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核电站仪控系统数字化改造方案分析(二)

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  • 发布日期:2009-12-08 14:00
  • 有效期至:长期有效
  • 方案区域:广东湛江市
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详细说明

3 改造方案分析
从在役核电站仪控系统数字化改造的目标出发, 针对DCS+PLC和FCS+PLC这两种改造方案进行分析和较。
3.1 基于备件问题和设备老化问题的分析
在役核电站仪控系统数字化改造首先要解决的是备件淘汰和短缺问题、仪控设备老化问题。无论采用DCS+pLC方案(以下简称DCS方案),还是采用 FCS+PLC方案(以下简称FCS方案)都能解决目前面临的问题。但是仪控系统数字化改造不仅仅是要解决目前的备件和老化问题,而且要充分考虑未来的备件和老化问题。两种方案进行比较,FCS方案在备件和老化问题方面与 DCS方案相比具有优越性:①FCS主要依靠现场智能设备,不再以控制器为核心,因此可以减少大量控制器方面的备件。②FCS具有互可操作性与互用性,前者是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通,后者是指不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换,因此备件的选择范围比较大,来自某个生产厂家的某种产品停产的威胁将降低,相应的备件数量也可以减少。③FCS所采用的现场智能设备具有自我诊断、自我统计和自我管理的功能,这极大地方便了设备的老化管理。
3.2 基于系统性能的分析
通过仪控系统数字化改造可以显著地提高核电站的系统性能。DCS方案和FCS方案在技术性能方面都是可以满足核电站的要求的,特别是DCS方案在火电站已是相当成熟。FCS方案由于采用的现场设备是智能化和数字化的,与模拟信号相比,从根本上提高了测量与控制的精确度,减少了传送误差。
3.3 基于系统功能的分析
DCS和 FCS两种方案都提供了强大的功能,这些功能很大程度上都是基于数字化的信息与信息的共享。相比较而言,由于FCS能从现场获得更多的信息,因此在功能上,FCS方案能更全面、更完善也更容易实现。
3.4 基于系统安全可靠性的分析
安全可靠是核电站仪控系统追求的目标,仪控系统数字化改造的目标之一就是进一步提高核电站的安全性和可靠性。比较DCS和FCS两种方案,在安全可靠性方面,FCS有着DCS无法比拟的优越性:
① FC S简化了控制系统,减少了故障环节。第一,FCS废弃了DCS的很大一部分的输人/输出(FO) 单元和控制站,简化了系统结构。第二,FCS的信号传输是全数字化的,这样一方面免去了像DCS那样需要进行的数字/模拟(D/A)和模拟/数字(刀D) 转换,从而减少了数据传输中的环节,减少故障率;另一方面,数字化的传输减少了干扰和数据误差,从而减少了由此引起的事故。第三,FCS可以大幅度减少电缆,从而减少了由电缆引起的故障。第四,一台智能化的多变量的变送器可以同时测量压力、温度和流量等多种变量,从而可以减少系统中仪表的数量,相应地减少了由此引起的故障。
② 预测将要出现的故障,进行前瞻性维护,减少系统故障。利用总线技术和智能仪表的自诊断,可以连续监视因磨损、受力、极端的环境条件和运转次数等原因出现的 “先导性指示”,在不需要人工收集和输人数据的情况下,预测将要出现的故障,通过及时更换的方式避免故障的发生。而连续监视的工作都是在现场进行的,不会对网络增加负担。
③ 进行状态监视,随时排查故障。可以充分利用现场总线对设备、仪表进行健康状况的连续监视,一旦出现故障,可以立即被排查出来,并确切地掌握故障点,从而缩短了排查故障的时间。
④ FC S 的现场设备具有互可操作性和互用性,不同厂商的现场设备既可互联也可互换,并可以统一组态。这就意味着,一旦现场设备出现故障,能够很快地找到可以更换的设备,并且可以即换即用,大大缩短了
故障处理的时间。
3.5 基于运行管理的分析
核电站数字化仪控系统可以为核电站提供完整实时的运行数据库,在此基础上能很大程度地提高核电站运行管理水平。首先能提高运行人员对电站各设备的掌控能力,其次运行数据库为安全分析、可靠性分析、热力经济性分析等提供了准确、必要的信息。对于FCS方案来说,预防性维修、在线试验、在线组态等运行管理方面的技术措施都更容易实现。可以说,FCS带给核电站运行管理的是一场变革。
3.6 基于经济性的分析
核电站仪控数字化改造是一项大工程,不可避免地需要讨论经济性。比较两种方案,FCS 方案在经济性方面具有优势:①由于FCS采用多功能的现场智能设备,能直接执行多种检测、报警、计算和驱动等任务,因此可以减少变送器的数量,不再需要单独的调节器、 计算单元等,也不再需要DCS系统的信号处理单元,
从而可以节省硬件数量和投资;②FCS依靠现场总线连接设备,因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少,节省了这方面的投资,同时也减少了这方面的设计、安装、调试的工作量及相应费用;③由于FCS的现场设备具有自诊断和简单故障处理的能力,并将诊断维护信息送往控制室,以便早期分析故障原因并快速排除,缩短了维护停工时间,同时由于系统结构简化,也减少了维护工作量,因而能节省维护开销图。
3.7 基于改造实施的分析
对在役核电站进行改造,尤其是涉及全厂的仪控系统的改造,不可避免地会影响到正常生产,如何将这种影响降到最低的可接受的程度是确定改造方案的一项重要指标。仪控数字化改造可以分为一次性全面改造和分步实施两种方式:一次性改造的优点是运行维修可实现一次性切换,不存在新旧设备间的接口,缺点是一次性投人费用高,施工时间长影响机组的发电量; 分步实施的优点是设备采购费用可分步投人,施工可根据正常大修工期进行安排,对正常发电无明显影响,缺点是从改造开始到最终完成期间新老设备共存,改造设计和施工中必须考虑大量的接口问题。
DCS是个整体系统,其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要,数据公路更是系统的关键,所以,必须整体投资一步到位,事后的扩容难度较大。而FCS功能下放较彻底,信息处理现场化,数字智能现场装置的广泛采用,使得控制器的功能与重要性相对减弱,因此,FCS系统投资起点低,可以边用、边扩、边投运。如果采用DCS方案,则比较合适的是采用一次性全面改造的方式;而如果采用FCS方案,则一次性全面改造和分步实施两种方式都可采用。
DC 系统是封闭式系统,各公司产品基本不兼容。 而FCS系统是开放式系统,用户可以选择不同厂商、不同品牌的各种设备连人现场总线,达到最佳的系统集成。采用FCS方案的话,用户将具有高度的系统集成主动权,对于现场设备情况极其复杂的改造项目来说,这一点显得尤其重要。3.8 基于成熟供货商的分析核电站数字化仪控系统目前比较成熟的主要包括:FRAMATOME一ANP的TXS/TXP、WESTINGHOUSE的OVATION/COMMON一Q,A巧TOM的A岱pA珍20、DS&5的SPINlNE一等,这些都是基于DCS技术的。
基于FCS技术的成熟的核电站数字化仪控系统目前还没有。由于FCS是一项新技术新系统,考虑到核电的特殊性及其在国际上的发展情况,暂时缺乏成熟应用是必然的,也是FCS方案的最大缺陷。但是,在石化、化工等行业,FCS的大规模应用并不少见,例如国内的上海赛科项目、安徽海螺项目等。在火电站,Fcs也逐渐开始规模化应用。在今天倡导核电自主化设计、自主技术的形式下,在国内率先开发和应用核电站FCS仪控系统是一个可行的发展方向。
4 结束语
核电站仪控数字化改造可以选择Dcs方案或Fcs方案,前者有国外的成熟供货商和成熟产品,后者有着诸多显著的优越性,但需要结合核电站的要求和其它行业的成熟应用成果进行研究和开发。尽快进行核电站FCS仪控系统的研究和开发,是核电站仪控技术发展和数字化改造的要求,也是我国核电自主化发展的要求。

参考文献
1 章旋,茹荣,季程煌.现场总线在国内火电站中的应用现状
和前 景仁J」.自动化仪表,205,26(7):5一6.
2 阳宪惠.现场总线技术及其应用〔M〕.北京:清华大学出版社,
19 99 .

 
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