核电厂数字化仪表与控制系统的应用现状与发展趋势

摘 要：核能发电是一项新型技术，利用核能发电需要对核反应堆进行合理有效控制，防止核辐射对人们身体以及周围环境产生破坏，需要借助于科学技术手段对核反应堆进行有效控制，核电厂中应用数字化仪表控制系统恰恰方便实现了这一点。本文对核电厂数字化仪表控制系统的应用现状以及发展趋势进行分析，旨在促进核电厂健康稳定发展。

关键词：核电厂；数字化仪表控制系统；应用现状；发展趋势

过去核电厂数字化仪表控制系统是单机测控系统，但是随着计算机技术的飞速发展，其已经发展成为集散控制系统，并且在通信技术飞速发展的背景下出现了全数字化仪表控制系统。全数字化仪表控制系统的优点是在现场总线控制系统以及可编程控制器中融入了常规电厂集散控制系统，其应用领域更加广泛，比如应用在常规岛、BOP以及核岛的全过程控制，确保核电厂安全稳定运行。

1 核电厂数字化仪表与控制系统概述

基于数字计算机技术完成自动控制与保护、信息显示以及网络通信来实现核电厂的监测与控制功能，履行该功能的所有硬件设备和软件就被称为核电厂数字化仪表与控制系统。

该系统的主要功能分为信息处理与显示功能和控制功能。其特点是实现全厂信息管理和过程控制以及复杂的控制规律的综合控制。核电厂数字化仪表与控制系统提供了一个集成的计算机系统，其信息、控制和监测功能覆盖了核电厂的所有过程系统。核电厂数字化仪表与控制系统的类型主要分为集中型和集散型。集中型计算机控制系统具有能集中显示操作、利用率高等特点。但是集中型控制系统网络控制、分散控制的优点体现不出来，还需使用大量的控制电缆，灵活性、扩展性较差。另外，系统可靠性也是一个主要的问题，即所谓的危险集中，通常是采用多重冗余计算机的方式提高系统的可靠性。

2 核电厂数字化仪表和控制系统的应用

2.1 必要性

数字化是改善核电厂性能的需要，进一步提高安全性、改善经济性是世界核电发展必须解决的课题。为此，除了反应堆本体设计采取各种改进或革新措施外，需要仪表和控制系统作出重大变革，主要是：

2.1.1 巨大改进的人机界面 过去几十年核电厂运行经验表明，在发生的各种事故中60%以上主要是由人的失误引起的。对美国三哩岛事故和，苏联的切尔诺贝里事故的调查也表明，人的失误是造成事故的主要原因。因此必须对人机界面进行重大改进，要求改变信号的显示方式和显示内容，克服控制室显示信号过多、过于分散、工作面过大的状况；要求减轻操纵员观察、分析、判断的负担，特别是事故工况下，减轻对操纵员正确决策的依赖；要求提供更加智能化的人机界面，给操纵员提供更多的决策支持和操作引导功能等。

2.1.2 高度的自动化 现代的核电厂需要实现高度的自动化运行。一方面为了进行负荷跟踪发电和全厂综合协调控制运行，使核电厂运行在最佳状态，以达到更好的经济性；另一方面，使各种操作尽可能自动执行，所有保护动作都自动触发自动完成，在预计运行事件或设计基准事故开始后30min时间内，不需要操纵员的干预，使核电厂的运行性能和安全不直接依赖于操纵员的立即响应，也使操纵员有比较充裕的时间进行冷静、全面的分析和判断，从而可以大大减少误判和盲目处置的概率。

2.1.3 高度的可靠性 仪表和控制系统的问题，如控制特性不好、信号传输过程中的干扰、重要设备故障是引起堆处、不安全状态或计划外停堆的重要原因，因此需要仪表和控制系统达到高度的可靠性。

2.1.4 高度的可维护性 核电厂的仪表和控制系统是一个十分复杂、庞大的系统，如何保证它自身长期、连续地处于可靠的工作状态，直接影响到核电厂的连续运行能力和安全性；同时仪表和控制系统设备维护是一项工作量很大、技术性很强的工作，对核电厂营运来说是一项很大的负担。因此，需要仪表和控制系统具有高度的可维护性。

2.2 数字化是技术发展的必然

在过去的几十年里，电子、仪表及控制设备领域发生了根本性的技术变化：①数字化技术在传统工业领域，如火电厂、石油化工厂及加工工业等得到日益广泛的运用，并表现出巨大的优越性，已经完全处于主导地位。②电子器件及电子设备制造工业已经转向数字化系统。核工业领域的需求是无法独立支撑模拟仪表和控制设备的制造工业体系的。模拟器件和仪表的备品备件及技术支持的获取已经越来越困难。③目前的教育培养主要面向数字技术，年轻一代对模拟技术了解很少，制造单位、设计单位和营运单位越来越缺少熟悉模拟技术的人员。

因此，核电厂仪表和控制系统实现数字化是技术发展的必然。

3 发展趋势

核电厂仪表和控制系统正在向全面数字化方向迅速发展。

①世界核发达国家近年发展的新一代核电厂无一不是采用全数字化的仪表和控制系统，这包括已经建造并投入运行的法国的1450MW N4系列压水堆核电厂（1996年）和日本的1350MW ABWR沸水堆核电厂（1997年），以及已设计完毕尚未建造的美国APl000、System80+等。②老一代核电厂设计在建造新厂时改用数字化的仪表和控制系统，如俄罗斯的WER核电厂在连云港建造时采用了数字化仪表和控制系统。我国在建的岭澳二期核电厂也对法国原900MW压水堆核电厂设计在仪表和控制系统方面做了重大改进，采用数字化仪表和控制系统。③许多老一代的在役核电厂已经进行或正在进行仪表和控制系统数字化改造。

所以，核电厂仪表和控制系统实现数字化是大势所趋。

4 总结

总而言之，在核电厂中应用数字化仪表控制系统意义重大，也是未来发展的必然趋势，并且随着科学技术的发展，数字化仪表控制系统将会不断升级换代，在确保核电厂安全稳定运行的同时能够提高核电厂的供电质量。核电厂的运行有利有弊，我们需要格外注意核电厂运行过程中引发的辐射问题，依靠数字化仪表控制系统进行合理有效控制，同时需要不断培养核电厂数字化仪表控制系统操作专业人才，确保有足够的人员储备，促使核电厂数字化仪表控制系统更加完善。

参考文献：

[1]王家胜.核电厂数字化仪控系统改造中的几种控制系统综合应用分析[J].核科学与工程，2005（09）：231-238.

[2]黄潜.核电厂数字化仪控系统科技创新[J].中国核电，2013（03）：4-6.

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