核电站数字化仪控系统改造分析

李德超

摘 要：核电厂仪表控制系统是由计算机、网络、通讯技术和自动化控制相结合的集中管理和分散控制的计算机控制系统。仪表控制系统由于使用时间较长，逐步产生了问题，其中包括仪表控制装置的可靠性降低，偶然发生的故障增多，故障率逐年增高，维修费用不断增加，因此必须进行相应的改进，特别是采用“模拟控制+继电器逻辑处理”模式的仿真仪表控制系统。通过对仪表控制系统改造方案的合理规划，可以使机组的运行得到最优化。随着电力负荷的增加，对供电质量提出了更高的要求。对于功率模块来说，数字化无疑是其未来发展的主要方向。基于数字化技术，可以更加智能地识别模块当前的运行状况，及时发现问题，立即解决。因此，更有利于电源模块的可持续发展。以核电站仪控模块为例，探讨其智能化改造的相关内容。

关键词：核电站;仪控模块;数字化设备

1仪控模块数字化改造价值

1.1规避设备老化问题

对于每个仪器和控制模块，都有其特定的使用规则。实际操作过程中会有规律的故障。原因是这些都是典型的设备老化故障[4]。没有实施全面的数字化改造，这类问题往往需要运维人员进行人工干预和纠正，但即便如此，运行一段时间后还是会再次发生。长此以往，设备的运行性能会大大降低，老化问题会进一步加剧。因此，进行必要的数字化改造非常重要，可以更好地避免设备的老化和失效，从而大大延长设备的使用寿命。

1.2提高仪表和控制设备的运行质量

随着科学技术的发展和新技术的不断涌现，如何保证核电厂仪表和控制设备的可靠稳定运行已成为当前需要认真考虑的重要内容。结合目前国内核电站I&C模块的运行现状，已经有很多地方的技术需要改进，这也是进行I&C模块数字化改造的重要原因。通过深度改造和利用，可以有效保证整个模块的运行稳定性，进而有效提高模块的整体运行质量。与传统技术相比，数字技术具有更高的智能、更快的响应速度和更少的错误，因此整体运行条件得到了更好的保证。

1.3避免设备配件短缺

对于仪控设备来说，达到一定的使用寿命后，必然会出现所有配件都需要更换的情况。此外，设备零件数量众多，频繁更换也可能造成部分零件供应不足，部分箱包零件甚至可能缺货。数字模块的引入可以更好地对整个模块进行数字化规划，提前防止设备老化，从而保证整个模块始终处于稳定的运行状态。

2仪控设备数字化方案

目前，数字仪表控制模块主要包括三个方面，即光色散控制模块、可编程控制模块和现场总线控制模块。最后一种是最典型的数字仪表控制模块方案。分散控制模块已广泛应用于传统发电模块中，具有很强的顺序控制特性;可编程控制模块主要强调利用开关模拟量的分数进行闭环控制。现场总线控制模块主要结合了仪表控制模块中的分布式控制模块和可编程控制模块。数字控制模块的应用无疑更可靠，更实用。此外，基于数字控制机制，很好地避免了以往單点、单变量的运行模式，转而支持多点、多变量的数字形式，具有更强的数字化、智能化特征。

3数字化系统概述

数字仪表控制系统很好地体现了“信息集中分散控制”的理念。包括计算机技术的深入发展，越来越多的供应商逐渐开发出各种扩展接口的IO模块。这种系统模块可以实现与各种传感装置、电气装置和开关柜的可靠连接，实现基本的管理和控制应用。此外，它还可以实时诊断和分析系统运行情况。

如果在系统应用软件中引入智能控制分析和人工智能技术，基于优化过程控制，可以提高系统运行可靠性和控制能力，使系统更具开放性、可操作性和互操作性。势必会使目前的数字系统建设更加全面。大多数情况下，往往可以进行单个控制回路和功能控制，但对于复杂的、多部件的设备部件，仍然无法实现全面的系统控制。此外，结合实际应用时频繁单回路输入输出的运行机制，成功案例不多，参考颌不强。因此，一些用户试图通过集成上述仪表和控制设备的一些设计理念，引入完善的可编程控制技术和现场总线进行交互。对于核电站旧的仪表和控制系统，可以直接使用现有的电缆一次测量模块和执行单元，只对监控部分和控制单元进行升级和优化，采用尖端的输入输出模块和可编程控制设备。根据现场总体情况，采用以太网、现场总线和远程智能输入输出设备代替传统的控制柜和辅助继电器柜。不仅避免了传统设备老化和配件不足的问题，而且大大提高了设备的运行质量和使用寿命。

4核电站仪控数字化改造策略

4.1配件与老化问题

无论是实施分布式控制模块和可编程控制模块的数字化改造方案，还是实施现场总线控制模块和可编程控制模块的数字化改造方案，都可以实现较好的数字化改造。但相比这两种数字化方案，后者在处理设备老化问题上无疑更有优势。主要依靠现场各种微机数字设备，而不是以控制器为关键模块，可以进一步减少控制器配件的储备。此外，这种方式的互操作性和功能性更强，可以完成互联设备和各种模块之间的高度数据交互，同时不同设备供应商之间的设备也可以实现更好的数字交互，这无疑为设备带来了更多的可选空间。不仅如此，该方案还包含了现场智能设备的自动诊断和控制功能，对设备老化控制的发展具有一定的积极意义。

4.2数字模块的运行质量

通过对核电站仪控模块运行工况的分析，不难发现数字化运行模式可以大大提高整个模块的运行质量。在技术上，分布式控制模块和现场总线控制模块可以满足核电站的控制需求。而且分布式控制模块的应用已经非常成熟，应用起来更加方便流畅。现场总线控制模块具有智能化、数字化等特点。与传统的模块控制形式相比，智能化和数字化程度大大提高，模块的运行质量得到了更好的保证。

4.3模块可靠性研究

与集散控制模块和现场总线控制模块相比，后者能更好地预测可能出现的运行问题，大大降低系统发生故障的可能性，具有非常强的预测能力，能有效保障系统的长期稳定运行。借助智能设备的自诊断和总线技术，可以持续监督已有的领先知识，分析即将发生的故障。现场总线控制模块还可以进行更好的状态监控，及时发现问题，立即排除故障。

4.4改造工作的组织和管理

核电站仪表的全数字化改造需要多个部门的配合，会形成极其复杂的接口。因此，在重建过程中，我们必须面对和处理问题，明确设定工作边界和责任规划，然后确保重建的顺利有效进行。在各仪控系统升级改造的推进阶段，核电厂应加强过程的组织管理，围绕主体和工作内容将改造任务划分为不同的部分，然后分阶段实施，每个阶段应设置一个责任方，责任方主要接受其他部门提供的服务。

结束语

核电站仪控逻辑结构非常复杂，核设施独特的安全技术规范，因此规划工作的严谨性直接影响到仪控全数字化改造项目的实施。因此，在实践中，相关人员要以最严谨认真的态度，不断完善改造项目的前期策划工作，只有经过认真的分析论证，才能进入实施阶段，才能取得良好的效果。与核电站仪控系统的传统控制形式相比，数字化运行方案显著提高了其运行效率和质量。此外，数字化运营方案还可以有效避免设备配件短缺、技术升级等带来的各种问题。数字化发展已经是未来电力系统发展的主要方向之一，相关单位应重视内部数字化改造进程的推进。

参考文献：

[1]谷鹏飞，刘子寅，席望，等.核安全级数字化仪控系统软件安全性分析研究[J].仪器仪表用户，2019，26（06）：76-78.

[2]杨婷，贾岚，冀建平.一种评价核电站停堆系统的可靠性指标计算方法[J].电脑知识与技术，2019，15（10）：196-197.