基于ＮＩＣＳＹＳ２０００平台的试验数据采集和试验仪表系统与核电厂ＤＣＳ一体化改进研究与应用 左熠昕 何小龙 张振平 王 权 米 东 庄 其 郭绍帅
（海南核电有限公司调试生产准备一处）
摘 要：介绍了ＨＰＲ１０００项目核电站试验数据采集（ＩＤＡ）和试验仪表系统（ＩＴＩ）以及事件顺序记录（ＳＯＥ）／事件追踪（ＴＲＡ）的设置方案，通过对ＳＯＥ／ＴＲＡ／ＩＴＩ／ＩＤＡ的一体化系统的分析，提出与ＤＣＳ平台一体化集成的改进措施，实现了真正的仪控平台一体化。该改进处理方案通过在现有的ＨＰＲ１０００项目上的实施与应用，成功减少了机柜／服务器／供电柜等各种资源的占用，同时保证了信号的实时性和有效性。 关键词：ＩＤＡ；ＩＴＩ；ＤＣＳ；仪控平台一体化；ＨＰＲ１０００
１ 设计改进的原因和背景
１ １ ＩＤＡ部分
以某ＨＰＲ１０００核电厂为例，试验数据采集系统（ＩＤＡ ＴｅｓｔＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉ
ｏｎ）是一个专用仪控系统，平台安全分级为“非安全级”（ＮＣ）采用数字化的控制系统实现试验数据采集、处理和分析［４］。试验数据采集系统主要用于下列情况：
在机组调试启动过程中，为其他各系统的试验提供监视、记录和分析手段。
１）在机组正常运行和维修中进行的各种试验［５］；
２）在事件发生时自动启动相关数据采集；
３）对机组重要参数进行长期不间断记录。
对于ＩＤＡ系统，由于需要实现试验功能、故障录波、瞬间统计功能，因此对于数据的采集有着精确度和速度的要求，即：模拟量输入信号的分辨率应小于２５ｍｓ，数字量输入信号分辨率应小于１ｍｓ，且在事故发生后，可以自动记录条件满足前１ｍｉｎ和条件满足后６ｍｉｎ的相关变量的采样速率，信号来源有：现场信号／ＤＣＳ平台共用信号／ＤＣＳ内部变量／临时用于试验信号；根据现有已在运行核电项目仪控第三方平台和ＮＣ电厂控制系统现状，很多压水堆项目使用的ＩＤＡ平台均为独立于ＤＣＳ系统的厂家供货，存在以下问题：
１）与ＤＣＳ平台有关信号需通过硬接线送入ＩＤＡ机柜，导致电缆数量和机柜数量的增多；
２）与ＤＣＳ平台有关信号在送入ＩＤＡ时需要进行打时标，但是很多信号的送出是在ＤＣＳ经过处理周期后送出，与实际信号偏差较大；
３）当需要进行试验时，由于使用第三方平台，只能临时通过硬接线送入机柜，对于布线受到卡件和机柜数量的限制。
为了解决以上问题，提出以下改进方案：在ＮＣＤＣＳ平台满足ＩＤＡ功能需求的前提下（主要为满足快采需求），将ＩＤＡ与ＤＣＳ平台（ＮＣ部分）一体化，ＩＤＡ与ＮＣＤＣＳ之间有联系的信号（共用，内部计算，临时试验）均通过网络传输给ＩＤＡ。
玩具滑翔机制作１ ２ ＩＴＩ部分
试验仪表系统（ＩＴＩ）为专用仪控平台系统，安全分级为非安全级（ＮＣ），主要是在核电厂运行期间进行以下试验：
１）计算反应堆热功率；
２）通过热交换器试验计算热交换器换热。
这些普遍为一周一次的定期试验，同时ＩＴＩ系统还可进行ＹＰ／ＹＤ／ＹＴ测试信号（用于泵、热
交换器、过滤器进行定期性能检查）的就地指示，并预留传输到ＩＴＩ数据采集柜的临时试验扩展接口，在现有运行项目上，普遍通过硬接线与ＤＣＳ通讯，增加了卡件、机柜、电缆的数量。因此，在确保ＤＣＳ（ＮＣ部分）平台满足ＩＴＩ系统的需求下将ＩＴＩ与ＮＣＤＣＳ采用同一个平台，与ＮＣＤＣＳ共用的信号，ＮＣＤＣＳ通过网络将ＩＴＩ所需信号送入ＩＴＩ系统。
１ ３ ＴＲＡ、ＳＯＥ部分
ＤＣＳ系统内部所有的ＳＯＥ模块都保持严格的计时同步，由同一个时钟源发送同步信息，本被测对象采用ＧＰＳ作为标准时钟源，通过硬接线的形式接收信号源的ＰＰＳ（秒脉冲）信号，通过报文的形式接收
控制器发送的年月日时分秒，组成完整的时间格式。事故瞬态追踪ＴＲＡ（ＴｒａｎｓｉｅｎｔＲｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓ）和事件发生顺序系统ＳＯＥ（ＳｅｑｕｅｎｃｅＯｆＥｖｅｎｔ）功能为在事件发生前／后，将精确的数据提供给操纵员，并对事故相关信号进行分析，通过应用给出事件结果以进行参考，实现事件追踪和事件顺序记录，以将结果呈现给操纵员，如果采用第三方平台，那么会引入多余的卡件／机柜／线缆，最主要的问题在于，送给操纵员画面的数据由于存在非本平台数据来源，可能会经过几个机器周期而导致信号实时性无法保证。因此，鉴于此种情况，在考虑ＤＣＳ平台（非安全级）符合瞬态／事故追忆的功能需求的前提下，考虑将ＴＲＡ／ＳＯＥ平台与ＩＴＩ／ＩＤＡ平台一体化。
２ 设计改进描述
２ １ 改进前ＩＤＡ设计及优化角度
以某ＨＰＲ１０００电厂为例，在设计优化前，由于未采用一体化平台，系统架构如图１所示。
图１ 某在运行ＨＰＲ１０００核电机组ＩＤＡ架构
为此要配备５６块板卡。
从框架图可以明显看出，由于ＩＤＡ数据采集机柜采用第三方平台，考虑到机柜和通道冗余度问题，主要的问题在于机柜容量资源以及卡件的重复利用，次要问题为硬接线的过度使用导致后期运维难度增加，对于电厂而言要增加对应的预维项目，供电方还需要独立的供电机柜，所以考虑主要从卡件方面进行优化，使用与非安全级ＤＣＳ同平台的卡件用以增强对各项资源的利用。
２ ２ 改进前ＩＴＩ设计及优化角度
以某在运行ＨＰＲ１０００压水堆核电厂为例，在设计优化前，整个平台框架如图２所示
。
笔式数字万用表图２ 某在运行ＨＰＲ１０００核电机组ＩＴＩ系统平台架构
从图中可以看出，服务器是可以与ＩＤＡ平台共用，如果和ＤＣＳ（非安全级）共用网络，则可以交换机与ＩＤＡ共用。同时，当数据采集机柜采用和非安全级ＤＣＳ平台一致时，可以节省卡件和机柜的数量。
２ ３ 改进前ＴＲＡ／ＳＯＥ设计及优化角度
现阶段在运行电厂的ＴＲＡ／ＳＯＥ平台与ＩＤＡ保持一致（信号采集机柜），均为非安全级设备，且服务器共用，沿用ＩＤＡ／ＴＲＡ／ＳＯＥ数据采集一体化的设计增加了对机柜／机笼／卡件的利用率，由于使用的ＩＤＡ信号采集板卡均为快采卡件（热电阻卡件除外），所以对于ＳＯＥ／ＴＲＡ的点位设置也增加灵活度，优化角度则为信号采集机柜使用同平台，如果使用不一致的平台，则又需要新的资源（机柜／设备／电厂空间等）。
支撑梁三个平台物料总计如表１所示。
表１ 三个平台物料总计表
平台
设备
服务器柜数据采集机柜供电柜操作台集中编组柜总计历史服务器ＩＤＡ共用＼＼＼＼１
时钟服务器ＩＤＡ共用＼＼＼＼１
交换机２＼＼２＼７
工作站＼＼＼１＼３
打印机＼＼＼１＼１
平台
设备 服务器柜
数据采集机柜
供电柜
操作台
集中编组柜
总计
电气器件（空开、端子排、电源转换模块、接线／接线箱等）
若干若干若干若干若干若干板卡（第三方平台）
至少３层机笼
２８块不同种类板卡
＼＼
至少１１２块板卡１２层机笼
２ ４ 总体优化思路
１）数据采集机柜与非安全级平台保持一致；２）服务器／交换机设备／机柜空间共用；３）减少硬接线／通讯电缆使用范围，同时减少供电单元使用数量；
４）减少隔离模块使用数量。
２ ５ 改进方案
２ ５ １ 整体设计
设计改进框图如图３所示
。
图３
应用ＮＩＣＳＹＳ２０００平台一体化后的ＩＴＩ／ＩＤＡ／ＴＲＡ／ＳＯＥ一体化仪控平台因此统计结果如表２所示。恶劣的太阳
表２ ＴＲＡ／ＳＯＥ／ＩＴＩ／ＩＤＡ系统物料清单（总计）
平台
设备
服务器柜
数据采集机柜
供电柜
ace3操作台
集中编组柜
总计
历史服务器１（置于Ｎ
ＣＤＣＳ服务器机柜与ＩＤＡ共用）＼＼＼＼１
时钟服务器主ＤＣＳ时钟服务器共用
＼＼＼＼＼交换机＼＼＼２＼２工作站
＼＼
＼
３
＼
３
平台
设备
服务器柜数据采集机柜供电柜操作台集中编组柜总计
打印机＼＼＼（ＩＴＩ／ＴＲＡ／ＳＯＥ
共用）
＼１
电气器件（空开、端子排、
电源转换模块、接线／接线箱等）
若干若干若干若干若干若干
板卡（第三方平台）＼
分散在ＮＣＤＣＳ
里，采集信号不
再重复配置板卡
＼＼＼
６层机笼
５６块板卡
注：ＩＤＡ／ＩＴＩ／ＴＲＡ／ＳＯＥ系统点分为两类：１）非安全级工艺系统点（散落在各个工艺系统图纸中）；２）来自采用其他平台的系统点。ＩＯ的分配处理：１）类采用工艺机柜本柜实现；２）类点采用专用的机柜实现。
２ ５ ２ 通信设计
ＩＤＡ／ＩＴＩ／ＴＲＡ／ＳＯＥ系统包括一层（Ｌｅｖｅｌ１）和二层（Ｌｅｖｅｌ２）。
控制器与主ＤＣＳ一层网络之间通过以太网线连接，带宽为１００Ｍｂｐｓ，冗余控制器中每个控制器的两个以太网口接在不同环网上；二层分析站及高速历史服务器采用带宽为１０００Ｍｂｐｓ的以太网网线接入到主ＤＣＳ一层网络。
２ ５ ３ 时钟设计
ＩＤＡ／ＩＴＩ的授时系统是由ＤＣＳ侧两台互为冗余的时钟服务提供时钟源，主ＤＣＳ两台时钟服务器发送Ｂ码信号（光纤）至一层机柜提供同步信号；对于高速历史服务器和分析站的时钟信号，通过主ＤＣＳ的时钟服务器提供ＮＴＰ协议（网线）。
２ ５ ４ 对比分析
（１）物料方面
通过与改造前的物料清单对比，依次减少１台服务器机柜、１台时钟服务器、４台交换机、２台供电电源柜和对应的电气设备器件（空开、继电器、端子排、２２０ＶＡＣ／２４ＶＤＣ电源转换模块、接线／接线箱等），同时板卡从１１２块板卡／１２层机笼减少为６层机笼５６块板卡，控制柜数量从４台减少到２台，电厂空间（机柜占地）也相应减少，定期试验和预维项也相应减少。
（２）信号实时性方面手动注油器
设计优化前，信号的时间标签与实际的时间没有偏差的信号只有就地信号；设计优化后，信号的时间标签与实际的时间没有偏差的信号包括就地信号及与ＮＣ机柜共用的信号。信号的实时性更好，试验结果的分析更精确，同时由于ＳＯＥ／ＴＲＡ信号的采集和处理都集成到ＤＣＳ中，减少了优化前的第三方系统到ＤＣＳ系统的通信环节，很大程度上保证了这些信号显示的实时性。
（３）在临时试验信号的接口方面
设计优化后，与ＮＣＤＣＳ共用的高速卡件采集的信号及ＮＣＤＣＳ的内部变量信号均可通过网络直接送入ＩＤＡ，不受ＩＤＡ机柜空间和卡件的限制，可根据需要灵活增加。设计优化后，临时试验信号规模和灵活度增加，有利于试验分析和系统调试。
３ 结束语
电厂ＤＣＳ仪控平台一体化提高了信号的实时性，减少了物料和资源的使用，增加了信号布置的灵活性。随着国产化的ＤＣＳ平台软硬件的发展，后续可进行不同现场信号收集（辐射仪表／地震仪表／转动设备监测／老化）的ＤＣＳ配套模块也将进一步增加，适用于不同情形的信号采集，未来的仪控平台一体化将是一个大的趋势，当然这个一体化的过程需要用户和厂家共同推动，并且通过引入智能仪表平台（ＭＯＤＢ ＵＳ ＲＴＵ等），进一步增加仪控平台的紧凑度和信息获取能力，为５Ｇ时代和人工智能智慧电厂的应用及发展提供基础。
参考文献
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［３］ 杨岐 核电厂数字化Ｉ＆Ｃ系统关键技术研究现状及发展策略［Ｊ］．核动力工程，２００２，２３（Ｓ１）：
６６ ６９
［４］ 赵爽，核电厂ＤＣＳ系统现场控制站ＳＯＥ信号测试方法研究［Ｊ］．仪器仪表用户，２０１６，２１（１）：
８７ ８８
［５］ 杨萌 试验数据采集系统的信号实时性分析［Ｊ］．仪器仪表用户，２０１９，２６（３）：９７ ９８
（收稿日期：2022 08 11）
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