摘要：核電發展經歷了第一代、第二代、第三代核機組，第四代核電機組正在研發階段，其商業化應用預計在2030年左右。作為其運行操作和監控的中樞神經——核電站儀表和控制系統，也經歷了模擬量組合單元儀表為主的二代控制系統、模擬加數字二代半（加）儀控系統、三代全數字化儀控系統，核電站運行的安全性、可靠性、可用性以及經濟性進一步提高。國際原子能機構法規及國家核安全法規已明確規定新一代核電站采用數字化儀控技術。我國核電站用高端核級儀表和控制系統等絕大部分使用進口產品，受國外幾大廠商壟斷限制。為打破壟斷，我國科研院所和企業界加大了研發投入力度，在引進核電最新AP1000機組過程中加大消化吸收創新力度，儀控系統國產化率和自主知識產權方面取得了顯著進展，已形成CAP1400自主知識產權，CAP1700正在預研。儀控系統國產化率的提高必將促進核電事業的大發展。
　　關鍵詞：全數字，核電，儀控系統，國產化，第三代，AP1000
　　
　　一、核電機組發展歷程
　　核電站的開發與建設始于上世紀50年代。1954年，前蘇聯建成電功率為五千千瓦的實驗性核電站；1957年，美國建成電功率為九萬千瓦的希平港原型核電站;這些成就證明了利用核能發電的技術可行性。國際上把上述實驗性和原型核電機組稱為第一代核電機組。
　　上世紀60年代后期，在試驗性和原型核電機組基礎上，陸續建成電功率在30萬千瓦以上的壓水堆、沸水堆、重水堆等核電機組，進一步證明核能發電技術可行性和經濟性:可與火電、水電相競爭。上世紀70年代，因石油漲價引發的能源危機促進了核電的發展，目前世界上商業運行的四百多座核電機組絕大部分是在這段時期建成的，稱為第二代核電機組。
　　1979年和1986年分別發生在三里島和切爾諾貝利核電站的嚴重事故，使核電發展進入低潮，社會公眾增大了對核電安全性的顧慮，電業投資者也放慢了投資步伐。上世紀80年代，美國繼續進行發展核電事業的可行性研究。美國能源部和電力研究院的研究結果認為：以已有的核電經驗和技術水平為基礎，美國能夠設計出新一代核電機組，其安全性能為社會公眾和電力投資者所認可，其經濟性具備參與市場競爭的能力。進而美國電力研究院于90年代出臺了“先進輕水堆用戶要求”文件，即URD文件（UtilityReguirementsDocument），用一系列定量指標來規范核電站的安全性和經濟性。歐洲出臺的“歐洲用戶對輕水堆核電站的要求”，即EUR（EuropeanUtilityRequirements）文件，也表達了與URD文件相同或相似的看法。國際原子能機構也對其推薦的核安全法規（NUSS系列）進行了修訂補充，進一步明確了防范與緩解嚴重事故、提高安全可靠性和改善人因工程等方面的要求。國際上通常把滿足URD文件或EUR文件的核電機組稱為第三代核電機組。
　　與此同時，為了從更長遠的核能的可持續性發展著想，以美國為首一些工業發達國家已經聯合起來組成“第四代國際核能論壇”（Generation4InternationalNuclearEnergyForum,簡稱GIF），進行第四代核能利用系統的研究和開發。第四代是指安全性和經濟性都更加優越，廢物量極少，無需廠外應急，并具有防核擴散能力的核能利用系統，它的商用化估計要到2030年左右方能實現。
　　二、全數字化儀控系統是第三代核電機組的一個重要特點
　　核電站儀表和控制系統(簡稱儀控系統)包括保護系統、控制系統、安全停堆系統以及保障系統等輔助系統所需的儀表和控制設備。儀控系統是核電站運行操作與監控的中樞神經，是確保核電站安全可靠運行的重要裝備，機組的安全可靠、經濟運行已經在很大程度上取決于儀控系統的性能水平。目前，核電站的儀控系統可以分為三種類型。
　　第一種是所謂的二代儀控技術，是以模擬量組合單元儀表為主的控制系統。如秦山一期核電站主控制系統所使用的FOXBORO公司的SPEC200組裝儀表、大亞灣核電站主控制系統采用的Baily9020系統，這些模擬量儀表采用小規模集成電路和運算放大器，邏輯量儀表則采用常規繼電器等硬邏輯電路來控制。
　　第二種是所謂的二代加或二代半儀控技術，即模擬加數字的儀控技術。我國目前在建的核電站大多是二代半的技術，如嶺澳核電站、秦山二期翻板核電站等，這些項目都采用常規儀表加分散控制系統（DCS）的方式，結合了冗余技術、網絡通信技術、自診斷技術、容錯技術、數據庫技術等先進的數字化網絡化技術，提高了系統的可用性。
　　第三種就是在第三代核電站里使用的全數字化技術，就是現在AP1000和EPR使用的全數字化儀控技術。第三代核電機組的設計原則，是在采用第二代核電機組已積累的技術儲備和運行經驗的基礎上，針對其不足之處，進一步采用經過開發驗證是可行的新技術，以顯著改善其安全性和經濟性，滿足URD文件或EUR文件和IAEA法規第二版的要求。在國際上，目前已比較成熟的第三代核電壓水堆有AP-1000、ERP和System80+三個型號，System80+雖已經美國NRC批準，但美國已放棄不用。國外近年來新建成投產的核電機組，如法國的N4、英國的Sizewell、捷克的Temelin、日本的ABWR均采用了數字化儀控系統。早期核動力廠的儀表和控制系統設備所采用的技術存在可靠性問題。發現的典型故障模式有：繼電器觸點氧化，導線和終端絕緣性能差。運行經驗表明，儀表和控制系統的故障率相當高。如果不在維修方面作出巨大努力，這類儀表和控制系統會對安全造成嚴重影響。與模擬控制技術相比，數字化控制技術具有明顯的先進性及優勢。數字化技術的應用將有利于改善核電廠的安全狀況及穩定運行水平，降低設備的維修成本。經驗證明，采用數字化儀表控制系統可顯著提高可靠性，改善人因工程，避免誤操作，核電站儀控系統采用數字化技術是核電儀控技術發展的必然。為了提高核電站運行的安全性、可靠性、可用性以及經濟性，國際原子能機構法規及國家核安全法規已經明確規定新一代核電站采用數字化儀控技術。世界各國核電設計和機組供應商提出的第三代核電機組無一例外地均采用整體數字化儀表控制系統，并且進一步向智能化方向發展。我國10MW高溫氣冷試驗堆和田灣核電站均已采用整體數字化控制系統，已經投運的田灣核電站使用了西門子的成套數字化系統，自動化程度達到94%。而國內在役的采用模擬或模擬加數字的儀控技術核電站，也將面臨儀控系統的數字化改造問題。

 1/3    1 2 3 下一頁 尾頁