCS的人机接口,即P320分散控制系统的集中控制Centralog。但采用了P320系统的过程控制单元Controbloc,采用大亚湾核电站常规岛使用的大部分继电器、GEM80可编程控制器和全部的BRISTOLBABCOCK调节模件,完成几乎所有的模拟和逻辑控制功能。汽机调节系统是一套单独的微机二级调速系统,没有纳入P320控制系统内。P320分散控制系统是阿尔斯通公司90年代初研制、投入使用的分散控制系统,其前身是T20。P320分散控制系统已广泛地应用于火电厂、联合循环电站、水电站、核电站和变电站,如珞璜电厂(4×360MW)和广西来宾电厂(2×360MW)。岭澳核电站是国内第1个在常规岛采用DCS的核电站。1使用测试仪器的实现实时监控数据P320分散控制系统的结构见图1,为2层3网。即Centralog集中控制层和Controbloc过程控制层;Contronet监控网、F900单元网络和Locafip现场总线。此外,尚有计算机辅助软件设计工具ControCAD,计算机辅助软件测试平台Controtest。Centralog集中控制层由CVS操作员站(C10、C30、C50),X-终端、CIS网关服务器和工程师工作站等组成。CVS操作员站也可用于历史数据存储站(HDSR)、Centralog监控层组态中心(CCC)和实现实时曲线记录功能等。工程师工作站包括CCC、现场组态、维护工具P4和ControCAD及打印机。Centralog监控层主要通过Contronet监控网进行通讯,并通过CIS网关与F900单元网络进行实时数据交换。Controbloc过程控制单元是P320的过程控制核心。它接收Centralog过程控制指令和设定值,实现对过程的控制。同时也实时采集过程参数,反馈给Centralog供运行人员监视。过程控制单元由多功能控制器C370、控制器C80-35、I/O控制器CE2000、CE80-35、CE80-20、C80-35(既可作过程控制器,也可作现场控制器使用)、DI80和DI103连接单元、MV/LV执行机构控制器及转速驱动控制单元等组成。每台机组配置的P4,主要用于Controbloc的现场组态、程序和数据的下载、在线监视、安装和日常维护等。2ce200o控制器的结构P320系统的过程控制单元结构图见图2。1个过程控制单元(机柜)由2个互为冗余的C370、3排CE2000I/O控制器、I/O模块及电源组件组成。P320机柜前、后开门,前面装有系统组件,后面布置有端子排。机柜内部通过Locafip现场总线实现C370和CE2000I/O之间的数据通讯,单元(机柜)之间则通过F900网进行数据实时交换。2.1运动方程及监控层C370是Controbloc的CPU,由多处理器单元UT120、程序储存模件AM118、通讯管理模件UT123、F900网络通讯接口模块S317、Locafip现场总线接口模块S316、监视器模块S251和电源模块组成。UT120具有双处理器和多任务结构,其中一个处理器为32位带浮点协同处理器,负责执行控制器二进制运算功能和控制回路程序,另一处理器则负责控制器启停程序备份,内部运行检测和监视,中继管理和编码,控制器与现场组态维护工具P4及手操器之间的通讯,日期和时间管理等功能。控制器的运行方式是以“任务”为基础,P320系统的“任务”分为系统、逻辑、调节和测量4类,执行优先级别以前者高,执行周期亦以前者短。P320系统的测量“任务”数据专用于Centralog监控层,由于岭澳常规岛中没有应用P320系统的监控层,所以不存在测量“任务”。互为冗余的控制器通过R链(CR278)进行通讯,以实现主、从控制器的无扰切换。S317、S316模块分别是控制器与F900网络、现场总线Locafip的通讯接口,UT123模块负责管理S316、S317模块及R链的通讯。C370内各模块间通过内部总线PU-BUS进行通讯。S251模块实际上是控制器运行的监视器,设有Watch-dog。当主程序执行时间超过编程设定的时间时,则认为控制器发生故障,就会发出报警并终止控制器的运行。P320系统有几种电源模块,可以把220VAC或48VDC输入电源转换成5VDC和12VDC控制器工作电源。此处采用双回路的48VDC作为P320系统的输入电源。2.2t129模块CE2000由UT129处理单元和CE2000I/O模块组成。UT129模块既是CE2000与Locafip现场总线通讯交换单元,也是CE2000I/O模块运行、故障管理中心。UT129与I/O模块之间通过内部总线ES2000进行数据通讯。UT129模块由33MHz的68020微处理器,1MB的REPROM,512KB带备用电池的RAM及相应的通讯接口,通讯控制器和计时器等组成。CE2000I/O模块种类较多。此处采用的I/O模块有:16点开关量输入卡LE108、16点开关量输出卡LC106(无源输出)、8点高电平(4~20mA)模拟量输入卡AH115、8点模拟量输出卡AH111、双通道模拟量执行机构输出卡AS112,其中AH115、AH111和AS112均为智能I/O卡。AS112可带4个M/A模拟控制站,M/A模拟控制站分为设定站和手操站2类。此处只采用了手操站,重要的安装在集控室,其余的安装在现场,以便于现场检修、调试操作。温度测量采用CT卡(一种温度变送器),将温度转换成4~20mA信号后输入P320系统,没有采用P320系统的热电偶和热电阻I/O卡。3locafip网络P320系统的Controbloc过程控制层有2个局域网,一个是实时数据高速通讯网F900,另一个是现场总线Locafip。F900网连接过程控制单元与监控层(通过网关服务器实现)及实现控制器间的通讯。是总线型双冗余实时数据网。采用Worldfip通讯技术和Sycoway通讯协议,传输速率为1Mb/s(最高为2.5Mb/s),最多可接64个节点(站)。采用双绞线,标准传送距离为1km,使用光纤网络最长可达7km。通讯控制方式采用总线仲裁器。由于F900网运行在分散式数据库基础上(再现过程变量实时状态的数据库分散到各个控制器和I/O设备上),所以F900网在负载高峰期具有很好的抗过载能力。Locafip现场总线连接C370和CE2000I/O,实现其间的数据通讯。采用基于EN50170通用现场总线标准的Worldfip,双冗余结构,传输介质为双绞线。通讯方式采用总线仲裁器,最多可接256个节点,传输速率为1Mb/s,传输标准距离为1km(采用双绞线),使用光纤及适配器时最长可达7km。Controbloc网络的连接方式包括通讯方向(CW),网络地址(SB)和通讯组(CG)。P320系统规定控制器C370在F900网上的通讯方向CW为1;在Locafip网上为0。控制器的F900网络地址可以在0~63间分配。为了提高F900网的通讯效率,信息接收对象以组为单位。通讯组定义如下:CG0(0组):备用;CG1(1组):所有机组及公用系统控制器;CG2(2组):逻辑控制器;CG3(3组):模拟量控制器;CG4(4组):备用;CG5(5组):Centralog监控层设定(岭澳没有);CG12表示控制器既属于1组,又属于2组。4具有双双通道功能的系统和原理P320系统在岭澳常规岛实现的功能有4类:保护功能(CH.1和CH.2)、逻辑控制、模拟控制和信号处理(KIT、KSA、MIMIC等系统)。每台机组共有10个机柜,2台机组共用的公共辅助系统只有1个机柜,挂在1号机组的F900网上。这些机柜按控制功能分类,其中2个机柜用于模拟控制,其余均为逻辑控制。每台机组的I/O点数为3628点,其中DI为1269点,DO为2122点,AI为145点,AO为92点。在10个机柜中,2个模拟控制柜覆盖了除汽机调节系统外所有的模拟控制系统,即汽机润滑油系统GGR、汽机蒸汽及疏水系统GPV、发电机密封油系统GHE、定子冷却水系统GST、发电机氢冷系统GRH、汽水分离再热系统GSS、汽机低压缸排汽喷水系统CAR、汽机轴封系统CET、凝结水系统CEX、低加系统ABP、低加疏水回收系统ACO、给水除氧器系统ADG、主给水泵汽机疏水系统APU、高加系统AHP、闭式冷却水系统SRI、蒸汽转换器系统STR、辅助蒸汽分配系统SVA等。逻辑控制有8个机柜,其中3个机柜用于保护和顺序控制,即汽机保护系统GSE、汽机蒸汽和疏水GPV、汽机旁路系统GCT、发电机氢气供应系统GRV、发电机定子冷却水系统GST、汽机调节油系统GFR、汽水分离再热系统GSS,以及主给水泵系统的保护通道1和通道2等;其余5个机柜则用于汽机岛主要辅助系统的逻辑控制。除了常规岛主厂房外,P320还应用于下列公共系统:热水生产和分配系统SES、化学试剂注射系统SIR等。P320的控制功能不涉及电气部分。岭澳常规岛只有下列功能仍保留继电器硬接线方式,实现:(1)汽轮发电机保护和主给水泵保护;(2)电气接口;(3)核岛/常规岛接口;(4)公共辅助系统(BOP)/常规岛接口;(5)用于驱动电磁阀的中间继电器;(6)主电动阀与其旁路阀间的联锁;(7)主控室操作台的执行机构状态指示。保护设备免受损坏的联锁也属于保护系统,其余的联锁则属于逻辑控制。对于一些重要的系统,联锁保护功能由2个冗余的、独立的回路实现。这两个回路,从信号源到保护信号的输出都互为冗余、相互独立,并在不同的机柜中实现。保护系统的两个回路任一保护动作,均能使执行机构紧急保护动作,确保系统在事故发生时处于安全位置,这样执行机构不会发生拒动现象。对于某些系统,只有1个回路实现保护功能,如凝结水系统CEX。具有双通道的保护系统对执行机构的控制方式如图3所示。具有双通道联锁保护功能的系统有:汽机保护系统GSE、汽机旁路系统GCT、蒸汽及疏水系统GPV、发电机氢气供应系统GRV、定子冷却水系统GST、低加系统ABP、除氧器系统ADG、高加系统AHP、凝结水系统CEX、汽水分离再热系统GSS、循环水系统CRF等。逻辑控制分为3部分:顺序控制、逻辑控制和联锁。具有顺序控制功能的系统主要有:汽水分离再热系统GSS、汽动给水泵系统APP、电动给水泵系统APA、给水泵汽机疏水系统APU和凝汽器抽真空系统CVI等。这些系统中有些顺序控制过程还需要人工干涉,如主给水系统。常规岛中的主给水系统和汽机旁路系统显得比较重要,除了执行驱动级在常规岛侧实现外,主要的控制指令来自于核岛。模拟控制除了汽机调节系统外全部在P320系统实现,每个控制回路均带有一个M/A手操站,有些重要系统的手操站安装在主控制室,其余的M/A手操站则安装在现场。M/A手操站没有设定功能,只能输出人工操作指令,并必须经过AS112卡输出,所以对于重要的模拟控制回路,AS112卡应冗余设置。此外,P320系统还用于监测、报警的信号处理,数据采集系统KIT、顺序事件记录系统KKO和光字牌报警系统KSA的很多信号均来自P320系统。由于除了常规岛控制外,其他很多系统均采用常规控制设备实现控制功能,所以P320系统与其他控制系统及监视系统间存在着大量的接口信号,这些信号的连接均采用硬接线方式进行。由模拟量信号产生的跳闸保护信号、大量的联锁信号、综合报警信号等的产生和扩展都在P320系统中实现,再分别送到继电器保护系统(如汽机保护系统和给水泵保护系统)、接口继电器柜(如NI/CI、CI/BOP接口)、独立的控制系统(如GRE)、KIT、KSA、KKO、MIMIC以及就地报警或指示等。这部分功能在P320系统中占据了比较大的比例。5pc机控制系统P320系统与一些先进的分散控制系统相比,在某些地方尚存在一些差距,在设计中也存在着某些不足之处。5.1在岭澳核电站常规岛里,由于主控制室没有应用分散控制系统的过程监控层,远没有发挥出分散控制系统作为先进的过程监控手段所具有的强大功能。分散控制系统的过程监控层采用了以CRT/KB为基础的先进的交互式人机接口,大大改善了人机界面,这样主控制室才有可能过渡到以CRT/KB代替传统的常规仪表操作,实现质的飞跃。5.2除了P320外,虽然还有不少系统采用了数字化控制,如KIT系统是采用SEMAGROUP公司提供的ALPHASERVER4100型计算机为基础的数据采集与处理系统,汽机调速系统GRE是ALSTHOM公司提供的以微处理机为基础的数字功频电液调节系统,有些就地控制盘采用了PLC完成程序逻辑控制,如凝结水精处理、凝汽器循环水入口滤网定期清洗控制等,这些控制系统间的数据通讯都是通过硬接线进行,大大增加了主厂房的电缆数量,也浪费