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1  工程概述

    嶺澳核電站二期工程計劃建設兩臺百萬千瓦級的壓水堆核能發電機組，是國家發改委確立的“核電自主化建設依托項目”，由中國廣東核電集團公司投資建設。在以嶺澳核電站為參考電站的基礎上，通過“翻版加改進”，工程首臺機組（#3機組）計劃將于2010年10月投入商業運行。
    2005年3月，中廣核集團公司就嶺澳二期常規島汽輪發電機組采購包（T-G包）與東方電氣集團公司（技術支持方：法國ALSTOM公司）簽定了設計和供貨框架協議。采用法國ALSTOM技術由東方電氣集團供貨的半轉速（1500r/min）凝汽式汽輪機發電機組，額定功率為1090MW，型式為單軸中間再熱三缸四排汽，由一個高中壓合缸和兩個雙流式的低壓缸組成。給水回熱系統為七級，由四級低壓加熱器、一級除氧器和兩級高壓加熱器組成，給水系統配置3×50%MCR電動給水泵。其中的汽機控制系統（GRE）和汽機保護系統（GSE）確定將采用ALSTOM公司P320 TGC數字化汽機保護和控制系統。

2  汽機保護和控制系統（TPCS）的總體技術方案

    ALSTOM Power 控制系統在電力生產過程控制領域有著成熟和廣泛的應用，在過去的25年內全世界有大約500臺核電、火電或水電機組應用了它的系列產品。其中P320 TGC數字式汽機保護和控制系統是ALSTOM Power數字式控制器系列的最新產品，它具有以下主要功能和特點：

?  符合用戶要求的高度的易操作性；
?  冗余的模塊化設計；
?  易于與機組DCS接口的結構；
?  根據機組運行條件自動選擇控制模式；
?  自動啟動和加負荷；
?  自動的轉速/負荷控制；
?  自動限制作用以防擾動；
?  汽機輔助設備的控制；
?  在各種運行條件下保護汽機。
在嶺澳核電站二期工程，P320 TGC汽機保護和控制系統有以下主要部分：
?  閉環控制
主要用于汽輪機的大部分調節和控制，包括啟動、轉速控制、負荷控制及負荷限制。
?  保護
主要包括超速保護、汽機保護、熱應力保護和汽機監視設備（TSI）。
?  就地的人機接口（HMI）和工程師站。

 

2.1  總體結構
    嶺澳二期汽機保護和控制系統的總體結構如圖1所示，它具有過程控制分散和冗余水平高的特點。

P320 TGC包括以下主要軟硬件系統：
?  閉環控制器，包括自動控制器和基本控制器；
?  保護裝置；
?  與DCS通訊的接口（P320 DCS或其他DCS）；
?  就地的操作員站；
?  工程師站。

2.2  控制器硬件
    汽機保護和控制功能主要由以下部件執行：
?  用于通訊控制的模塊―C80-75；
?  用于保護、自動控制、基本控制和現場IO采集的模塊―C80-35。
    模塊C80-35和C80-75來自于GE Fanuc控制器家族，是特別為ALSTOM Power和P320控制器的結構設計的。
    模塊C80-35由一個專用的電源、CPU、通訊模件和擴展槽組成的。根據不同的控制器功能，模塊可以雙重或三重冗余。另外，模塊間的通訊也是冗余的，并且采用基于WorldFIP標準的F8000內部總線通訊方式。
(1)  通訊控制器―C80 75
    冗余控制器C80-75是一個標準的模件組合：
?  CPU：CPX928，96MHz，80486DX4微處理器，32位，浮點運算，2Mb用戶內存；
?  F8000(FIP)總線控制器：BEM742，1Mbit/s，冗余配置；
?  S8000e（以太網）接口模件：CMM742，通過冗余的S8000總線可連接到人機接口和DCS；
?  總線傳輸模件：BEM713，冗余配置；
?  冗余的電源。
(2)  現場控制器―C80 35
?  電源
    最大電源輸入是24VDC 30W，它能提供隔離的+5V或+24V電源。另外配置了串行口，以便連接編程和診斷工具或操作員終端。
?  CPU
    基于AMD 586，133MHz的集成協處理器，邏輯和算術模件提供240Kb寄存器存儲器。主要執行順序和算術指令、程序存儲器尋址，處理診斷和管理與I/O卡的內部通訊以及中斷等。
?  網絡適配器
    網絡接口單元管理F8000網絡（連接現場控制器C80-35）上的線路訪問程序以及信號傳送。
(3)  閉環控制
    汽機閉環控制包括基本控制器和自動控制器，都由相同結構的冗余的模塊C80-35組成，運行在主/從模式下。當主控制器故障，備用（從）控制器自動投入運行，且故障單元能在線更換。
?  基本控制器
    兩個完全冗余的控制器（電源、CPU、通訊及IO卡）。單個或冗余的傳感器都分別硬接線到兩個控制器，并且控制器之間不斷交換運行狀態。當檢測到故障時，從控制器請求投入并啟動替換。
轉速測量精度：0.01%；頻率范圍：0.05Hz~15kHz；適用標準：API512，NEMA D級。
?  自動控制器
    自動控制器由雙重冗余的機架（CPU、輸入卡）構成。
    基本控制器直接面向汽機閥門，而自動控制器則綜合機組運行狀態，并結合轉速/負荷設定進行計算，通過基本控制器處理、放大后控制汽閥開關，并接受閥位反饋，以使汽機運行在安全和經濟的狀態下。
(4)  通訊
    通訊控制器采用雙重冗余的模塊C80-75，且運行在主/從模式下。
(5)  保護
    汽機電子保護系統采用三重通道設計，每個通道都能觸發跳閘保護和超速檢測。
?  采集原則
    傳感器信息可通過內部總線，在各個控制器之間完全共享；重要的傳感器信號應雙重或三重冗余，采集通道物理上完全隔離，每一信號都可通過內部總線，在各個控制器之間共享；超速檢測分別由三個經過驗證的專用傳感器SIL3執行。
?  超速
    超速檢測由三個獨立的超速模塊FT3124完成，每一模塊執行一個轉速傳感器的采集和監視。當檢測到汽機超速時，超速模塊直接使跳閘繼電器失電，以觸發汽機跳閘。
2.3  P320 TGC人機接口
    就地的人機接口（HMI）是由一套PC操作員站（運行在WINDOWS XP操作系統下）組成的，專用于調試和維護工作目的的，可布置在P320機柜附近。
    操作員站和CONTROCAD工程師站通過S8000-E以太網與通訊控制器連接。S8000-E網是一個冗余和冗錯的以太環網，通訊速率10Mb/s。
    操作員站可通過友好的人機界面提供詳細、準確和定期刷新的各汽機部件的數據，還可以幾種形式（包括定期制表）獲得歷史記錄。另外，操作員通過在顯示器上顯示（及時信息）或磁介質上記錄（存檔和事后回溯）及打印設備（永久記錄）獲得機組的運行數據。
2.4  工程師站
    CONTROCAD工程師站提供了專門為組態和維護而設計的高性能計算機輔助工具，運行在WINDOWS XP操作系統下，通過以太網（TCP/IP）與系統連接。

CONTROCAD工程師站的主要功能：
?  下載應用程序到各控制器；
?  監測各控制器的狀態；
?  在線修改調節參數；
?  獲得修改內容的歷史記錄；
?  應用功能塊圖、邏輯和數字算子來組態邏輯或控制回路功能；
?  編輯控制和監視系統數據及其功能。
2.5  與DCS的通訊
    當機組DCS采用ALSTOM P320硬件時，兩個系統通過公共的S8000-E以太網，由統一的通訊控制器控制，可方便地實現一體化。
    當機組DCS采用第三方硬件時，可以通過以下兩種方式實現互連：
?  單一的或雙重的從屬串行數據連接（Modbus）。采用RS-232/485串行連接，通過現場控制器從屬Modbus接口，實現與DCS的互連。
?  單一的或雙重的以太網（Modbus TCP/IP）網關（用于高速的數據傳輸）。
而對于重要的信號（如設定點、轉速、關鍵的報警和跳閘等），可以采用硬接線的連接方式。
2.6  時間同步
    P320 TGC系統的時間同步可通過兩種方法實現：
?  手動設定并接收P320 HMI的同步邏輯脈沖，以避免P320 TGC系統內部時鐘的漂移；
?  使用ALSTOM專用的GPS主時鐘，它能自動設置P320 TGC系統的內部時鐘。

3  結語

    嶺澳核電站二期汽機保護和控制系統在系統功能及其分配等方面參考嶺澳一期，其系統的功能、邏輯、整定值等基本保持不變。但由于嶺澳二期將采用全廠的數字化的分布式儀表控制系統，因此汽機保護和控制系統也相應在硬件和系統結構上有很大的改進，以滿足全廠的數字化要求，使核電機組安全、經濟地運行。