【摘 要】本文主要描述在中国实验快堆核岛厂房通风控制系统中，采用两套冗余的系列随着我国国民经济的持续快速发展，对我国能源行业提出了非常紧迫的要求。目前，从保证我国的能源安全、优化能源结构、支持国民经济可持续发展等多方面迫切需要出发，我国已制订立足于火电，大力发展水电，适度开发新型能源的政策，如核电和风力发电等。我国核电的建设正从试验性、补偿性调整为向战略性和进取性的发展。这对于我国的核电事业是一个*的发展机会，而核电站阀门的巨大需求则给国内外阀门生产厂商带来了广阔的市场前景。

     2 核电行业的发展前景

     2.1 上核电发展现状

    在世界范围内，核电已经是成熟的技术。截止2002年底统计，*运行中的核电机组有441个，总装机容量3.5~3.6亿kW，约占供电量的16.1%。有17个国家核电占其本国总发电量1/4以上，如法国为77%，韩国38%，日本36%，英国28%，美国也达到了20%。但由于受美国三哩岛核事故和前苏联切尔诺贝利灾难性核事故的影响，使核电建设在其安全性方面产生了理论上的争论，并对其建设速度和规模带来了一定的影响。例如，1970年， 核发电量在发电总量中仅占2%。到了1988年，这个份额急剧增长到16%。而这两次事故后，到2002年，核电的发展一直停留在这个水平上。

    2.2 我国核电发展现状

    自从1985年我国自行设计开发建造秦山一期300MW压水堆以来，先后通过自行设计开发、引进等多种方式建造了秦山一期、大亚湾、秦山二期、秦山三期、岭澳和田湾等6座核电站，总装机容量达到870万kW （表1）。

    2002年，秦山二期1号机组2月并网发电，广东岭澳核电站1号机组5月投入商业运行，秦山三期（重水堆）核电站1号机组也成功并网发电。在“九五"期间，我国开工建设的核电机组就有8套。预计这8套机组全部建成后，我国的核电装机容量将达到900万kW，约占全国总发电能力的2%，并形成浙江秦山、广东大亚湾、江苏田湾三大核电基地。

表1 我国现有核电站统计  

核电厂 堆型 / 容量 建设时间/年.月 投入运行时间/年.月

秦山一期 自主开发压水堆 /300 MW 1985.03 1991.12

大亚湾 法马通压水堆 /2×900 MW 1987.08 1994.01 和 1994.06

秦山二期 自主开发压水堆 /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

岭澳 法马通压水堆 /2×984 MW 1997.05 2002.05 和 2003.03

田湾 俄罗斯 VVER-1000 压水堆 /2×1060 MW 1999.10 2004~2005

合计 运行210万kW ，在建660万kW 。总计870万kW

    另外还计划筹建下列4座核电站： （1）秦山核电一期：可扩建一至两台30万kW 机组的核电站； （2）秦山核电二期：预留3、4号机组厂址已完成“四通一平"工作； （3）三门核电：规划建设6台百万kW 级核电机组，目前，正积极争取一期工程两台百万kW 级新项目。 （4）田湾核电站：厂址规模按4台百万kW 级核电机组规划，并留有再建2到4台的余地。 由于核电站具有前期建设投资高的特点，作为发展中国家，发展核电站的主要困难在于技术储备不足，特别是缺少建设资金。为了解决资金不足问题，我国核电站建设采取了多元化融资，结果造成核工业企业负债率过高，出现了多种核电站技术并存的局面。广东大亚湾两套机组采用法国技术和设备，秦山三期引进加拿大重水堆机组，江苏连云港田湾核电站用的是俄罗斯VVER堆，就是这一特点的表现。从规模上看，我国发电装机容量已达3.56亿kW，居*2位。其中核电机组装机容量仅占0.7%，核能在一次能源消费中仅占0.4%，远低于世界16.1%的平均水平。目前核能在我国能源结构中仍滞留在试验性、补偿性的地位，核电在总发电量中所占比重仍不过0.7%，在一次能源中所占比重则更是微不足道。从速度上看，我国20年建造了6座核电站，而法国在1979年1980年之间就投资开工了7座百万kW 级核电站。

    3 核电阀门市场前景与分析

    3.1 市场需求

    一座有2套百万kW级核电机组的核电站需各类阀门3万台，其中核岛（NI）用阀门1.3万台，常规岛（CI）用阀门1.3万台， 电站辅助设施（BOP）用阀门0.35万台（表2、表3、表4）。按每年有250万kW核电机组开工计算，则每年核电阀门的需求在3.75万台。

    3.2 购置费用

表2 典型两套百万 kW 级机组规模压水堆电站的阀门用电量

序号 压水堆核电站组成 阀门配置比例 数量（万台）

1 核岛（NI ） 43.5% 1.3

2 常规岛（CI ） 45% 1.35

3 电站辅助设施（BOP ） 11.5% 0.35合计 3表3 核岛（CI ）的阀门配置情况

序号 阀门类型 阀门配置比例 数量 （ 台 ）

1 截止阀 33.6% 4368

2 隔膜阀 26.2% 3406

3 球阀 12.8% 1664

4 止回阀 7.2% 936

5 蝶阀 5.7% 741

6 闸阀 5.05 650

7 调节控制阀 3.5% 455

8 安全阀 2.5% 325

9 疏水阀 0.3% 39

10 91视频看看簧色 0.2% 26

11 其他阀门 3% 390

【关键词】冗余 双服务器 数据同步 脚本 优先级概述
1. 公司背景介绍
中国四联仪器仪表集团有限公司以重庆川仪为核心组建，是一个集科研、生产制造、销售、进出口贸易、投资为一体的国家计划单列的大型企业集团。也是55家国家试点集团之一，现为国内规模大、产品门类全、系统集成能力强的综合性自动化仪表制造企业，荣获中国电子信息 100 强、中国机械工业100 强、中国电气工业 100 强、重庆工业 50 强。公司主要生产和经营工业自动化控制系统及仪表、控制软件、分析仪器及成套系统、楼宇自动化系统、电气自动化系统、电子及仪表元器件、IT集成电路、功能材料、工艺工装设备、汽车/摩托车零部件及汽车、光学仪器、环境试验备、电脑加油机等十几个大类产品，是经重庆市科学技术委员会认定的企业。公司坚持“川仪在用户身边，用户在川仪心中”的服务宗旨。依托遍布全国各主要城市的40多个经营网点，以*产品竭诚为广大用户提供服务。“十五”期间，公司紧紧抓住宏观经济增长和西部大开发
机遇，加快结构调整和产业升级，技术创新成效显著，营销体系更加健全，经营机制日趋灵活，管理水平不断提高，公司经营规模稳居行业，企业综合实力进一步增强。面向“十一五”，公司将以*仪器仪表研发与制造基地建设为契机，重点推进以新一代自动化控制系统及智能现场仪表、工程应用软件、系统集成为主体的研发及产业化，继续大力发展的科学仪器、微电子
器件、电子功能材料和具有竞争规模的汽车/摩托车零部件，在不断巩固和扩大电力、冶金、石化等传统市场领域的同时，着力培育核电、城市轨道交通、汽车电子、生物医疗及环保分析仪器、运动控制设备及装置等新的市场领域，努力把公司建成体制完备、运转、技术、管理科学、文化、效益良好，具有竞争力和可持续发展能力的企业集团。
2. 项目背景介绍
中国原子能科学研究院创建于1950 年，是我国核科学技术的发祥地和先导性、基础性、前瞻性的综合研究基地。中国实验快堆工程是由国家科技部、国防科工委及核工业集团公司出资兴建，中国原子能科学研究院负责设计、建造和日后的运行。中国实验快堆以钠为冷却剂，热功率6.5万千瓦，净电功率2万千瓦。采用一回路池式结构和钠 —— 钠 ——水三回路传热系统，并设立非能动事故余热排除系统。工程建筑面积达 4.4万平方米。中国实验快堆是由快中子引起原子核裂变链式反应的反应
堆。它是解决未来后续能源供应可供选择的堆型。“快堆的一个重要特点是，在消耗核燃料的同时，又产生多于消耗的核燃料，实现核燃料的增殖，所以又称快中子增殖
反应堆。”
在天然铀中占 99％ 以上的铀 —— 238 不能被充分利用，因此压水堆的进一步发展将受到铀资源的限制。发展快堆可将铀资源的利用率从单一发展压水堆的约 1％ 提高到60％ 至 70％。快堆电站在发电的同时可将铀——238转化成可裂变燃料钚 ——239，钚 —— 239又可为新的快堆核电站供初装料。这样周而复始，形成核燃料闭式循环体系，就能够使核能大规模持续发展，免除燃料短缺的后顾之忧。
工艺描述
1. 基本功能
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检测与控制功能总要求
根据项目工艺过程要求，所有检测参数都送通风控制室的计算机系统进行集中显示、报警、控制、报表打印、数据记录及趋势曲线显示，其中 PTL40、PTL70、PTL76、PUV01、PUV03等五个系统可以同时在主控制室显示和报警。在主控制室对以上五个系统进行控制，优先权高。多点控制时优先权从高到底的排列是主控制室、通风控制室。消防控制系统所控制的防火阀的状态也在通风控制室的计算机上显示。
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夏季、冬季温度调节功能夏季时控制系统通过调节冷水阀门，将房间的温度控制在合适的范围内；冬季时控制系统通过调节热水阀门，将房间温度控制在适当的范围内。夏季冬季温度控制的转换为手动转换。温度设定值可以在线设定。只在冬季对房间温度进行调节，夏季不调节温度。温度设定值可以在线设定。
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湿度控制功能在冬季里，当房间内湿度不满足要求时，通过启动/停止加湿泵的方法将房间内的湿度控制在一定的范围内。
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阀门的控制与连锁功能所有被控阀门均为电动阀门。在通风控制室、主控制室的计算机可监视阀门状态，并对阀门进行远距离控制。所有阀门根据工艺条件的要求实现连锁功能。
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风机的控制与连锁功能所有风机均有手动和远程控制两种控制方式，手动方式在电工种配电间进行，远程控制方式在通风控制室实现；部分风机在主控制室也能控制。远程控制方式可以实现远程手动和自动控制功能，并且可以与相关阀门实现连锁功能。在电工种配电间设有远程和就地控制切换开关，在计算机上可以显示该开关的状态。当运行风机故障时，控制系统将切除故障风机，同时关闭相应的阀门；自动启动备用风机，同时打开相应的阀门，并给出警告信号。
正常情况时，大功率风机运行。当厂房内断电时，切除大功率风机，同时关闭相应的阀门；自动启用小功率风机，同时打开相应的阀门，并给出相应的警告信号。当运行机组的风机故障时，控制系统将切除故障机组，同时关闭相应的阀门；自动启用备用机组，同时打开相应的阀门，并给出相应的警告信号。
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过滤器自动切换功能具有两路过滤器的系统，当运行的一路过滤器的压差报警时，自动切除该路过滤器并关闭相应的阀门，同时投入备用过滤器并打开相应的阀门。
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新风机组自动投入功能当空调机组进风口放射性剂量超标时，代有净化功能的新风机组将自动投入。
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电加热器的控制与连锁功能所有电加热器都可以在计算机上实现手动和自动控制。运行条件满足时，电加热器自动投入或切除。所有电加热器均为三段控制，当温度测量值低于设定值时，依次投入*段电加热器、第二段电加热器、第三段电加热器；当温度测量高于设定值时，按相反顺序切除电加热器。电加热器后温度过高和风道无风时，电加热器自动切除。
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与消防控制系统通信功能该功能应能接受消防控制系统控制的有关信息。
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与主控制室计算机系统通信功能该功能应能将通风控制系统的有关信息送往主控制室计算机信息控制系统。
2. 冗余配置
采用双冗余服务器热备方式，主从服务器的数据能够进行热备份，组态软件能够实现在主服务器出现故障时自动切换到从服务器。网络采用10M/100M Ethernet TCP/IP冗余工业以太网配置。PLC 控制器采用双机热备冗余配置，在故障时能够实现主站到后备站的可靠的平稳切换。
3. 通信
系统具与消防控制系统的通信能力。系统具与主控制室计算机信息系统通信的功能。总体设计中国实验快堆核岛厂房通风控制系统采用分层分布式结
构：系统层和过程控制层。
1. 通风控制系统设计原则
系统采用双机热备冗余配置，单个部件故障不影响整个系统功能执行；当系统模板出现故障时，保证安全；具有在线自检功能，实时显示系统状态。系统本身出现故障时，自动给出报警；所有模板允许带电更换，双机热电系统的模板在故障或更换时自动实现无扰切换；系统的平均*运行时间大于20年，平均故障修复时间小于15min。
2. 通风控制系统系统层的设计
系统层包括：冗余配置的系统数据通讯网络；服务器 2台；操作员站1台；打印机1台；系统软件和工程软件。服务器在应用系统建立过程站中是进行系统组态的平台，是工程技术人员用于系统生成、安装、调试、维护的设备。工程师站上配备有功能齐全的工作平台，完成计算机信息系统功能组态、数据下装等工作。在运行期间，服务器用于完成在线组态、历史数据库存储处理、就地监测数据的人工录入、通风系统处理过程的运行管理等功能。服务器站及监控软件主要完成以下功能：系统配置；数据库生成；动态流程画面生成；控制算法及顺序逻辑组态；报表生成及管理；系统运行管理和数据库下载；实现画面及流程显示，实时监控管理；实现对通风系统各种工艺流程的操作；实现对部分设备的中控室集中手动；系统运算状态监视；控制调节和参数整定支持，将PLC 组态的用于调节系统的所有参数用画面开放出来，用来读取工艺值，整定参数，PID 输出趋势图显示等；人机对话管理；报警显示打印；计算机化的报警处理和操作支持；通风系统运行管理等。
打印机功能：打印数据报表、图形拷贝等。
3. 通风系统过程控制层的设计
过程控制层由连接在系统网络上的各个I/O控制站组成。按“合理分散”原则，根据通风系统组成、运行监控特点和要求，在过程控制层设置了2个冗余控制站及33个 I/O控制站功能组。I/O控制站用于采集各类过程监测仪表的信号，并进行信号处理、实现各种数值计算、闭环控制和开环逻辑控制、开关量与模拟量信号输出。站中设有系统数据库，并实时地通过系统网络将信息发送到需要使用的站点上、以及系统层的工程师站和通风系统所需节点上。
系统实现
根据中国实验快堆核岛厂房通风控制系统的总体设计，通过硬件、软件的设置以及编译下载，使系统实现，达到用户的功能要求。这里主要阐述冗余控制站设置、服务器冗余、双服务器和操作员站的操作优先级现。

应用总结
中国实验快堆核岛厂房通风控制系统采用全冗余方案：冗余过程控制站、冗余控制网络、冗余以太网通讯、冗余服务器。在自动化控制系统集成项目中实属罕见。通过对整个系统工艺的了解、总体设计以及功能实现，对于全冗余的自动化控制系统有了一个比较深刻的认识，拓宽了知识面，提高了技术能力。核岛厂房通风控制系统跟其它的系统不一样，给用户创造的价值不会体现得那么。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。反应堆是一个不可分割的整体，从铀——238 到钚——239，从裂变燃料到热源载体——钠，从反应装置到三废处理，每一环节都*，它们的共同目的就是实现安全发电。通风系统在里面发挥的作用就是，保证作业人员的身体健康及生产设备的安全，特别是在发生火灾时，减少人员伤亡、防止受灾范围扩大。使用GE Fanuc的CIMPLICITY HMI和系列90-30 PLC全冗余方案，对通风控制系统进行监控，使系统具备高可靠性，对整个中国实验快堆运行的安全作了进一步地巩固。与本文相关的论文有：阀门在电厂各系统的应用。