服务中国核电 致力自主技术

服务中国核电致力自主技术 一 中国核电事业发展 上海自动化仪表股份有限公司 党的十六大以来的五年, 也是实施新一轮电力体制改革的五年, 中国电力建设的发展贯彻了 优化发展火电, 有序发展水电, 积极发展核电和大力发展可再生能源发电 的方针, 加快了水电 核电等清洁能源发电的建设步伐 发展核电是国家能源战略发展的重要一步, 能源短缺越来越成为我国经济发展的瓶颈, 而水电和火电的发展又受到了资源和环境的制约, 因此目前最有效的手段就是大力的发展核电 截至 2006 年年底, 全国核电装机容量为 685 万千瓦,2007 年 5 月 14 日, 田湾核电站 2 号机组首次并网成功, 至此, 我国核电装机容量达到 791 万千瓦 尽管目前我国核电装机容量不多, 仅占全国装机容量 6.22 亿千瓦的 1.2% 左右, 但是前期这些核电站的建成投产为我国今后核电的加速发展打下了良好基础 中国的核电事业正处在一个即将腾飞的时期, 从 1984 年秦山一期 30 万千瓦核电站的开工建设到如今第三代全数字化百万千瓦级大型压水堆核电站的引进, 中国的核电事业迎来了一个崭新的时期 我国确立了 积极发展核电 的方针, 由 适当发展 变为 积极发展, 这对今后核电的发展至关重要 国务院通过的 核电中长期发展规划 (2005-2020 年 ) 中明确, 到 2020 年我国核电运行装机容量将达到 4000 万千瓦, 在建核电容量达到 1800 万千瓦, 核电的装机容量占全国总装机容量将从目前的 1% 提升到 4% 二 核电技术的发展从 1954 年前苏联建成世界上第一座试验核电站 1957 年美国建成世界上第一座商用核电站开始, 核电产业已经过了几十年的发展, 核电技术到现在也已经发展到了第三代 一般来讲, 第一代核电是指从当年的军用堆转为和平利用原子能, 所开发的第一代的军用堆转过来的核利用堆称为第一代 ; 第二代核电是指专门针对民用核发电而设计的核电站, 现在世界上多数的核电站都可以说是第二代 ; 第三代核电的概念是为了提高核电的安全性, 各国的科学家一直在不断研发新的堆型, 目的就是如何更加提高核电站的安全性, 能够做到非能动的安全保障 1

等等, 他们采取了很多的措施来设计新一代的反应堆, 现在我们所谓的第三代核电技术如美国西屋的 AP1000 或者法国阿海珐的 EPR, 他们堆型的理念和堆型的变化概念将会进一步降低量堆, 这样比较安全, 所以, 人们把新设计的堆型叫做第三代 ; 我国清华正在研究的高温气冷堆技术属于 本质安全型, 也有人把这称之为第四代核电技术 三 核电站仪控系统核电站仪表和控制系统 ( 简称仪控系统 ) 是核电站运行操作与监控的中枢神经, 是确保核电站安全可靠运行的重要装备, 机组的安全可靠 经济运行已经在很大程度上取决于仪控系统的性能水平 目前, 核电站的仪控系统可以分为三种类型, 一种是所谓的二代仪控技术, 是以模拟量组合单元仪表为主的控制系统, 如秦山一期核电站主控制系统所使用的 FOXBORO 公司的 SPEC200 组装仪表 大亚湾核电站主控制系统采用的 Baily9020 系统, 这些模拟量仪表采用小规模集成电路和运算放大器, 逻辑量仪表则采用常规继电器等硬逻辑电路来控制 ; 第二种是所谓的二代加或二代半仪控技术, 既模拟加数字的仪控技术, 我国目前在建的核电站大多是二代半的技术, 如岭澳核电站 秦山二期翻板核电站等, 这些项目都采用常规仪表加分散控制系统 (DCS) 的方式, 结合了冗余技术 网络通信技术 自诊断技术 容错技术 数据库技术等先进的数字化网络化技术, 提高了系统的可用性 ; 第三种就是在第三代核电站里使用的全数字化技术, 就是现在 AP1000 和 EPR 使用的全数字化仪控技术, 已经投运的田湾核电站使用了西门子的成套数字化系统, 自动化程度达到 94% 核电站仪控系统采用数字化技术是核电仪控技术发展的必然 与模拟控制技术相比, 数字化控制技术具有明显的先进性及优势, 而模拟控制技术是落后的技术 数字化技术的应用将有利于改善核电厂的安全状况及稳定运行水平, 降低设备的维修成本 因此, 为了提高核电站运行的安全性 可靠性 可用性以及经济性, 国际原子能机构法规及国家核安全法规已经明确规定新一代核电站采用数字化仪控技术 而国内在役的采用模拟或模拟加数字的仪控技术核电站, 也将面临仪控系统的数字化改造问题 2

目前我国核电站用的高端核级仪表和控制系统等绝大部分使用进口产品 在即将建设的第三代核电站中, 在数字化控制系统方面, 法国的 EPR 使用的是西门子公司的 TXP 和 TXS( 安全保护 ) 系统, 美国的西屋公司采用的是爱默生公司的 OVATION 和 ABB 公司的 COMMON Q(AC160), 国内尚无厂家和产品能够替代 ; 在仪表方面, 也大量采用的国外公司的产品, 如 ROSEMOUNT1154 3151 等变送器 美国 MASONELAN 调节阀 英国 ROTOK1400 电动执行机构等, 国内厂家只有很少的仪表能够选用, 而且大都集中在常规岛和公用系统 四 自仪股份简介上海自动化仪表股份有限公司 ( 以下简称自仪股份 ), 主要生产自动化仪表及控制系统, 是国内唯一一家即有仪表又有系统的自动化装备制造企业 自仪股份的主要产品几乎包涵了自动化领域的全部品种, 从传感器 现场检测 变送仪表到记录 显示仪表 ; 从调节器到分散型控制系统, 从电动执行机构到调节阀共有 20 个大类,3000 多品种, 二十万个以上规格 自仪股份目前主要的控制系统产品是从美国技术引进的 maxdna 分散控制系统和自主开发的 SUPMAX800 分散控制系统 从上世纪九十年代初开始, 自仪股份在国家的支持下从美国引进了分散控制系统技术, 在消化吸收的基础上, 从九十年代中期开始, 自仪股份开始自行研发分散控制系统产品, 并相继推出了 SUPMAX500 SUPMAX800 等系列控制系统, 在火电 化工 冶金 轨道交通等领域得到广泛的应用, 并且已经进入核电领域, 在秦山 C2 等项目中得到应用 自仪股份仪表种类规格众多, 在核电方面, 有多种仪表已经通过核级认证, 如 1E 级变送器 1E 级记录仪 1E 级小惯性铂电阻等温度仪表 核级物位仪表 核电站用压力表和控制器 核级电动执行机构 核级调节阀 核级仪表贯穿件 K1K3 类仪表箱柜 主控制盘台等, 并已在商业堆和实验堆得到广泛应用 五 自仪股份努力为中国的核电发展服务作为国有控股上市公司, 自仪股份积极参与国家的核电建设, 为中国的核电事业服务 自上世纪 70 年代我国核电事业处于起步阶段时, 自仪股份就涉足了核电仪表和设备的制造, 并开始进入中国核电领域, 长期以来一直是我国核电 3

仪表和控制系统的主要基地, 公司生产的上万台核电仪表和近百套各类系统装置广泛应用于秦山一期 秦山二期 秦山三期 广东大亚湾 广东岭澳 巴基斯坦恰希玛 田湾核电站 清华大学高温气冷堆 中国实验快堆 中国先进研究堆及 NP 等工程项目 从国家 八五 计划开始, 自仪股份就承接完成了核电站用控制盘 核电站用信号报警装置 核电站温度检测仪表等 12 项 国家重大科技装备科研攻关项目 和 上海市核电科研攻关项目 九五 期间, 上海自仪股份又先后完成了大型核电站 DCS 控制系统的开发应用 大型核电站逻辑系统 1E 级继电装置等 21 项 国家重大科技装备科研攻关项目 和 上海市核电科研攻关项目 在此基础上, 上海自仪股份积极提升仪表和控制系统总成的能力, 并在诸多项目中取得业绩和实践经验 目前, 上海自仪股份已逐步具有了与 G E 西门子公司相同的产品链, 并已具备了提供仪控解决方案的能力 自 2004 年国家开始引进第三代大型压水堆百万千瓦级核电站以来, 自仪股份一直积极参与其中 2005 年开始, 自仪股份作为指定用户, 就按照国家核电技术公司 ( 筹 ) 的要求, 派出三名工程师直接参与同外方的技术谈判, 一直延续到今年完成了仪控系统技术转让合同的签字 随着第三代核电技术引进工作的深入, 自仪股份在国家发展改革委 上海市和国家核电技术公司的积极支持下, 正全面开展第三代核电仪表和控制系统的自主化工作, 为第三代核电仪控产品的制造做准备 自仪股份不但有 30 年的核电仪控经验和理念, 还以国内企业首家得到了 600MW 超临界机组的数字化控制系统的供货合同, 并成功投入运行 目前, 上海自仪股份与上海交大 上海核工程研究设计院合作, 开发核电数字化控制系统, 目前已获得阶段性成果 上海自仪股份的数字化控制系统已经在秦山一期改造中得到应用, 并已获得了 C2 核电项目中 5 个数字化系统应用合同 上海自仪股份正积极努力在第三代核电机组的建设中掌握应用技术, 逐步从以国外为主转变为以我为主, 并在将来的第五台机组建设中, 推出自主化的数字化控制系统软件和硬件平台 核电站的仪表较之常规仪表有很大的不同 核电站要在任何可能的外部条件突变和外部侵袭发生时, 以及任何内部故障发生时, 都要保证安全, 仪表都要 4

能保证工作 这就要求核电站的仪表在应用前都要通过一系列的实验验证 特别是安装在反应堆内或者与反应堆密切相关的仪表, 必须耐受八级以上的地震考验, 并且必须耐受在反应堆故障时的高温高压含酸水的喷淋 同时核电仪表还要具有长期的抗辐照能力, 最高达六十年的使用寿命 根据仪表安装位置的不同, 核电站用仪表要通过不同程度的鉴定试验 在 30 年的努力下, 自仪股份的核电仪表产品已经可以覆盖核电站 50% 的应用, 通过第三代核电的技术引进, 上海自仪股份决心进一步提高产品覆盖面, 在将来的第五台机组建设时达到 90% 以上的仪表自主化率 第三代核电仪控技术的标志就是全数字化 全数字化不仅是控制系统的数字化, 而且各类仪表也要数字化, 仪表之间和仪表与控制系统之间的连接也将被现场总线技术所替代 自仪股份在现场总线技术的研究上已经进行了十年时间 开发出了各类现场总线仪表和支持现场总线的系统, 并在火电 化工等领域投入使用, 一旦这些仪表通过相关验证而应用于核电厂, 将是智能化仪表和现场总线技术的重大突破 核级仪控的数字化应用的前提之一, 还要对核级仪控产品中的软件进行安全认证, 即通常所说的 V&V 认证 目前, 国内还没有建立相应的认证程序, 第三代核电仪控技术引进的重要部分就是 V&V 认证技术 自仪股份已经先期与清华大学 上海交大等单位合作, 开展了 V&V 认证技术的研究 通过对核级智能化仪表的研发项目, 形成 V&V 认证方法和认证程序, 供有关部门参考以建立第三方的认证机构, 填补国内空白 六 结束语核电仪控技术的提升, 其作用并不仅仅局限在核电领域 自仪股份近年来在火电 轨道交通等领域的发展, 也得益于在核电领域的技术能级的提升和质量保证能力的提高 自仪股份决心完成国家交给的任务, 并通过核电第三代数字技术的引进和自主化, 将控制系统的水平 智能化仪表的水平, 以及仪表和控制系统的总成能力, 提升到国际先进的高度, 进而为提高我国流程控制的自动化水平, 为国家装备制造业的发展做出贡献 5