摘要：核電發(fā)展經(jīng)歷了第一代、第二代、第三代核機(jī)組，第四代核電機(jī)組正在研發(fā)階段，其商業(yè)化應(yīng)用預(yù)計(jì)在2030年左右。作為其運(yùn)行操作和監(jiān)控的中樞神經(jīng)——核電站儀表和控制系統(tǒng)，也經(jīng)歷了模擬量組合單元儀表為主的二代控制系統(tǒng)、模擬加數(shù)字二代半（加）儀控系統(tǒng)、三代全數(shù)字化儀控系統(tǒng)，核電站運(yùn)行的安全性、可靠性、可用性以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)法規(guī)及國(guó)家核安全法規(guī)已明確規(guī)定新一代核電站采用數(shù)字化儀控技術(shù)。我國(guó)核電站用高端核級(jí)儀表和控制系統(tǒng)等絕大部分使用進(jìn)口產(chǎn)品，受?chē)?guó)外幾大廠(chǎng)商壟斷限制。為打破壟斷，我國(guó)科研院所和企業(yè)界加大了研發(fā)投入力度，在引進(jìn)核電最新AP1000機(jī)組過(guò)程中加大消化吸收創(chuàng)新力度，儀控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化率和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面取得了顯著進(jìn)展，已形成CAP1400自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，CAP1700正在預(yù)研。儀控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化率的提高必將促進(jìn)核電事業(yè)的大發(fā)展。
　　關(guān)鍵詞：全數(shù)字，核電，儀控系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)化，第三代，AP1000
　　
　　一、核電機(jī)組發(fā)展歷程
　　核電站的開(kāi)發(fā)與建設(shè)始于上世紀(jì)50年代。1954年，前蘇聯(lián)建成電功率為五千千瓦的實(shí)驗(yàn)性核電站；1957年，美國(guó)建成電功率為九萬(wàn)千瓦的希平港原型核電站;這些成就證明了利用核能發(fā)電的技術(shù)可行性。國(guó)際上把上述實(shí)驗(yàn)性和原型核電機(jī)組稱(chēng)為第一代核電機(jī)組。
　　上世紀(jì)60年代后期，在試驗(yàn)性和原型核電機(jī)組基礎(chǔ)上，陸續(xù)建成電功率在30萬(wàn)千瓦以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機(jī)組，進(jìn)一步證明核能發(fā)電技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性:可與火電、水電相競(jìng)爭(zhēng)。上世紀(jì)70年代，因石油漲價(jià)引發(fā)的能源危機(jī)促進(jìn)了核電的發(fā)展，目前世界上商業(yè)運(yùn)行的四百多座核電機(jī)組絕大部分是在這段時(shí)期建成的，稱(chēng)為第二代核電機(jī)組。
　　1979年和1986年分別發(fā)生在三里島和切爾諾貝利核電站的嚴(yán)重事故，使核電發(fā)展進(jìn)入低潮，社會(huì)公眾增大了對(duì)核電安全性的顧慮，電業(yè)投資者也放慢了投資步伐。上世紀(jì)80年代，美國(guó)繼續(xù)進(jìn)行發(fā)展核電事業(yè)的可行性研究。美國(guó)能源部和電力研究院的研究結(jié)果認(rèn)為：以已有的核電經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平為基礎(chǔ)，美國(guó)能夠設(shè)計(jì)出新一代核電機(jī)組，其安全性能為社會(huì)公眾和電力投資者所認(rèn)可，其經(jīng)濟(jì)性具備參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力。進(jìn)而美國(guó)電力研究院于90年代出臺(tái)了“先進(jìn)輕水堆用戶(hù)要求”文件，即URD文件（UtilityReguirementsDocument），用一系列定量指標(biāo)來(lái)規(guī)范核電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。歐洲出臺(tái)的“歐洲用戶(hù)對(duì)輕水堆核電站的要求”，即EUR（EuropeanUtilityRequirements）文件，也表達(dá)了與URD文件相同或相似的看法。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)也對(duì)其推薦的核安全法規(guī)（NUSS系列）進(jìn)行了修訂補(bǔ)充，進(jìn)一步明確了防范與緩解嚴(yán)重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。國(guó)際上通常把滿(mǎn)足URD文件或EUR文件的核電機(jī)組稱(chēng)為第三代核電機(jī)組。
　　與此同時(shí)，為了從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的核能的可持續(xù)性發(fā)展著想，以美國(guó)為首一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)聯(lián)合起來(lái)組成“第四代國(guó)際核能論壇”（Generation4InternationalNuclearEnergyForum,簡(jiǎn)稱(chēng)GIF），進(jìn)行第四代核能利用系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。第四代是指安全性和經(jīng)濟(jì)性都更加優(yōu)越，廢物量極少，無(wú)需廠(chǎng)外應(yīng)急，并具有防核擴(kuò)散能力的核能利用系統(tǒng)，它的商用化估計(jì)要到2030年左右方能實(shí)現(xiàn)。
　　二、全數(shù)字化儀控系統(tǒng)是第三代核電機(jī)組的一個(gè)重要特點(diǎn)
　　核電站儀表和控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)儀控系統(tǒng))包括保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全停堆系統(tǒng)以及保障系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)所需的儀表和控制設(shè)備。儀控系統(tǒng)是核電站運(yùn)行操作與監(jiān)控的中樞神經(jīng)，是確保核電站安全可靠運(yùn)行的重要裝備，機(jī)組的安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已經(jīng)在很大程度上取決于儀控系統(tǒng)的性能水平。目前，核電站的儀控系統(tǒng)可以分為三種類(lèi)型。
　　第一種是所謂的二代儀控技術(shù)，是以模擬量組合單元儀表為主的控制系統(tǒng)。如秦山一期核電站主控制系統(tǒng)所使用的FOXBORO公司的SPEC200組裝儀表、大亞灣核電站主控制系統(tǒng)采用的Baily9020系統(tǒng)，這些模擬量?jī)x表采用小規(guī)模集成電路和運(yùn)算放大器，邏輯量?jī)x表則采用常規(guī)繼電器等硬邏輯電路來(lái)控制。
　　第二種是所謂的二代加或二代半儀控技術(shù)，即模擬加數(shù)字的儀控技術(shù)。我國(guó)目前在建的核電站大多是二代半的技術(shù)，如嶺澳核電站、秦山二期翻板核電站等，這些項(xiàng)目都采用常規(guī)儀表加分散控制系統(tǒng)（DCS）的方式，結(jié)合了冗余技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自診斷技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等先進(jìn)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，提高了系統(tǒng)的可用性。
　　第三種就是在第三代核電站里使用的全數(shù)字化技術(shù)，就是現(xiàn)在A(yíng)P1000和EPR使用的全數(shù)字化儀控技術(shù)。第三代核電機(jī)組的設(shè)計(jì)原則，是在采用第二代核電機(jī)組已積累的技術(shù)儲(chǔ)備和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)其不足之處，進(jìn)一步采用經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證是可行的新技術(shù)，以顯著改善其安全性和經(jīng)濟(jì)性，滿(mǎn)足URD文件或EUR文件和IAEA法規(guī)第二版的要求。在國(guó)際上，目前已比較成熟的第三代核電壓水堆有AP-1000、ERP和System80+三個(gè)型號(hào)，System80+雖已經(jīng)美國(guó)NRC批準(zhǔn)，但美國(guó)已放棄不用。國(guó)外近年來(lái)新建成投產(chǎn)的核電機(jī)組，如法國(guó)的N4、英國(guó)的Sizewell、捷克的Temelin、日本的ABWR均采用了數(shù)字化儀控系統(tǒng)。早期核動(dòng)力廠(chǎng)的儀表和控制系統(tǒng)設(shè)備所采用的技術(shù)存在可靠性問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)的典型故障模式有：繼電器觸點(diǎn)氧化，導(dǎo)線(xiàn)和終端絕緣性能差。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，儀表和控制系統(tǒng)的故障率相當(dāng)高。如果不在維修方面作出巨大努力，這類(lèi)儀表和控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)安全造成嚴(yán)重影響。與模擬控制技術(shù)相比，數(shù)字化控制技術(shù)具有明顯的先進(jìn)性及優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用將有利于改善核電廠(chǎng)的安全狀況及穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低設(shè)備的維修成本。經(jīng)驗(yàn)證明，采用數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)可顯著提高可靠性，改善人因工程，避免誤操作，核電站儀控系統(tǒng)采用數(shù)字化技術(shù)是核電儀控技術(shù)發(fā)展的必然。為了提高核電站運(yùn)行的安全性、可靠性、可用性以及經(jīng)濟(jì)性，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)法規(guī)及國(guó)家核安全法規(guī)已經(jīng)明確規(guī)定新一代核電站采用數(shù)字化儀控技術(shù)。世界各國(guó)核電設(shè)計(jì)和機(jī)組供應(yīng)商提出的第三代核電機(jī)組無(wú)一例外地均采用整體數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)，并且進(jìn)一步向智能化方向發(fā)展。我國(guó)10MW高溫氣冷試驗(yàn)堆和田灣核電站均已采用整體數(shù)字化控制系統(tǒng)，已經(jīng)投運(yùn)的田灣核電站使用了西門(mén)子的成套數(shù)字化系統(tǒng)，自動(dòng)化程度達(dá)到94%。而國(guó)內(nèi)在役的采用模擬或模擬加數(shù)字的儀控技術(shù)核電站，也將面臨儀控系統(tǒng)的數(shù)字化改造問(wèn)題。

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