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核電是目前現(xiàn)實的、可大規(guī)模發(fā)展的替代能源，已經(jīng)確定了“積極發(fā)展核電"的方針，在未來10-15年中，我國每年要開工建設(shè)3臺以上的核電機組，這不僅需要在生產(chǎn)工藝和設(shè)備制造上實現(xiàn)跨越式發(fā)展，而且在國產(chǎn)化和自主創(chuàng)新的能力上也需要實現(xiàn)大幅度提升。

核電設(shè)備國產(chǎn)化率的不斷提高是必然趨勢，根據(jù)國家核電中長期發(fā)展規(guī)劃，從2015-2020年(“十三五")須完成8套百萬干瓦級機組設(shè)計和設(shè)備制造，國產(chǎn)化率達到60%；開工建設(shè)15套百萬千瓦級核電機組自主設(shè)計和設(shè)備制造，國產(chǎn)化率將達到80%。

作為核電主要配套設(shè)備之一的控制系統(tǒng)對核電的安全運行起若重要作用。核電的控制分為核島和常規(guī)島兩部分，核島是指核電站安全殼內(nèi)的核反應(yīng)堆及與反應(yīng)堆有關(guān)的各個系統(tǒng)的統(tǒng)稱；常規(guī)島是指核電裝置中汽輪發(fā)電機組及其配套設(shè)施和它們所在廠房的總稱。常規(guī)島的主要功能是將核島產(chǎn)生的蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成汽輪機的機械能，再通過發(fā)電機轉(zhuǎn)變成電能。

目前國內(nèi)核電常規(guī)島的汽輪機島控制系統(tǒng)(TCS)領(lǐng)域中，仍然是國外品牌占領(lǐng)主要地位，例如西門子公司、ABB公司、西屋公司等等。國外的控制系統(tǒng)價格相當昂貴，且在價格談判中非常強勢，嚴重制約了核電項目降本的需求。同時，在項目中采用進口產(chǎn)品，控制及保護系統(tǒng)的技術(shù)要求如有變化，往往不能得到進口系統(tǒng)廠商及時的響應(yīng)，嚴重影響項目的成功實施。

為了保持和增強上海電氣在核電領(lǐng)域的競爭力。確保核電項目的順利實施，我國必須適應(yīng)市場需求開發(fā)新產(chǎn)品，迎接新挑戰(zhàn)。上海電氣集團上海自動化儀表有限公司與上海電氣電站集團上海汽輪機廠緊密合作，研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的百萬千瓦等級核電TCS系統(tǒng)，項目通過了上海市核電辦公室組織的新產(chǎn)品鑒定會，鑒定意見為“通過對百萬千瓦等級核電TCS系統(tǒng)的引進、消化、吸收，采用國產(chǎn)硬件平臺研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、核電汽輪機組控制保護系統(tǒng)，包括汽輪機閉環(huán)控制系統(tǒng)、汽輪機保護系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機組輔助控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了真正的國產(chǎn)化。擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，我國百萬千瓦等級核電TCS系統(tǒng)的空白。項目在國內(nèi)具有新穎性、總體達到水平"。

目前，本百萬千瓦等級核電TCS系統(tǒng)已應(yīng)用于巴基斯坦卡拉奇K2百萬千瓦級核電項目，一舉打破國外系統(tǒng)的壟斷狀態(tài)，在核電汽輪機島控制系統(tǒng)領(lǐng)域中實現(xiàn)了國產(chǎn)控制系統(tǒng)的突破！擁有該領(lǐng)域國產(chǎn)百萬千瓦等級核電TCS系統(tǒng)的業(yè)績！并成功通過了上海市智能裝備首合突破和示范應(yīng)用項目的驗收。

通過采用國產(chǎn)系統(tǒng)平臺開發(fā)適用于百萬等級核電汽輪機的控制及保護系統(tǒng)，可以幫助我國盡快實現(xiàn)核電汽輪機組控制及保護系統(tǒng)技術(shù)的全面國產(chǎn)化。并實現(xiàn)控制系統(tǒng)的多樣化，擺脫長期依賴進口系統(tǒng)廠商的種種技術(shù)及貿(mào)易限制。同時，國產(chǎn)化百萬千瓦等級核電TCD系統(tǒng)從性能上可以替代進口產(chǎn)品并擁有自己的特色，價格上更是不到進口產(chǎn)品的一半！價格競爭力，便得本控制系統(tǒng)在核電領(lǐng)域具有廣闊的市場應(yīng)用前景。

百萬千瓦核電汽輪機閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖

百萬千瓦核電汽輪機閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)硬件及軟件的*性已可以適應(yīng)核電汽輪機控制保護系統(tǒng)的技術(shù)要求，且其系統(tǒng)可以根據(jù)不同的控制及保護系統(tǒng)的技術(shù)要求及時進行靈活的改進及調(diào)整，確保項目的成功實施。

同時，采用國產(chǎn)化系統(tǒng)平臺也可適應(yīng)我國核電控制系統(tǒng)全面國產(chǎn)化的需要，今后在我國核電機組中國產(chǎn)DCS系統(tǒng)將占有越來越多的，作為其中重要部分之一的汽輪機控制保護系統(tǒng)，如能夠越來越多地采用自主知識產(chǎn)權(quán)的TCS系統(tǒng)來實施，不僅能夠豐富核電產(chǎn)品序列，提高國產(chǎn)產(chǎn)品內(nèi)配程度，增強國產(chǎn)品牌在核電領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢，也能夠使我國掌握和升級核電關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計、制造核心技術(shù)，對國家提升核電裝備國產(chǎn)化率戰(zhàn)略做出積極響應(yīng)。

在巴基斯坦卡拉奇K2項目中，核電TCS系統(tǒng)主要實現(xiàn)監(jiān)視、操作、控制汽輪發(fā)電機組的正常啟動、運行、停機過程，保障汽輪發(fā)電機組的設(shè)備安全，記錄機組運行參數(shù)以及分析查找故障原因等功能。主要內(nèi)容如下：

1、核電TCS系統(tǒng)硬件部分：
FASTIO系統(tǒng)部分由快速處理器(TCU)、多功能輸入輸出通道模塊(FastIO)、模擬量端子板、數(shù)字量端子板和其他配件構(gòu)成。完成對汽輪機閥門的控制。

◆TCU模塊主要技術(shù)指標
主從處理器構(gòu)架
IO掃描周期1ms
可運行模塊數(shù)：16000個模塊
冗余通訊方式：雙100Mbps以太網(wǎng)
冗余切換時間：小于2ms
FASTIO模塊通道：
4路4-20mA電流輸出通道
2路±50mA電流輸出通道
12數(shù)字信號輸入通道
8路數(shù)字信號輸出通道
1路脈沖信號輸大通道

◆SUPSIS保護系統(tǒng)是用來監(jiān)視汽輪發(fā)電機組的關(guān)鍵參數(shù)，當超過限值時，發(fā)出遮斷報警信號，動作電磁閥，關(guān)閉全部進汽閥門。SUPSIS保護系統(tǒng)由1個主機箱和1個擴展機箱組成。

◆系統(tǒng)有三個序列構(gòu)成，每個序列包括輸入模塊、控制模塊(MPU)、輸出模塊。控制模塊對三個序列的輸入、運算結(jié)果、輸出都執(zhí)行2oo3表決。

2、核電TCS系統(tǒng)軟件部分
TCS系統(tǒng)軟件主要功能模塊包括包括轉(zhuǎn)速控制、超加速控制、負荷控制、快速降負荷、遠方負荷控制、蒸汽流量限制、圧力限制、熱應(yīng)力控制、閥門管理以及自啟停順序控制等等。本系統(tǒng)接收來自汽輪機的轉(zhuǎn)速信號，通過主控制器對轉(zhuǎn)速信號和其他信號進行邏輯判斷和運算，通過調(diào)節(jié)模塊的電流輸出來控制汽輪機的閥門，達到百萬千瓦級核電汽輪機轉(zhuǎn)速控制的要求。轉(zhuǎn)速、負荷控制過程，可以通過改變設(shè)定值方式進行干預(yù)。系統(tǒng)中對閥門控制方面，具有PID參數(shù)整定功能。閥門死區(qū)補償參數(shù)設(shè)定。汽輪機的啟停機運行，進行手自動無擾切換，保證汽輪機在額定負荷和最小負荷之間的任意負荷工況下保持穩(wěn)定運行。并能夠在任何時刻全部甩負荷或甩負荷到廠用電的瞬態(tài)工況下，不會引發(fā)意外停機。

3、核電TCS系統(tǒng)通過FastIO模塊的轉(zhuǎn)速通道接收來自汽輪機的轉(zhuǎn)速信號，通過TCU控制器對轉(zhuǎn)速信號和其他信號進行邏輯判斯和運算，通過FastIO模塊的AO通道輸出來控制汽輪機的閥門，達到汽輪機轉(zhuǎn)速控制的要求。

◆核電TCS系統(tǒng)性能指標
轉(zhuǎn)速回路控制桔度：±1r/min；
負荷回路控制結(jié)度：±0.5%額定功率；
轉(zhuǎn)速變化到伺服卡/智能卡AO輸出變化時間小于30ms；
控制器的CPU魚荷率小于40%；
系統(tǒng)可利用率：≥99.99%；
內(nèi)部存儲器的占有容量不大于50%，外部存儲器的占有容量不大于40%。

◆關(guān)鍵技術(shù)和水平
①系統(tǒng)響應(yīng)快，從汽輪機轉(zhuǎn)速發(fā)住變化到對閥門控制輸出變化時間小于等于30ms；
②系統(tǒng)響應(yīng)快，從油動機反饋發(fā)生變化到對閥門控制輸出變化時間小于等于5ms；
③系統(tǒng)具有冗余功能，包括網(wǎng)絡(luò)冗余、主控模塊冗余和調(diào)節(jié)模塊冗余；
④具有自校正功能，能自動測量出油動機的死區(qū)、零位和滿位；
⑤具有智能選擇功能，油動機的3路反饋中采取的選擇方法為3選中，2路選擇靠近指令，1路或者3路都異常時，關(guān)閉閥門；
⑥具有PI的零轉(zhuǎn)速和短路判別功能，區(qū)分汽輪機信號正常接入時0脈沖、汽輪機信號未正常接入的功能。
⑦線圈斷線短路檢測；