基于ADACS_N平台的DCS二层系统服务器国产化替代与软件移植研究

针对核电厂DCS系统服务器硬件老化与停产共性问题,基于法国ADACS_N平台的DCS二层系统,研究一种服务器国产化替代与软件移植的可行方法,结合系统软硬件架构分析、国产化服务器硬件替代选型策略、源代码移植技术研究、最小化测试平台开发,为延长核电厂DCS系统生命周期、解决进口设备“卡脖子”问题、提升核电厂DCS关键设备自主能力提供一定参考。

核级DCS机箱设备散热性能研究及影响因素分析

为研究核安全级DCS机箱的散热性能和影响因素,建立起某核级DCS机箱的有限元模型,进行热学仿真分析。研究结果表明,稳定阶段U1芯片的最高温度为90℃,与实际采集温度87.9℃基本一致,所建立的有限元模型有效可靠。机箱表面温度受内部安装功能模块的影响,功能模块热功耗越高,其表面温度越大。在同一功能模块位置,机箱顶部的表面温度高于底部的表面温度。机箱在自然对流状态下,空气以“下进上出”的方式流动,且机箱顶部的空气流速大于底部的空气流速。进一步地,通过改变取热方式、通风率、进风方式、风量等因素研究对机箱散热性能的影响,结果表明:通过芯片-导热垫-翅片式壳体-机箱的取热方式散热效果最优,相比于自然散热,关键器件的表面温度降低了55.4℃。通风率与机箱散热性能呈现出正相关的关系,当机箱的通风率逐步上升时,器件温度呈现出近似线性下降的关系。当风扇安装于机箱上方进行吸风时,关键器件温度为59.8℃。相比之下,当风扇安装于机箱下方送风时,关键器件温度为63℃,故风扇安装于机箱上方为较优的选择。机箱的散热性能受风扇送风量的影响,风扇风量越大,机箱的散热性能越好。

基于EPLAN的核安全级DCS电气设计应用研究

通过对比CAD与EPLAN软件,分析了后者在电气设计领域的优势。针对核安全级DCS电气设计的特点,从项目结构设计、原理图分类设计等角度,规划了典型图页的制作规则,具体包括模块配置图、机柜供电图、网络连接图、IO模块接线图等。基于EPLAN软件及对各类图纸的规范化典型图纸设计,以及其自带的物料清单、装配图生成的功能,提高了制图效率、规范性、准确性。

核电站DcS仪控系统网络信息安全产品的研究与应用

随着国内核电站的不断增多,核电站国产DCS仪控系统的可用性以及可靠性取得了重大进步,近些年来由于工业控制领域的信息安全问题频发,因此对DCS仪控系统的要求也在不断提高。依托北京广利核系统工程有限公司DCS仪控系统,笔者研究并设计了网络信息安全产品-和睦卫士网络安全系统。该网络安全系统已在红沿河核电站5号机组DCS仪控系统中应用,通过测试人员调试验证及现场使用,证明了其能够有效地应对网络战环境下复杂的信息安全威胁,并构建了积极防御、综合防范、本质安全的保障体系,为其他核电站甚至其他控制领域提供了良好的借鉴。

Study on Lightning Protection Design of DCS in a Nuclear Power Plant

DCS （distributed control system） plays a decisive role in the overall operation of a nuclear power plant. If DCS fails, it will seriously affect the normal production of nuclear power plant, causing great losses. So it is very important to take perfect lightning protection measures on DCS of the nuclear power plant. In this paper, according to the actual situation of DCS in a nuclear power plant, by controlling lightning point, securely booting lightning into the ground network, improving low-resistance ground network, eliminating ground loops, determining the safety space, surge protection of power and signal, a set of complete lightning protection design scheme was systematically put forward. Some specific lightning protection measures were highlighted, such as the DCS grounding, equipotential bonds and shields, and some specific considerations were put forward. All of these could offer reference in the practical application.

核级DCS系统应用软件第三方评定方法研究

核级DCS系统是核电厂最重要的系统之一,对确保核电厂的安全运行起着至关重要的作用。核级DCS系统的最大特点是通过软件来实现核电厂的安全保护功能。如何保证软件开发过程及最终产品满足预期需求,同时不引入非预期特性,是确保核级DCS系统可靠性和安全性的关键。在最新版核安全导则HAD 102/10中,对于核级DCS系统软件,新增了第三方评定的相关要求。本文遵循相关要求,研究并提出了一种适用于核级DCS系统应用软件第三方评定的方法。该方法已在某核级DCS供货项目中进行了应用,并取得了良好的应用效果。

轻量化新材料在核电DCS机柜应用若干问题研究

轻量化新材料目前在汽车、航天等工业领域的研究和应用取得了前所未有的发展,通过采用新材料实现产品的轻量化、保证产品的高可靠性成为当前技术的发展趋势。高强度钢、铝镁合金、工程塑料、碳纤维等复合材料在不同的领域逐渐对传统材料进行替代均有成功的案例,实现新材料的规模化应用除了受到材料本身性能的制约,以及各行业对产品功能的需求的多样性制约外,还会有经济性的考量。作为核电站的中枢神经,核电DCS(数字化仪控系统)机柜也有轻量化和产品高可靠性双重需求,因此有必要开展此领域的研究。本研究一方面通过对不同行业成熟的功能材料进行调研,探讨了材料在核电工控领域的应用;另一方面通过设定目标产品需求,对汽车航空航天轻量化新材料的应用情况进行调研,选定了可应用于安全级机柜的新材料。本研究将新材料产品形态与先进的拓扑优化技术相结合,开展了机柜主承载结构设计和制造性分析,为新材料在核电机柜领域的应用提供了保障。

核级DCS平台软硬件质量控制的分析与改进建议

经过多年的发展,软件V&V作为提供核级软件质量可信性证明的手段、硬件鉴定作为提供核级硬件设备可信性证明的手段已经是核电行业的广泛共识。随着人们对不同核电标准体系理解认识的深入,以及现场发生问题的反馈,核级DCS平台需要进一步提高软件和硬件的质量以满足后续核电建设越来越高的质量要求。本文作者基于多年从事核级DCS平台质量控制工作以及参与英国GDA项目认证过程获得的经验,从过程、技术、工具、人员能力等方面介绍了核级DCS平台软硬件质量控制实践,分析并提出了仍需重点关注的质量控制方面的一些改进建议,供从业人员参考。

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。

安全级DCS网络安全标准分析与实施原则研究

随着越来越多的数字技术、通信协议和软件应用于核电厂安全级分布式控制系统(DCS),网络安全在核电厂和安全级DCS中的地位日益重要。近年来,国内外网络安全标准陆续发布。网络安全标准要求存在差异,如何选择标准要求、如何实施对应的网络安全技术需要理论支撑。通过国内外网络安全标准要求研究,给出标准实施的建议。采用对比分析方法,分析了国内外网络安全标准的差异,分析了网络安全标准要求执行的难点。结合核电安全级DCS技术背景,提出了标准要求在工程项目中应用的基本原则。考虑了安全级DCS功能安全与网络安全协调的要求。提出的原则可为安全级DCS网络安全标准要求实施、技术措施的选择提供理论依据。

核电厂国产非安全级DCS应用建议

首先对核电站全厂控制系统的组成进行了介绍;接着结合近年来我国的大型核电建设工程,总结了国产非安全级DCS的发展路径及现状。在此基础上,从常规工业领域DCS的国产化应用、国产DCS的可靠性、国产DCS面向核电站功能需求的二次开发、核电站自主化设计以及建设进度控制等多个维度,较为全面地分析了核电站非安全级DCS全面国产化的可行性及其带来的积极的影响。

核电厂DCS平行系统研发与应用

为了解决核电厂DCS运维高准确度验证手段和精细化风险防控工具缺乏的问题,基于平行理论,采用数字仿真和虚实DCS融合技术开发了核电厂DCS平行系统。该系统采用了虚实DCS相结合的全厂DCS半实物仿真系统,既高保真又有经济性,研发了全厂级DCS精细化故障仿真模型,实现了DCS故障风险的高效准确分析验证,提升了DCS缺陷处置能力,研发了基于数据驱动的控制机柜三维仿真模型,为DCS运维提供了高逼真度分析验证环境,解决了DCS高逼真度维修操作环境缺乏问题。基于DCS平行系统进行了核电厂DCS运行事件复现及解决措施验证、DCS故障推演,提升了核电厂DCS故障处置能力。核电厂DCS平行系统可用于DCS变更验证、薄弱环节甄别、故障风险分析和维修方案验证,防范DCS维修引发机组运行风险,提升DCS运维可靠性。

全数字化M310核电机组DCS系统Mesh网络可靠性研究及应用

M310全数字化核电方家山机组在国内率先成功实施DCS一层网络拆分,本文从解决双机组数字化仪控系统相互影响出发,结合方家山机组DCS一层Mesh网络构架设计和跨机组通讯测试与应用,研究分析Mesh网络架构改变后数据通讯可靠性提升策略,可为同类型核电机组Mesh网络变更改造提供重要经验反馈和技术支持,亦可为全数字化核电机组DCS系统网络设计提供良好参考借鉴。

基于FPGA的核电DCS功能安全与可靠性评估

探讨了一种基于FPGA技术的核电DCS 2oo4架构系统开展功能安全与可靠性评估方法。运用FMEA技术识别系统级、模块级关键故障模式,针对危险失效模式采取诊断或控制措施,改善和提高核电DCS产品的安全性和可靠性。采用FMEDA技术定量分析模块级产品的平均故障间隔时间及安全失效分数。实验测试结果表明,该方法已在某安全级DCS平台功能安全SIL3认证中得到了充分的应用与验证,同时也为同行业核电DCS系统功能安全认证及可靠性评估提供了参考。

核电站DCS系统数字通信网络的时钟同步研究

随着核电二代加或三代机组中全数字化(DCS)控制系统的应用,以网络交互技术为基础的数据通讯成为DCS系统核心组成。DCS系统时钟网络为数据处理及显示系统、电厂控制系统和汽轮机控制系统等核电站众多仪表设备提供授时服务,因此数字通信网络的时钟同步对电厂安全稳定运行尤为重要。结合某核电站DCS一层时钟跨年跳变导致电站计算机信息和控制系统(KIC)历史曲线记录不更新的事件处理,研究了数字通信网络的同步模式和数字通信中网络时钟滑动。通过研究,探索改进时钟授时系统提高可靠性的方法,对现役核电厂授时系统的改造和新建核电厂授时系统的设计有良好的指导作用。

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板卡FCT自动化测试工装系统设计

核电数字化仪控系统(DCS)对反应堆的安全运行至关重要,产品功能测试(FCT)是DCS设备出厂前的关键质量控制环节。DCS设备具有板卡型号多、测试项复杂的特点,传统的人工测试效率低且容易出现人因失误。针对这些问题,设计并实现了一种FCT自动化测试工装系统,该系统支持控制器、通信卡以及各类输入/输出(I/O)卡的FCT测试,系统自动识别板卡类型、执行测试并生成测试报告,测试过程不需要人工干预。实际应用实验表明,该测试工装系统可以显著提升FCT测试效率,减少人因失误,有效保障DCS设备的出厂质量。

可用性分配法优化核电厂非安全级DCS系统设计

为核电厂非安全级数字化仪控系统(DCS)系统在设计阶段明确板卡级设备可靠性要求,在产品设计阶段利用可靠性分配方法将可用性指标合理地分配到组成系统的各部件中,可用性分配结果是开展可靠性预计工作目标和设计参考依据,可靠性预计结果是进行可靠性指标分配调整与系统指标验证的基础,二者相辅相成,通过迭代分配和指标验证为实现核电厂非安全级DCS系统设计优化提供参考。

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。

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。