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摘要：核電站一般由核島、常規(guī)島、電廠配套設(shè)施（BOP）組成，其中常規(guī)島的流程原理與火力發(fā)電廠的流程原理基本相同，但其儀表和控制的可靠性設(shè)計(jì)要比火電廠高得多，為此，分析了常規(guī)島主要控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，并指出核電站的安全可靠性設(shè)計(jì)思想已滲透到各系統(tǒng)的方方面面。
嶺澳核電站常規(guī)島的生產(chǎn)流程與火電廠的生產(chǎn)流程相似，其汽機(jī)控制系統(tǒng)采用了ALSTHOM公司的以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字功頻電液控制系統(tǒng)；常規(guī)島的控制采用了ALSTHOM公司的P320分散控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)（MCS）和順序控制系統(tǒng)（SCS）功能；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）則采用了SEMAGROUP公司的ALPHASERVER4100計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為了與核島控制水平相適應(yīng)，核電站主控制室保留了常規(guī)模擬儀表和常規(guī)操作設(shè)備作為運(yùn)行人員的主要監(jiān)控手段，通過(guò)常規(guī)儀表盤(pán)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的CRT、光字牌報(bào)警燈窗和模擬屏（Mimic）進(jìn)行過(guò)程監(jiān)視。
1P320分散控制系統(tǒng)
1．1P320分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成和主要功能
P320分散控制系統(tǒng)主要由C370多功能控制器、CE2000I／O控制器和I／O模塊等組成的Con－trobloc過(guò)程控制單元實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)（MCS）和順序控制系統(tǒng)（SCS）功能。每臺(tái)機(jī)組還配置了現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)維護(hù)工具P4，主要用于Controbloc過(guò)程控制單元的現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)、程序和數(shù)據(jù)的下載、在線監(jiān)視、安裝和日常維護(hù)等功能。
1．2P320分散控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)功能
常規(guī)島重要的聯(lián)鎖保護(hù)功能由兩個(gè)冗余的獨(dú)立回路實(shí)現(xiàn)。這兩個(gè)回路，從信號(hào)源到保護(hù)信號(hào)的輸出都是互為冗余、相互獨(dú)立，分布在不同的機(jī)柜控制器內(nèi)，相關(guān)的I／O冗余通道也是分布在不同的機(jī)柜控制器內(nèi)。當(dāng)一個(gè)保護(hù)回路出現(xiàn)故障或所在的機(jī)柜發(fā)生故障，另一個(gè)保護(hù)回路仍在發(fā)揮作用，不會(huì)影響系統(tǒng)設(shè)備保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)十分可靠。系統(tǒng)的聯(lián)鎖保護(hù)功能設(shè)計(jì)主要取決于其對(duì)汽機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)兩個(gè)回路（分布在兩個(gè)不同的控制器里）中任一回路動(dòng)作，均能使執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊急保護(hù)動(dòng)作，確保系統(tǒng)在事故發(fā)生時(shí)處于安全位置，這樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)不會(huì)發(fā)生拒動(dòng)現(xiàn)象。聯(lián)鎖功能的兩個(gè)回路允許條件必須同時(shí)滿足時(shí)才允許正確啟動(dòng)或停止執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這樣，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)正常動(dòng)作前系統(tǒng)確保了兩個(gè)聯(lián)鎖回路均處于正常狀態(tài)，也保證了執(zhí)行機(jī)構(gòu)不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)�？刂崎_(kāi)關(guān)的動(dòng)作代表運(yùn)行人員的人工干涉，也常常設(shè)計(jì)在兩個(gè)回路里。
1．3P320分散控制系統(tǒng)的邏輯控制
邏輯控制分為順序控制、邏輯控制和聯(lián)鎖三部分。常規(guī)島具有順序控制功能的系統(tǒng)主要有：汽水分離再熱系統(tǒng)（GSS）、汽動(dòng)給水泵系統(tǒng)（APP）、電動(dòng)給水泵系統(tǒng)（APA）、給水泵汽機(jī)疏水系統(tǒng)（APU）和凝汽器抽真空系統(tǒng)（CVI）等。這些系統(tǒng)中有些順序控制過(guò)程還需要人工干涉，如主給水系統(tǒng)。常規(guī)島中的主給水系統(tǒng)和汽機(jī)旁路系統(tǒng)比較重要，除了執(zhí)行驅(qū)動(dòng)級(jí)控制在常規(guī)島側(cè)實(shí)現(xiàn)外，主要的控制指令來(lái)自于核島。
常規(guī)島的大部分邏輯控制功能由P320分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)外，重要的保護(hù)回路和接口回路還保留了硬接線實(shí)現(xiàn)方式，其中包括：汽輪發(fā)電機(jī)保護(hù)和主給水泵保護(hù)；電氣接口；核島－常規(guī)島接口；公共輔助系統(tǒng)（BOP）－常規(guī)島接口；主電動(dòng)閥與其旁路閥間的聯(lián)鎖；主控室操作臺(tái)的閥門(mén)狀態(tài)指示。
常規(guī)島的模擬量控制全部在P320分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)除外）。P320分散控制系統(tǒng)還用于監(jiān)測(cè)、報(bào)警信號(hào)的處理。作為運(yùn)行人員主要監(jiān)視手段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、順序事件記錄系統(tǒng)和光字牌報(bào)警系統(tǒng)的很多信號(hào)均來(lái)自P320分散控制系統(tǒng)。
2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由法國(guó)SEMAGROUP公司供貨，采用了以太網(wǎng)的分散式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它由二級(jí)10Mbit／s標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)、2臺(tái)服務(wù)器、6個(gè)工作站和7個(gè)可編程邏輯控制器（PLC）數(shù)據(jù)采集站組成。服務(wù)器采用COMPAQ服務(wù)器，PLC采用美國(guó)AB公司的PLC5－80E。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和處理包括核島在內(nèi)的全廠的重要運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并將處理結(jié)果提供給運(yùn)行人員以判斷系統(tǒng)和整個(gè)電廠的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)視電廠設(shè)備，監(jiān)視安全功能，在事故情況下進(jìn)行故障分析，為操作員、安全工程師提供規(guī)程、建議，并為事后分析提供數(shù)據(jù)。核島的參數(shù)比常規(guī)島重要，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由核島供應(yīng)商負(fù)責(zé)。
3汽機(jī)控制系統(tǒng)
汽機(jī)控制系統(tǒng)采用了分層結(jié)構(gòu)，在功能和結(jié)構(gòu)上分為基層調(diào)節(jié)器（BLG）和上層控制單元（UCL）。基層調(diào)節(jié)器（BLG）分別由14塊閥門(mén)控制模塊組成，每個(gè)高壓缸主汽閥、高壓缸調(diào)節(jié)閥和低壓缸調(diào)節(jié)閥分別對(duì)應(yīng)有一塊獨(dú)立的BLG閥門(mén)控制通道。每個(gè)通道是互相獨(dú)立的，轉(zhuǎn)速信號(hào)輸往每個(gè)通道，每個(gè)通道接受控制室基層控制面板指令，并與上層控制單元交換信息。BLG主要完成轉(zhuǎn)速測(cè)量、蒸汽需求限制、閥位計(jì)算、閥位控制、汽機(jī)跳閘、傾斜度調(diào)整及頻率死區(qū)的選擇等基本功能。上層控制單元（UCL）分別由一個(gè)32位的處理器、基層接口卡、I／O板件和通信卡組成。UCL主要完成與外界接口、汽機(jī)升速、并網(wǎng)及帶初負(fù)荷、閉環(huán)負(fù)荷控制、應(yīng)力控制、超速試驗(yàn)、閥門(mén)試驗(yàn)（帶負(fù)荷與不帶負(fù)荷）、壓力控制、最小系統(tǒng)故障檢查、閥門(mén)偏量、閥門(mén)恢復(fù)、頻率死區(qū)調(diào)整等高級(jí)功能。上層故障不會(huì)影響下層工作，汽機(jī)的正常運(yùn)行不受影響。這種采取分層的結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性。此外，BrushPAS530自動(dòng)同步單元也安裝在汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)。自動(dòng)同步單元提供輸出，使發(fā)電機(jī)斷路器或超高壓側(cè)斷路器閉合前電壓、頻率、相位正確吻合后自動(dòng)閉合，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)自動(dòng)并網(wǎng)。
4汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（GSE）
4．1汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的機(jī)理
汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是在汽輪機(jī)或發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)能使汽輪發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)。所采用的策略是，在充分考慮汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械故障保護(hù)的基礎(chǔ)上，把故障的數(shù)量限制在可預(yù)見(jiàn)事件的范圍內(nèi)。觸發(fā)跳閘的測(cè)量元件的冗余度，充分考慮了設(shè)備的誤動(dòng)性和拒動(dòng)性，以及帶負(fù)荷試驗(yàn)的需要和設(shè)備故障的類(lèi)型，以確保當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)能正確停機(jī)，保證機(jī)組的安全。
4．2汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的故障類(lèi)型
汽機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)與火電站有些差別，跳閘故障的分類(lèi)要嚴(yán)格一些，保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作機(jī)理也有些差異。由于汽機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，代表汽機(jī)已跳閘的表達(dá)方式也不一樣。常規(guī)島的汽機(jī)跳閘故障可分兩類(lèi)，第一類(lèi)（CLASSⅠ）是當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，要求汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)高壓斷路器立即跳閘（斷開(kāi)）；第二類(lèi)（CLASSⅡ）稱(chēng)電氣次要故障，要求汽輪機(jī)立即跳閘，而發(fā)電機(jī)高壓斷路器或發(fā)電機(jī)回路斷路器則經(jīng)過(guò)低前相功率繼電器探測(cè)到發(fā)電機(jī)輸出功率降到0．5％額定功率時(shí)才斷開(kāi)，主要是防止汽機(jī)超速。所有工藝系統(tǒng)的故障均為第二類(lèi)故障。
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