核电厂安全级DCS缺省值设置策略研究

针对数字化仪控系统中无效信号的质量位随意蔓延使系统处于一种不确定状态的问题,结合核电厂运行工况和信号特性,对龙鳞平台故障诊断机制和信号质量位标识进行研究。考虑故障安全准则,系统性地提出缺省值设置原则。从信号执行功能和信号边界两个维度进行分析,确认缺省值的设置范围,并详细给出执行保护功能、报警功能、维护和试验功能信号的缺省值设置策略。同时,针对传统的缺省值验证方式无法全面、有效地进行缺省值验证的问题,提出一种利用全范围模拟机和虚拟数字化控制系统(DCS)进行缺省值验证的新方法。利用该方法可有效地对DCS内设置的缺省值进行系统性的验证。所提出的缺省值设置策略和验证方法可为后续核电厂安全级DCS的缺省值分析和设置提供全面的指导。

核电DCS网络安全管理方法及其应用研究

DCS作为核电厂重要的工业控制系统,承担着核电厂物理工艺系统状态的监视与控制等功能,是国家关键信息基础设施之一,其安全稳定运行与核安全和网络安全关系密切。为了保障核电厂安全稳定运行,需对DCS在全生命周期开展网络安全管理方法研究。本研究对国内外主要网络安全相关法规标准开展了分析,并基于核电厂仪表与控制系统网络安全防范控制标准对网络安全管理措施的要求,将核电DCS开发流程与企业安全质量管理体系进行融合,提出了一套适用于核电DCS网络安全全生命周期的安全管理方法。经过DCS企业实践表明,该方法将DCS网络安全管理纳入核电安全管理体系,增强了核电DCS企业的网络安全管理能力,为核电厂网络安全防护水平提升提供了支撑。

核电DCS网络安全防护技术研究

核电数字化控制系统(DCS)属于国家关键信息基础设施(CII),亟需为其建立综合防御、积极防范、本质安全的网络安全保障体系。基于国家标准法规技术要求,结合核电DCS业务特点、安全现状,对DCS网络安全防护技术进行了深入研究,形成了满足核电DCS业务需求和网络安全等级保护四级技术要求的整体防护技术方案。防护技术方案以“一个中心、三重防护”为设计核心,基于自主研发的网络安全产品,创新应用多项保障DCS业务安全的关键技术,采用安全区域划分、分布控制、集中管控等安全措施构建了网络安全综合防御体系,有效提升了核电DCS防护能力。相关技术已在多个核电工程项目落地,应用效果良好,为其他领域的国家CII系统网络安全建设提供了良好的示范和借鉴。

非安全级DCS控制柜I/O卡件供电及通信设计优化

由于分布式控制系统(DCS)卡件供电及通信方式配置不合理,存在单块输入/输出(I/O)卡件底座故障导致同一列下游卡件同时故障,进而导致机组非计划停堆或面临大瞬态的问题。创新性地对核电厂DCS控制柜I/O卡件供电及通信方式进行了研究。结合硬件属性,全面分析了当前设计下对后续机组安全、稳定运行产生的不利影响,并对同行核电厂不同DCS平台I/O卡件供电及通信设计开展调查。从可靠性和可维护性角度,针对性地提出优化方案,并成功对170台控制柜完成优化改造。该研究有效规避了机组商运后的大量技术改造和验证工作,提高了机组商运后运行的安全性、稳定性和经济性。

基于机器学习的核电厂DCS卡件故障诊断研究

随着核电厂运行时间的累积,数字化仪控设备的老化问题日益凸显。开关电源电路模块是分布式控制系统(DCS)卡件的关键组成部分。该模块的故障会导致卡件失效,甚至可能破坏核电厂的安全经济运行。针对核电厂某DCS卡件开关电源电路模块,开展了基于机器学习的板级故障诊断研究。根据传统机器学习和深度学习,分别开发了粒子群优化(PSO)-支持向量机(SVM)和一维卷积神经网络(1D-CNN)模型。小波包变换用于PSO-SVM模型的电路故障特征提取。基于加速寿命试验获得的电容老化过程数据,通过Saber电路建模仿真采集了开关电源在对应故障模式下的输出电压波形,用于模型的训练和测试。试验结果表明,所开发的故障诊断模型均表现出良好的诊断性能。该研究完成了故障诊断方法的可行性验证,不仅为DCS卡件的预测性维护提供了具有实际工程意义的应用参考,也为后续开展系统级健康管理研究奠定了一定的理论基础。

核电DCS改造风险评估方案与控制方法探讨

DCS系统是核电机组的重要组成部分,其功能包括传输采集数据、传送控制指令、修改控制逻辑等,直接关系到机组运行安全性和稳定性。针对DCS改造风险问题进行探究,从DCS系统的软硬件结构入手,介绍了核电DCS改造的风险评估方案和控制方法,并结合典型案例进行分析。实践表明:制定完善可行的风险评估方案和控制方法,能降低DCS系统的改造风险,可缩短工期、节约成本,更好地实现预期改造目标。

安全级DCS响应时间分析及异常判断方法研究

为解决核电厂安全级数字化控制系统(DCS)响应时间验证方法在充分性、准确性方面的不足,对系统响应时间数学模型进行分析。根据分析结果以及DCS模块及器件的特征和参数,对系统响应时间进行理论计算。通过模型仿真及测试试验,对理论计算结果进行验证。验证结果证明了理论模型的正确性。基于此理论模型,提出了系统异常的判断方法。分析及测试结果表明,该方法能够应用于测试验证实践,并且能够更充分和准确地判断系统响应时间是否满足要求,以及被测DCS是否存在异常。

核电DCS边界网络安全隔离解决方案研究

结合核电DCS网络安全防护架构,通过研究基于逻辑隔离、物理隔离等隔离技术的边界隔离解决方案,在核电DCS与外部网络之间实现不同区域边界的有效隔离,从而建立安全边界,保护DCS免受外部网络攻击和入侵的威胁,确保核电厂安全稳定运行。解决方案已在多个核电基地得到良好应用,可为核电其他工控系统以及核电以外的其他高安全领域网络安全边界隔离提供借鉴及经验。

数字孪生技术在核电DCS领域应用探讨

DCS作为核电站的神经中枢系统,在保障核电站安全可靠运行中发挥着重要作用。研究了数字孪生技术在核电DCS领域的应用:探讨了数据驱动模型、物理驱动模型分别在DCS系统、DCS设备的数字孪生过程中的应用;VR技术与核电DCS数字孪生技术在核电DCS领域的结合方式。基于虚拟DCS技术、多尺度/多物理场模拟技术构建核电DCS健康监测系统,探索了数字孪生技术的核心功能:实时仿真、重现、优化和预测在核电DCS健康监测系统中的实现方式。

核电站DCS可用性测试优化研究

分布式控制系统(DCS)的可用性直接关系着核电站生产控制的水平和机组运行的安全性。目前,核电站DCS可用性测试所用的方法及参数没有统一的标准和依据,工程经验的分析总结迫在眉睫。而国内某核电项目1#机组DCS可用性测试方法存在诸多不足。为了解决上述问题,首先,对该机组DCS可用性测试方法进行研究,总结其存在的问题,包括测试边界不完善、故障加权系数不合理、缺乏对测试终止条件的考虑等。然后,从试验时间、测试边界、故障加权系数等方面,对DCS可用性测试方法进行了优化。最后,通过DCS可用率试算验证测试边界和故障加权系数对可用性的影响。该研究有助于完善核电站DCS可用性测试方法、提升核电DCS可用性测试水平,从而间接提高核电仪控系统的质量,保证核电安全、经济运行。

核安全级DCS多节点环网光切换矩阵技术的研究

为保证核安全级分布式控制系统(DCS)多节点环网双向、大容量数据的可靠通信,介绍了一种基于光纤通信的多节点环网光切换矩阵技术,并设计开发了环网光切换矩阵模块。该模块采用按照特定的盘纤方式组成的两个非保持型光开关及供电模块,即插即用,免去了盘纤和繁琐的组网环节,可对环网进行灵活配置。该模块支持动态光路径管理、光网络故障保护功能。该技术解决了目前复杂网络中的光路切换和控制问题,实现了核安全级DCS中环网通信的容错设计,提高了产品的可靠性和可用性。

基于C#的DCS故障日志诊断分析方法的研究和应用

由于平台运行产生的日志数据规模庞大、形式多样、错综复杂,且信息甄别难度高,给核电站机组分布式控制系统(DCS)设备运行状态的判定分析带来困难。为了快速、有效地实现DCS故障日志诊断及分析处理,创新地提出了一种基于计算机编程、结合DCS组态软件配置的故障快速诊断分析方法。该方法基于日志数据的收集和服务处理思路,利用分布式收集策略采集日志,通过工作站上的运行程序,对DCS日志数据进行一站式分析,实现DCS故障的快速诊断。通过在机组上的应用,有效提高了现场工作效率,可精准预判、定位故障点或可靠性降级设备,较常规手段具有准确性高、时效性强等特点。该方法具有一定先进性和创新性,具备较高的同行推广价值。

高比例分布式可再生能源交直流混合配电网运行调控:科学问题与技术框架

随着分布式可再生能源发电与中低压直流组网技术的快速发展,未来配电网必然向复杂的交直流混合形态演进,其运行调控技术面临许多新的挑战。在高比例分布式可再生能源交直流混合配电网(HR-HDN)运行调控技术发展需求分析的基础上,提炼出HR-HDN运行调控技术的3个科学问题,并以多类型可控设备协同、源-网-荷-储高度互动化和市场化需求为研究主线,从稳定控制、故障主动防御与恢复、电力市场机制辅助调控以及“平台+数据”数字化集成调控4个方面,提出了HR-HDN的运行调控技术框架。最后,对HR-HDN运行调控关键技术的未来发展进行了展望。

一种采用格雷码的低功耗软启动电路设计

介绍了一种采用格雷码的低功耗软启动电路,采用数控软启动技术,克服了传统软启动电路需外接大电容、增加引脚数等缺点,消除了大电容带来尺寸面积与匹配性的影响,提高了DC-DC转换器的稳定性:软启动电路调用了一种控制逻辑的编码方式,即格雷码编译。此模式的转换方式为,在电位逐渐增加期间,仅有一个码点发生改变。有效避免了码位变化时诱发的误输出,减少了普通二进制编码在频繁变化下产生的尖峰电流。格雷码的转换模式可以减小系统误差,提升整体电路的稳定性,在全部编译结束后,软启动结构自动切断整个编码系统,实现此结构的低功耗模式。

对核电厂DCS中信号质量位设置问题的思考

为彻底解决核电厂数字化控制系统(DCS)中,信号质量位相关参数的设置所导致的系统拒动和误动问题,通过分析目前的设计现状分析常规解决方案中的局限性,提出引入核电厂状态这一变量对DCS所执行的功能进行确认的设计思路.该方法不仅解决了质量位的设置问题,还在一定程度上简化了操纵员的操作,提高了核电厂DCS的安全性和可用性,进而推动了核电厂的智能化和无人化的发展.通过利用稳态下的热工物理参数和状态转换过程中的人员手动操作来识别核电厂状态的方法能够确保DCS准确地执行其预期的功能,避免非预期事件的发生.

基于Markov的核电厂DCS可靠性分析软件开发

为了更有效率地对核电站数字化仪控系统可靠性进行评估,在马尔可夫法理论分析的基础上,开发了可靠性分析软件。软件通过对Visio的二次开发,嵌入Microsoft Office Visio 14.0 Drawing Control控件,绘制了系统的马尔可夫模型。根据图形逻辑关系,通过图形转换算法,导出状态转移矩阵以进一步完成系统可靠性分析与计算。对软件的开发环境以及技术架构进行了介绍,并分析了软件的各个功能模块以及相关开发流程,阐述了软件实现的关键技术。最后,以核电站数字化仪控系统相关工程应用案例,完成了系统马尔可夫模型的建立以及可靠性评估。通过开发的可靠性分析软件,验证了软件的有效性和通用性。结果表明,开发的软件适用于核电厂DCS马尔可夫模型的建立和可靠性分析。通过该软件,可提升核电厂DCS可靠性分析评价工作的自动化水平和效率。

核电厂安全级DCS功能模块加速老化试验研究

对核电厂安全级数字化控制系统(DCS)具体试验需求进行了测试、分析和研究,并介绍采用温度为影响因子的阿伦纽斯加速寿命试验计算模型。测试中不改变元器件、模块失效机理而且不引入新失效模式,通过提高核电厂安全级DCS模块在测试中的试验温度值,可在相对较短的测试时间内获得关于核电厂安全级DCS模块的平均故障间隔时间(MTBF)参数值。分析了温度因子和材料的活化能因子对模块老化试验时间的影响。这不仅为核电厂安全级DCS模块寿命的可靠性试验提供了可行且成本较低的测试方案,而且直接验证了核电厂安全级DCS模块寿命可靠性参数是否满足上层设计要求的数据参考。这不仅有利于测试人员对模块测试全局的掌控,而且为设计人员对模块的迭代优化提供科学输入数据。

“华龙一号”核电技术自主化DCS设计与实现

“华龙一号”是我国具有完全自主知识产权的第三代核电技术。它是根据福岛核事故经验反馈以及我国和全球最新安全要求进行研发的。通过对“华龙一号”数字化仪控系统的研究,并结合对最新的法规标准、功能及设备分级、设计原则和总体设计方案的分析,及CPR1000核电项目设计经验,形成完全自主化的三代核电仪控系统架构,保证三代核电厂更安全、更先进。同时,对二代加核电厂与三代核电厂作对比分析,提炼出三代核电厂仪控系统在技术上的创新点和改进点,并结合防城港3#、4#机组进行说明,证明“华龙一号”仪控系统设计的分级原则和设计更加合理,三代核电技术更加安全、可靠。“华龙一号”基于自主化控制平台全厂DCS解决方案的提出,为“华龙一号”核电厂走出国门提供了原型保障。

数字化核电厂主控室软操作任务分析

核电厂数字化后,操纵员在计算机界面进行监视、评估与操纵,需要进行大量软操作。为全面了解数字化核电厂主控室软操作任务特征,基于操纵员任务类型以及NUREG/CR-6690,确定操纵员软操作类型。然后以某核电厂丧失给水事件复训为例,分析其反应堆操纵员(RO)和汽轮机操纵员(TO)的软操作特征。实例分析结果表明:TO软操作、界面管理任务和主任务次数大于RO;操纵员界面管理任务次数大于主任务次数;操纵员软操作工作负荷与任务有关,且不同工况下操纵员工作负荷存在差异;操纵员界面管理任务中,导航和查询/质问占比最大。

核电厂控制系统逻辑验证方案改进研究

随着自主三代核电技术的稳步推进,在建核电项目面临控制系统逻辑验证量大、工期长的问题,而现有验证方案源于二代加核电项目,限制了逻辑验证效率的提升。针对此问题,对国内二代加、自主三代核电项目的控制逻辑特点和验证策略进行分析和归纳,以总结现有方案在工程实践中存在的问题。在此基础上,从验证策略、组织模式、实施方法三个维度研究应对措施,提出了重构逻辑测试场景、引入仿真技术、建立自动化测试系统的改进方案。改进方案和原方案的效益对比结果表明,改进方案的工作量和工期均大幅减少。改进方案提升了逻辑验证的实施效率和工程效益,对工程实际问题提出了针对性解决措施。该研究对后续批量化推进三代核电项目工程建设具有参考价值。