通风控制系统改造.doc

1、通风控制系统改造内容提要秦山核电公司通风控制系统运行已有二十年的时间，原控制采用的是型仪表，故障率高。随着相关设备的更新换代，目前系统已经无法更好的满足工艺的运行需求。本文主要从项目的立项背景、系统现状与存在问题、改造的必要性、项目改造的范围和目标、系统改造后功能优化、与国内外同类技术比较及创新点、效益分析等方面作了详细的阐述，确保改造后的通风系统能够高效稳定的运行。 关键词通风集散控制系统（以下简称 DCS）改造 中图分类号：TD72 文献标识码：A 1.0 概述 通风控制系统改造源于 2005 年 6 月，项目组启动对整个通风控制室进行改造项目的前期工作。通过调研，编制了采用安全级继电器屏

2、和手操盘加上非安全级 DCS 系统的半数字化改造方案，并于 2005 年 11 月通过公司技术委员会评审通过，项目正式立项。通风控制室涉及的系统多，接口复杂，为了不影响电站的运行，在项目管理上制定了周密的计划和相应的现场措施即改造分两步实施，第一步，在 2006 年公司第九次换料大修期间完成安全级继电器柜和手操盘部分的改造工作；第二部，在2007 年公司第十次换料期间完成非安全级 DCS 系统部分的改造工作。 通风控制室原为传统的模拟控制室（如图 3 所示）, 采用大量的模拟指示表、操作开关、指示灯和报警光子牌，对整个核岛厂房通风系统进行控制和监视。另外，控制室还安装了通风微机，用于对整个核岛

3、厂房通风系统的自动控制和联锁保护逻辑。 通风控制室自电厂并网运行至今近二十年，各种设备寿命即将到期，部分设备的老化不仅产生了昂贵的维护费用，也已经影响到了核电厂的安全生产。比如原通风微机是北京椿树电子仪表厂 80 年代的产品，由于其设备自身及相关系统设备的原因，从调试阶段起，诸多功能未能达到原设计要求，自电厂投运以来，大部分设备只能采用手动操作，无法实现空调系统的自动调节功能。通风微机的变更改造工作从 1997 年开始规划。 为提高管理效率、降低成本、保证安全，对陈旧设备和系统进行更新改造，将模拟仪表逐步改造为数字化 DCS 系统，提高自动化程度是大势所趋。通风控制室改造 DCS 项目就是诞生

4、在这一背景下的改造项目。 2.0 系统现状与存在的问题 通风控制室包括通风微机(CB560-CB565 及 CB567)与CB550CB559、CB566、CB570、CP5501、CP5502 等控制盘柜,与主控制室里的通风仪表一起实现对整个核岛通风系统的控制和监视功能。 通风微机(CB560-CB565 及 CB567)负责核岛通风系统所有的自动联锁及调节功能。该系统是北京椿树电子仪表厂 80 年代的计算机产品，但由于其设备自身及相关系统设备的原因，从微机调试阶段起，诸多功能不能达到原设计要求。十几年来，大部分设备、阀门的启闭均为手动操作，无法实现空调工况的自动调节及自动转换，仅 K5-2

5、、P2-1、P3-2 系统的联锁控制由该系统来实现。通风微机已于 1997 年做了报费处理（报废单号：97-0036） 。但因为 K5-2、P2-1、P3-2 系统的联锁控制还需要该来系统完成，故系统一直处于投运状态，但运行情况很不稳定，目前已经影响到了月度试验的正常进行，急需进行改造。 CB550CB559、CB566、CB570、CP5501 等控制盘柜负责除了在主控室控制外的其它通风设备的操作与监视功能，这些控制盘设备陈旧，二次表多为指针式，指示精度不好，故障率又高，备品备件也缺乏，部分已坏的二次表已换成了无纸记录仪。 现场 DBC 系列流量和差压变送器，使用胶皮引压管，故障率较高，测量

6、精度也较差。已故障的变送器都已更换为上自仪一厂的 1151 系列变送器。(详细清单见附表一) FT4801 等四只流量变送器和 TE17001 等 17 只温度变送器参与了核级调节阀（或即将变更为核级的调节阀）的自动控制，但这些变送器本身不是 1E 级。 （详细清单见附表二） 目前的通风微机控制着核级设备，但该系统不是 1E 级。 P3-2 系统为核级，但其控制设备安装在风控室 CB555-2 和 CB556 上，这些控制盘及其上设备均为非 1E 级。 P5-1/3/5/6/7 等风机根据最终安全评审，应该为核三级，但实际设备为非核级，相应的控制设备（包括电气控制回路、控制室操作开关、温度控制

7、设备以及相应的温度变送器）也为非 1E 级。 3.0 系统改造实施工作 系统的改造在经过项目组前期的规划、设计、论证、产品调研后进入了现场实施阶段。现分别从项目改造的必要性、改造的范围和目标、系统改造后的优越性方面进行详细的分析。 3.1 改造的必要性 K5-2、P2-1 和 P3-2 为核三级，根据核安全法规，其控制设备应该为1E 级，目 前的通风微机达不到此要求，而且作为已报废系统仍在运行，不符合厂里的管理制度，必须立即对微机系统进行改造；P3-2 的控制开关等设备安装在 CB555-2 和 CB556 上，达不到 1E 级要求，需要进行改造。 04 年 2 月 9 日“05#通风一位机的

8、问题”C 级状态报告“ZTBG04-02009”要求加 快改造通风微机改造进程； 运行部提出，希望改变目前风控室的操作监盘方式，风控室不再保留操作人员， 相关的操作监视由付副室值班人员来完成，要达到此要求，必须对风控室 CB550CB559、CB566、CB570、CP5501 等控制盘柜进行改造。 DBC 系列变送器除精度差、故障率高等缺点外，其反馈信号为010mA，微机更 换后，其模拟量输入卡可接收 420mA、010V、15V 等标准信号，所以需对 DBC 系列变送器进行变更。其中部分变送器的二次表在主控室和就地控制盘，这些二次表也需要做相应更改。 风控室里的 CB550CB559、CB

9、566、CB570、CP5501 等控制盘柜，由于采用了大 量的硬接线，接线复杂，维修较麻烦。计算机控制技术的发展，已经使得计算机控制系统的可靠性大大提高（MTBF 号称 50000 小时以上） ，从而使得用计算机控制系统取代传统的手动操作监视盘成为可能。如采用这种可靠的计算机控制系统，不仅可减少设备的故障率，而且还可提高设备的可维修性和维修的便利性，从而减少设备维修方面的工作量。 3.2 改造的范围和目标 改造的范围主要为：05# -7.2M 层 207 通风控制室的 CB560-CB567、CB550CB559、CB570、CP5501 等控制盘柜、部分变送器及其相应二次表。对风控室里的控

10、制盘柜采用整体替换的方式，即用分布式的计算机系统（PLC 或 DCS 均可） 、1E 级的继电器柜及 1E 级操作盘来替换原通风微机及其它控制盘柜。对于这些要更换的设备采取以下的原则进行变更： 原在风控室的手操开关：1E 级部分集中在一个控制盘上，移到副控制室，非 1E 级部 分由改造后的通风微机来实现，即在远程终端上通过鼠标来操作相应设备； 原在风控室显示的模拟量：全部接入改造后的通风微机系统（1E 级部分先送到 1E 级 处理设备，然后再转送通风微机） ； 原在风控室指示的风机和阀门状态：反馈触点全部接入改造后的通风微机（电气控 制回路可能需要适当修改，比如去掉原风控室指示灯、增加扩展继电

11、器等） ，通过远程终端进行监视； 原风控室 CB559 实现的风机跳闸报警：非核级风机，由微机通过远程监视终端来实 现；核级风机（P3-2A/B）改到副控室的控制盘上。 非 1E 级联锁调节功能：由改造后的通风微机来实现； 1E 级联锁逻辑：用 1E 级继电器柜来实现； 1E 级自动调节功能：用川仪的 1E 级 KMM 单回路调节器来实现，原在主控室操作的阀 门的调节器仍装在主控室，原在风控室操作的阀门的调节器安装在副控室的控制盘上.（详细清单见附件一） P5-1/3/5/6/7 等风机的控制：本变更只将控制回路和相应变送器改为 1E 级，电气控 制回路在风机变更时再考虑。 1E 级变送器：如

12、需要保留 1E 级自动调节功能，则参与控制的变送器要更换为 1E 级 变送器。 35 台 DBC 系列差压或流量变送器 ，更换为 1151 系列变送器，其中有 12 台变送器的 二次表在主控室或就地控制盘，这些二次表也要做相应更改。 改造完毕后，风控室将成为设备室（如图 4、5 所示） ，不再需要操作人员值班，原有的操作监视功能移到副控室。 3.2.1 核安全相关的子系统尽量遵循原设计，但部分或者全部调节阀取消自动控制功能，原为核级或者目前还不是核级但最终安全分析报告或最终安全评审认为应该为核级的设备的控制均采用 1E 级设备，以为核岛通风系统完全满足核安全法规之要求打下基础。为减小本次变更的

13、复杂性，应该为核级设备的电气控制回路本次变更暂不更改，待主设备变换时再进行更改。 3.2.2 对非核安全相关子系统，根据现场设备实际情况及运行要求对原设计做部分修改简化（详见附表一） ，相关的控制监视功能由新的微机系统来实现。 为了尽可能减少操作人员的工作量，新的微机系统要实现以下功能：工艺参数的监视报警、趋势显示、历史数据查询等功能； 流程图功能； 设备自动运行功能；（尽量提高设备的自动化程度） 设备运行状况监视功能；（比如风机跳闸报警、阀门动作时间过长报警等） 为了尽可能减少检修人员设备维护方面的工作量，新的微机系统除选用稳定可靠的 设备外，还要具有以下功能： 设备自诊断及状态显示功能；

14、CP5502 柜保持不变。 （该柜实现的是 05 生产排水泵的手动控制，这些泵有自动 和手动控制，运行认为该柜留在风控室，可由巡检人员进行可能的操作。 ） FB051（火灾报警柜）由专门的变更负责，本变更不考虑。 其它的主控室风控仪表、就地仪表及电气回路尽量保持不变。 原通风微机供电来自 2（A 通道）及 4UPS（B 通道） ，容量为10A，原通风控 制盘的供电分别来自 LP5122（A 通道） 、LP5325（B 通道） 、LP5331（C 通道） ，容量为 50A，改造后，仍用这几路电源，可增加一供电屏，根据实际设备的通道及功耗进行分配，初步的方案是 1E 级继电器柜使用来自 UPS 的

15、重要仪表电源，新的微机系统功耗较大，使用来自安全段的 LP5122 及 LP5325 两路电源，需要供电的调节阀则根据相应通道供电。 外部信号接口（与电气控制回路及一次仪表）：原风道调节阀反馈的 0-10mA，需 要串联 1K 电阻转换成 0-10V 标准信号；差压和流量变送器反馈换成1151 系列后输入信号改为 420mA；冷冻水调节阀和个别风道调节阀换型后控制输出和反馈信号均改为 420mA；其它输入输出信号接口保持不变；3.3 改造后的优越性 通过调研并结合国产化要求，通风控制室 DCS 改造项目选择采用国产 1E 级控制机柜加国产非 1E 级 DCS 系统的方案，提高核电厂通风控制系统

16、的安全裕度和自动化程度。 通风控制系统 1E 级部分采用可靠性更高的核级继电器、KMM 控制器等代替原来的一位微处理机（如图 1 所示）对事故后通风机组进行控制。改造后，1E 级控制设备集中布置在 1E 级控制盘（如图 2 所示）上；控制设备和盘柜的分布如下： (1)、辅控室布置 2 个 1E 级机柜，分别是： 机柜 CB260，用于控制 P3-2A； 机柜 CB261，用于控制 P3-2B； (2)、通风控制室布置 2 个 1E 级机柜，分别是： 机柜 CB560，控制的系统包括 P1-1/A/B/C/D，P2-1A/B，P3-1A/B，K5-2A； 机柜 CB561，控制的系统包括 P2-

17、1C/D，P2-2A/B/C/D，K5-2B。 3.3.1 通过改造解决的主要技术问题: 通道隔离问题：A、B 通道电缆重新布置，真正实现了通道隔离的功能； B 通道联锁试验：核级信号联锁启动事故风机，真正实现通道联锁功能； 新加入调节性能：对原有的 P2-1、P3-2 系统的调节阀加入自动控制功能； 图 1、改造前通风系统一位微处理机 图 2、改造后通风系统 1E 级盘柜 改造项目的非 1E 级部分，选用了 DCS 控制系统即 WebField ECS-100控制系统。DCS 控制系统是本次改造的核心设备，承担了所有非核级通风设备的手动操作、联锁保护、参数监视和自动调节任务。 通风控制系统 DCS 配置 2 个操作员站，1 个工程师站，2 个控制站和一套过程控制网络组成，总共包含 4 个控制柜，1 个电源分配柜，6 个外配柜。2 个操作站在辅助控制室，而工程师站和机柜均在通风控制室电子间，两者相距约 300 米，采用光纤连接，实现了在辅助控制室监控通风系统的目的。 3.3.2 改造项目主要在以下几个方面进行了优化：