【摘 要】本文主要描述在中國實驗快堆核島廠房通風控制系統(tǒng)中，采用兩套冗余的系列隨著我國國民經濟的持續(xù)快速發(fā)展，對我國能源行業(yè)提出了非常緊迫的要求。目前，從保證我國的能源安全、優(yōu)化能源結構、支持國民經濟可持續(xù)發(fā)展等多方面迫切需要出發(fā)，我國已制訂立足于火電，大力發(fā)展水電，適度開發(fā)新型能源的政策，如核電和風力發(fā)電等。我國核電的建設正從試驗性、補償性調整為向戰(zhàn)略性和進取性的發(fā)展。這對于我國的核電事業(yè)是一個*的發(fā)展機會，而核電站閥門的巨大需求則給國內外閥門生產廠商帶來了廣闊的市場前景。

     2 核電行業(yè)的發(fā)展前景

     2.1 上核電發(fā)展現(xiàn)狀

    在世界范圍內，核電已經是成熟的技術。截止2002年底統(tǒng)計，*運行中的核電機組有441個，總裝機容量3.5~3.6億kW，約占供電量的16.1%。有17個國家核電占其本國總發(fā)電量1/4以上，如法國為77%，韓國38%，日本36%，英國28%，美國也達到了20%。但由于受美國三哩島核事故和前蘇聯(lián)切爾諾貝利災難性核事故的影響，使核電建設在其安全性方面產生了理論上的爭論，并對其建設速度和規(guī)模帶來了一定的影響。例如，1970年， 核發(fā)電量在發(fā)電總量中僅占2%。到了1988年，這個份額急劇增長到16%。而這兩次事故后，到2002年，核電的發(fā)展一直停留在這個水平上。

    2.2 我國核電發(fā)展現(xiàn)狀

    自從1985年我國自行設計開發(fā)建造秦山一期300MW壓水堆以來，先后通過自行設計開發(fā)、引進等多種方式建造了秦山一期、大亞灣、秦山二期、秦山三期、嶺澳和田灣等6座核電站，總裝機容量達到870萬kW （表1）。

    2002年，秦山二期1號機組2月并網(wǎng)發(fā)電，廣東嶺澳核電站1號機組5月投入商業(yè)運行，秦山三期（重水堆）核電站1號機組也成功并網(wǎng)發(fā)電。在“九五"期間，我國開工建設的核電機組就有8套。預計這8套機組全部建成后，我國的核電裝機容量將達到900萬kW，約占全國總發(fā)電能力的2%，并形成浙江秦山、廣東大亞灣、江蘇田灣三大核電基地。

表1 我國現(xiàn)有核電站統(tǒng)計  

核電廠 堆型 / 容量 建設時間/年.月 投入運行時間/年.月

秦山一期 自主開發(fā)壓水堆 /300 MW 1985.03 1991.12

大亞灣 法馬通壓水堆 /2×900 MW 1987.08 1994.01 和 1994.06

秦山二期 自主開發(fā)壓水堆 /2×642 MW 1996.06 2002.02 和 2004.06

秦山三期 加拿大 CANDU6 重水堆 /2×728 MW 1998.06 2002.11 和 2003.07

嶺澳 法馬通壓水堆 /2×984 MW 1997.05 2002.05 和 2003.03

田灣 俄羅斯 VVER-1000 壓水堆 /2×1060 MW 1999.10 2004~2005

合計 運行210萬kW ，在建660萬kW 。總計870萬kW

    另外還計劃籌建下列4座核電站： （1）秦山核電一期：可擴建一至兩臺30萬kW 機組的核電站； （2）秦山核電二期：預留3、4號機組廠址已完成“四通一平"工作； （3）三門核電：規(guī)劃建設6臺百萬kW 級核電機組，目前，正積極爭取一期工程兩臺百萬kW 級新項目。 （4）田灣核電站：廠址規(guī)模按4臺百萬kW 級核電機組規(guī)劃，并留有再建2到4臺的余地。 由于核電站具有前期建設投資高的特點，作為發(fā)展中國家，發(fā)展核電站的主要困難在于技術儲備不足，特別是缺少建設資金。為了解決資金不足問題，我國核電站建設采取了多元化融資，結果造成核工業(yè)企業(yè)負債率過高，出現(xiàn)了多種核電站技術并存的局面。廣東大亞灣兩套機組采用法國技術和設備，秦山三期引進加拿大重水堆機組，江蘇連云港田灣核電站用的是俄羅斯VVER堆，就是這一特點的表現(xiàn)。從規(guī)模上看，我國發(fā)電裝機容量已達3.56億kW，居*2位。其中核電機組裝機容量僅占0.7%，核能在一次能源消費中僅占0.4%，遠低于世界16.1%的平均水平。目前核能在我國能源結構中仍滯留在試驗性、補償性的地位，核電在總發(fā)電量中所占比重仍不過0.7%，在一次能源中所占比重則更是微不足道。從速度上看，我國20年建造了6座核電站，而法國在1979年1980年之間就投資開工了7座百萬kW 級核電站。

    3 核電閥門市場前景與分析

    3.1 市場需求

    一座有2套百萬kW級核電機組的核電站需各類閥門3萬臺，其中核島（NI）用閥門1.3萬臺，常規(guī)島（CI）用閥門1.3萬臺， 電站輔助設施（BOP）用閥門0.35萬臺（表2、表3、表4）。按每年有250萬kW核電機組開工計算，則每年核電閥門的需求在3.75萬臺。

    3.2 購置費用

表2 典型兩套百萬 kW 級機組規(guī)模壓水堆電站的閥門用電量

序號 壓水堆核電站組成 閥門配置比例 數(shù)量（萬臺）

1 核島（NI ） 43.5% 1.3

2 常規(guī)島（CI ） 45% 1.35

3 電站輔助設施（BOP ） 11.5% 0.35合計 3表3 核島（CI ）的閥門配置情況

序號 閥門類型 閥門配置比例 數(shù)量 （ 臺 ）

1 截止閥 33.6% 4368

2 隔膜閥 26.2% 3406

3 球閥 12.8% 1664

4 止回閥 7.2% 936

5 蝶閥 5.7% 741

6 閘閥 5.05 650

7 調節(jié)控制閥 3.5% 455

8 安全閥 2.5% 325

9 疏水閥 0.3% 39

10 減壓閥 0.2% 26

11 其他閥門 3% 390

【關鍵詞】冗余 雙服務器 數(shù)據(jù)同步 腳本 優(yōu)先級概述
1. 公司背景介紹
中國四聯(lián)儀器儀表集團有限公司以重慶川儀為核心組建，是一個集科研、生產制造、銷售、進出口貿易、投資為一體的國家計劃單列的大型企業(yè)集團。也是55家國家試點集團之一，現(xiàn)為國內規(guī)模大、產品門類全、系統(tǒng)集成能力強的綜合性自動化儀表制造企業(yè)，榮獲中國電子信息 100 強、中國機械工業(yè)100 強、中國電氣工業(yè) 100 強、重慶工業(yè) 50 強。公司主要生產和經營工業(yè)自動化控制系統(tǒng)及儀表、控制軟件、分析儀器及成套系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、電氣自動化系統(tǒng)、電子及儀表元器件、IT集成電路、功能材料、工藝工裝設備、汽車/摩托車零部件及汽車、光學儀器、環(huán)境試驗備、電腦加油機等十幾個大類產品，是經重慶市科學技術委員會認定的企業(yè)。公司堅持“川儀在用戶身邊，用戶在川儀心中”的服務宗旨。依托遍布全國各主要城市的40多個經營網(wǎng)點，以*產品竭誠為廣大用戶提供服務。“十五”期間，公司緊緊抓住宏觀經濟增長和西部大開發(fā)
機遇，加快結構調整和產業(yè)升級，技術創(chuàng)新成效顯著，營銷體系更加健全，經營機制日趨靈活，管理水平不斷提高，公司經營規(guī)模穩(wěn)居行業(yè)，企業(yè)綜合實力進一步增強。面向“十一五”，公司將以*儀器儀表研發(fā)與制造基地建設為契機，重點推進以新一代自動化控制系統(tǒng)及智能現(xiàn)場儀表、工程應用軟件、系統(tǒng)集成為主體的研發(fā)及產業(yè)化，繼續(xù)大力發(fā)展的科學儀器、微電子
器件、電子功能材料和具有競爭規(guī)模的汽車/摩托車零部件，在不斷鞏固和擴大電力、冶金、石化等傳統(tǒng)市場領域的同時，著力培育核電、城市軌道交通、汽車電子、生物醫(yī)療及環(huán)保分析儀器、運動控制設備及裝置等新的市場領域，努力把公司建成體制完備、運轉、技術、管理科學、文化、效益良好，具有競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力的企業(yè)集團。
2. 項目背景介紹
中國原子能科學研究院創(chuàng)建于1950 年，是我國核科學技術的發(fā)祥地和先導性、基礎性、前瞻性的綜合研究基地。中國實驗快堆工程是由國家科技部、國防科工委及核工業(yè)集團公司出資興建，中國原子能科學研究院負責設計、建造和日后的運行。中國實驗快堆以鈉為冷卻劑，熱功率6.5萬千瓦，凈電功率2萬千瓦。采用一回路池式結構和鈉 —— 鈉 ——水三回路傳熱系統(tǒng)，并設立非能動事故余熱排除系統(tǒng)。工程建筑面積達 4.4萬平方米。中國實驗快堆是由快中子引起原子核裂變鏈式反應的反應
堆。它是解決未來后續(xù)能源供應可供選擇的堆型。“快堆的一個重要特點是，在消耗核燃料的同時，又產生多于消耗的核燃料，實現(xiàn)核燃料的增殖，所以又稱快中子增殖
反應堆。”
在天然鈾中占 99％ 以上的鈾 —— 238 不能被充分利用，因此壓水堆的進一步發(fā)展將受到鈾資源的限制。發(fā)展快堆可將鈾資源的利用率從單一發(fā)展壓水堆的約 1％ 提高到60％ 至 70％?？於央娬驹诎l(fā)電的同時可將鈾——238轉化成可裂變燃料钚 ——239，钚 —— 239又可為新的快堆核電站供初裝料。這樣周而復始，形成核燃料閉式循環(huán)體系，就能夠使核能大規(guī)模持續(xù)發(fā)展，免除燃料短缺的后顧之憂。
工藝描述
1. 基本功能
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檢測與控制功能總要求
根據(jù)項目工藝過程要求，所有檢測參數(shù)都送通風控制室的計算機系統(tǒng)進行集中顯示、報警、控制、報表打印、數(shù)據(jù)記錄及趨勢曲線顯示，其中 PTL40、PTL70、PTL76、PUV01、PUV03等五個系統(tǒng)可以同時在主控制室顯示和報警。在主控制室對以上五個系統(tǒng)進行控制，優(yōu)先權高。多點控制時優(yōu)先權從高到底的排列是主控制室、通風控制室。消防控制系統(tǒng)所控制的防火閥的狀態(tài)也在通風控制室的計算機上顯示。
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夏季、冬季溫度調節(jié)功能夏季時控制系統(tǒng)通過調節(jié)冷水閥門，將房間的溫度控制在合適的范圍內；冬季時控制系統(tǒng)通過調節(jié)熱水閥門，將房間溫度控制在適當?shù)姆秶鷥取Ｏ募径緶囟瓤刂频霓D換為手動轉換。溫度設定值可以在線設定。只在冬季對房間溫度進行調節(jié)，夏季不調節(jié)溫度。溫度設定值可以在線設定。
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濕度控制功能在冬季里，當房間內濕度不滿足要求時，通過啟動/停止加濕泵的方法將房間內的濕度控制在一定的范圍內。
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閥門的控制與連鎖功能所有被控閥門均為電動閥門。在通風控制室、主控制室的計算機可監(jiān)視閥門狀態(tài)，并對閥門進行遠距離控制。所有閥門根據(jù)工藝條件的要求實現(xiàn)連鎖功能。
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風機的控制與連鎖功能所有風機均有手動和遠程控制兩種控制方式，手動方式在電工種配電間進行，遠程控制方式在通風控制室實現(xiàn)；部分風機在主控制室也能控制。遠程控制方式可以實現(xiàn)遠程手動和自動控制功能，并且可以與相關閥門實現(xiàn)連鎖功能。在電工種配電間設有遠程和就地控制切換開關，在計算機上可以顯示該開關的狀態(tài)。當運行風機故障時，控制系統(tǒng)將切除故障風機，同時關閉相應的閥門；自動啟動備用風機，同時打開相應的閥門，并給出警告信號。
正常情況時，大功率風機運行。當廠房內斷電時，切除大功率風機，同時關閉相應的閥門；自動啟用小功率風機，同時打開相應的閥門，并給出相應的警告信號。當運行機組的風機故障時，控制系統(tǒng)將切除故障機組，同時關閉相應的閥門；自動啟用備用機組，同時打開相應的閥門，并給出相應的警告信號。
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過濾器自動切換功能具有兩路過濾器的系統(tǒng)，當運行的一路過濾器的壓差報警時，自動切除該路過濾器并關閉相應的閥門，同時投入備用過濾器并打開相應的閥門。
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新風機組自動投入功能當空調機組進風口放射性劑量超標時，代有凈化功能的新風機組將自動投入。
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電加熱器的控制與連鎖功能所有電加熱器都可以在計算機上實現(xiàn)手動和自動控制。運行條件滿足時，電加熱器自動投入或切除。所有電加熱器均為三段控制，當溫度測量值低于設定值時，依次投入*段電加熱器、第二段電加熱器、第三段電加熱器；當溫度測量高于設定值時，按相反順序切除電加熱器。電加熱器后溫度過高和風道無風時，電加熱器自動切除。
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與消防控制系統(tǒng)通信功能該功能應能接受消防控制系統(tǒng)控制的有關信息。
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與主控制室計算機系統(tǒng)通信功能該功能應能將通風控制系統(tǒng)的有關信息送往主控制室計算機信息控制系統(tǒng)。
2. 冗余配置
采用雙冗余服務器熱備方式，主從服務器的數(shù)據(jù)能夠進行熱備份，組態(tài)軟件能夠實現(xiàn)在主服務器出現(xiàn)故障時自動切換到從服務器。網(wǎng)絡采用10M/100M Ethernet TCP/IP冗余工業(yè)以太網(wǎng)配置。PLC 控制器采用雙機熱備冗余配置，在故障時能夠實現(xiàn)主站到后備站的可靠的平穩(wěn)切換。
3. 通信
系統(tǒng)具與消防控制系統(tǒng)的通信能力。系統(tǒng)具與主控制室計算機信息系統(tǒng)通信的功能?？傮w設計中國實驗快堆核島廠房通風控制系統(tǒng)采用分層分布式結
構：系統(tǒng)層和過程控制層。
1. 通風控制系統(tǒng)設計原則
系統(tǒng)采用雙機熱備冗余配置，單個部件故障不影響整個系統(tǒng)功能執(zhí)行；當系統(tǒng)模板出現(xiàn)故障時，保證安全；具有在線自檢功能，實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)。系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時，自動給出報警；所有模板允許帶電更換，雙機熱電系統(tǒng)的模板在故障或更換時自動實現(xiàn)無擾切換；系統(tǒng)的平均*運行時間大于20年，平均故障修復時間小于15min。
2. 通風控制系統(tǒng)系統(tǒng)層的設計
系統(tǒng)層包括：冗余配置的系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡；服務器 2臺；操作員站1臺；打印機1臺；系統(tǒng)軟件和工程軟件。服務器在應用系統(tǒng)建立過程站中是進行系統(tǒng)組態(tài)的平臺，是工程技術人員用于系統(tǒng)生成、安裝、調試、維護的設備。工程師站上配備有功能齊全的工作平臺，完成計算機信息系統(tǒng)功能組態(tài)、數(shù)據(jù)下裝等工作。在運行期間，服務器用于完成在線組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)庫存儲處理、就地監(jiān)測數(shù)據(jù)的人工錄入、通風系統(tǒng)處理過程的運行管理等功能。服務器站及監(jiān)控軟件主要完成以下功能：系統(tǒng)配置；數(shù)據(jù)庫生成；動態(tài)流程畫面生成；控制算法及順序邏輯組態(tài)；報表生成及管理；系統(tǒng)運行管理和數(shù)據(jù)庫下載；實現(xiàn)畫面及流程顯示，實時監(jiān)控管理；實現(xiàn)對通風系統(tǒng)各種工藝流程的操作；實現(xiàn)對部分設備的中控室集中手動；系統(tǒng)運算狀態(tài)監(jiān)視；控制調節(jié)和參數(shù)整定支持，將PLC 組態(tài)的用于調節(jié)系統(tǒng)的所有參數(shù)用畫面開放出來，用來讀取工藝值，整定參數(shù)，PID 輸出趨勢圖顯示等；人機對話管理；報警顯示打??；計算機化的報警處理和操作支持；通風系統(tǒng)運行管理等。
打印機功能：打印數(shù)據(jù)報表、圖形拷貝等。
3. 通風系統(tǒng)過程控制層的設計
過程控制層由連接在系統(tǒng)網(wǎng)絡上的各個I/O控制站組成。按“合理分散”原則，根據(jù)通風系統(tǒng)組成、運行監(jiān)控特點和要求，在過程控制層設置了2個冗余控制站及33個 I/O控制站功能組。I/O控制站用于采集各類過程監(jiān)測儀表的信號，并進行信號處理、實現(xiàn)各種數(shù)值計算、閉環(huán)控制和開環(huán)邏輯控制、開關量與模擬量信號輸出。站中設有系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并實時地通過系統(tǒng)網(wǎng)絡將信息發(fā)送到需要使用的站點上、以及系統(tǒng)層的工程師站和通風系統(tǒng)所需節(jié)點上。
系統(tǒng)實現(xiàn)
根據(jù)中國實驗快堆核島廠房通風控制系統(tǒng)的總體設計，通過硬件、軟件的設置以及編譯下載，使系統(tǒng)實現(xiàn)，達到用戶的功能要求。這里主要闡述冗余控制站設置、服務器冗余、雙服務器和操作員站的操作優(yōu)先級現(xiàn)。

應用總結
中國實驗快堆核島廠房通風控制系統(tǒng)采用全冗余方案：冗余過程控制站、冗余控制網(wǎng)絡、冗余以太網(wǎng)通訊、冗余服務器。在自動化控制系統(tǒng)集成項目中實屬罕見。通過對整個系統(tǒng)工藝的了解、總體設計以及功能實現(xiàn)，對于全冗余的自動化控制系統(tǒng)有了一個比較深刻的認識，拓寬了知識面，提高了技術能力。核島廠房通風控制系統(tǒng)跟其它的系統(tǒng)不一樣，給用戶創(chuàng)造的價值不會體現(xiàn)得那么。它不象一般的民用工程的投入，可以提率、提高精度、代替人工等等。反應堆是一個不可分割的整體，從鈾——238 到钚——239，從裂變燃料到熱源載體——鈉，從反應裝置到三廢處理，每一環(huán)節(jié)都*，它們的共同目的就是實現(xiàn)安全發(fā)電。通風系統(tǒng)在里面發(fā)揮的作用就是，保證作業(yè)人員的身體健康及生產設備的安全，特別是在發(fā)生火災時，減少人員傷亡、防止受災范圍擴大。使用GE Fanuc的CIMPLICITY HMI和系列90-30 PLC全冗余方案，對通風控制系統(tǒng)進行監(jiān)控，使系統(tǒng)具備高可靠性，對整個中國實驗快堆運行的安全作了進一步地鞏固。與本文相關的論文有：閥門在電廠各系統(tǒng)的應用。