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1  工程概述

    嶺澳核電站二期工程計(jì)劃建設(shè)兩臺(tái)百萬(wàn)千瓦級(jí)的壓水堆核能發(fā)電機(jī)組，是國(guó)家發(fā)改委確立的“核電自主化建設(shè)依托項(xiàng)目”，由中國(guó)廣東核電集團(tuán)公司投資建設(shè)。在以嶺澳核電站為參考電站的基礎(chǔ)上，通過(guò)“翻版加改進(jìn)”，工程首臺(tái)機(jī)組（#3機(jī)組）計(jì)劃將于2010年10月投入商業(yè)運(yùn)行。
    2005年3月，中廣核集團(tuán)公司就嶺澳二期常規(guī)島汽輪發(fā)電機(jī)組采購(gòu)包（T-G包）與東方電氣集團(tuán)公司（技術(shù)支持方：法國(guó)ALSTOM公司）簽定了設(shè)計(jì)和供貨框架協(xié)議。采用法國(guó)ALSTOM技術(shù)由東方電氣集團(tuán)供貨的半轉(zhuǎn)速（1500r/min）凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，額定功率為1090MW，型式為單軸中間再熱三缸四排汽，由一個(gè)高中壓合缸和兩個(gè)雙流式的低壓缸組成。給水回?zé)嵯到y(tǒng)為七級(jí)，由四級(jí)低壓加熱器、一級(jí)除氧器和兩級(jí)高壓加熱器組成，給水系統(tǒng)配置3×50%MCR電動(dòng)給水泵。其中的汽機(jī)控制系統(tǒng)（GRE）和汽機(jī)保護(hù)系統(tǒng)（GSE）確定將采用ALSTOM公司P320 TGC數(shù)字化汽機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)。

2  汽機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)（TPCS）的總體技術(shù)方案

    ALSTOM Power 控制系統(tǒng)在電力生產(chǎn)過(guò)程控制領(lǐng)域有著成熟和廣泛的應(yīng)用，在過(guò)去的25年內(nèi)全世界有大約500臺(tái)核電、火電或水電機(jī)組應(yīng)用了它的系列產(chǎn)品。其中P320 TGC數(shù)字式汽機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)是ALSTOM Power數(shù)字式控制器系列的最新產(chǎn)品，它具有以下主要功能和特點(diǎn)：

?  符合用戶要求的高度的易操作性；
?  冗余的模塊化設(shè)計(jì)；
?  易于與機(jī)組DCS接口的結(jié)構(gòu)；
?  根據(jù)機(jī)組運(yùn)行條件自動(dòng)選擇控制模式；
?  自動(dòng)啟動(dòng)和加負(fù)荷；
?  自動(dòng)的轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制；
?  自動(dòng)限制作用以防擾動(dòng)；
?  汽機(jī)輔助設(shè)備的控制；
?  在各種運(yùn)行條件下保護(hù)汽機(jī)。
在嶺澳核電站二期工程，P320 TGC汽機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)有以下主要部分：
?  閉環(huán)控制
主要用于汽輪機(jī)的大部分調(diào)節(jié)和控制，包括啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制及負(fù)荷限制。
?  保護(hù)
主要包括超速保護(hù)、汽機(jī)保護(hù)、熱應(yīng)力保護(hù)和汽機(jī)監(jiān)視設(shè)備（TSI）。
?  就地的人機(jī)接口（HMI）和工程師站。

 

2.1  總體結(jié)構(gòu)
    嶺澳二期汽機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它具有過(guò)程控制分散和冗余水平高的特點(diǎn)。

P320 TGC包括以下主要軟硬件系統(tǒng)：
?  閉環(huán)控制器，包括自動(dòng)控制器和基本控制器；
?  保護(hù)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(jī)保護(hù)和控制功能主要由以下部件執(zhí)行：
?  用于通訊控制的模塊―C80-75；
?  用于保護(hù)、自動(dòng)控制、基本控制和現(xiàn)場(chǎng)IO采集的模塊―C80-35。
    模塊C80-35和C80-75來(lái)自于GE Fanuc控制器家族，是特別為ALSTOM Power和P320控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。
    模塊C80-35由一個(gè)專用的電源、CPU、通訊模件和擴(kuò)展槽組成的。根據(jù)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(biāo)準(zhǔn)的F8000內(nèi)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)的模件組合：
?  CPU：CPX928，96MHz，80486DX4微處理器，32位，浮點(diǎn)運(yùn)算，2Mb用戶內(nèi)存；
?  F8000(FIP)總線控制器：BEM742，1Mbit/s，冗余配置；
?  S8000e（以太網(wǎng)）接口模件：CMM742，通過(guò)冗余的S8000總線可連接到人機(jī)接口和DCS；
?  總線傳輸模件：BEM713，冗余配置；
?  冗余的電源。
(2)  現(xiàn)場(chǎng)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(xié)處理器，邏輯和算術(shù)模件提供240Kb寄存器存儲(chǔ)器。主要執(zhí)行順序和算術(shù)指令、程序存儲(chǔ)器尋址，處理診斷和管理與I/O卡的內(nèi)部通訊以及中斷等。
?  網(wǎng)絡(luò)適配器
    網(wǎng)絡(luò)接口單元管理F8000網(wǎng)絡(luò)（連接現(xiàn)場(chǎng)控制器C80-35）上的線路訪問(wèn)程序以及信號(hào)傳送。
(3)  閉環(huán)控制
    汽機(jī)閉環(huán)控制包括基本控制器和自動(dòng)控制器，都由相同結(jié)構(gòu)的冗余的模塊C80-35組成，運(yùn)行在主/從模式下。當(dāng)主控制器故障，備用（從）控制器自動(dòng)投入運(yùn)行，且故障單元能在線更換。
?  基本控制器
    兩個(gè)完全冗余的控制器（電源、CPU、通訊及IO卡）。單個(gè)或冗余的傳感器都分別硬接線到兩個(gè)控制器，并且控制器之間不斷交換運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，從控制器請(qǐng)求投入并啟動(dòng)替換。
轉(zhuǎn)速測(cè)量精度：0.01%；頻率范圍：0.05Hz~15kHz；適用標(biāo)準(zhǔn)：API512，NEMA D級(jí)。
?  自動(dòng)控制器
    自動(dòng)控制器由雙重冗余的機(jī)架（CPU、輸入卡）構(gòu)成。
    基本控制器直接面向汽機(jī)閥門，而自動(dòng)控制器則綜合機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，并結(jié)合轉(zhuǎn)速/負(fù)荷設(shè)定進(jìn)行計(jì)算，通過(guò)基本控制器處理、放大后控制汽閥開(kāi)關(guān)，并接受閥位反饋，以使汽機(jī)運(yùn)行在安全和經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下。
(4)  通訊
    通訊控制器采用雙重冗余的模塊C80-75，且運(yùn)行在主/從模式下。
(5)  保護(hù)
    汽機(jī)電子保護(hù)系統(tǒng)采用三重通道設(shè)計(jì)，每個(gè)通道都能觸發(fā)跳閘保護(hù)和超速檢測(cè)。
?  采集原則
    傳感器信息可通過(guò)內(nèi)部總線，在各個(gè)控制器之間完全共享；重要的傳感器信號(hào)應(yīng)雙重或三重冗余，采集通道物理上完全隔離，每一信號(hào)都可通過(guò)內(nèi)部總線，在各個(gè)控制器之間共享；超速檢測(cè)分別由三個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的專用傳感器SIL3執(zhí)行。
?  超速
    超速檢測(cè)由三個(gè)獨(dú)立的超速模塊FT3124完成，每一模塊執(zhí)行一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器的采集和監(jiān)視。當(dāng)檢測(cè)到汽機(jī)超速時(shí)，超速模塊直接使跳閘繼電器失電，以觸發(fā)汽機(jī)跳閘。
2.3  P320 TGC人機(jī)接口
    就地的人機(jī)接口（HMI）是由一套PC操作員站（運(yùn)行在WINDOWS XP操作系統(tǒng)下）組成的，專用于調(diào)試和維護(hù)工作目的的，可布置在P320機(jī)柜附近。
    操作員站和CONTROCAD工程師站通過(guò)S8000-E以太網(wǎng)與通訊控制器連接。S8000-E網(wǎng)是一個(gè)冗余和冗錯(cuò)的以太環(huán)網(wǎng)，通訊速率10Mb/s。
    操作員站可通過(guò)友好的人機(jī)界面提供詳細(xì)、準(zhǔn)確和定期刷新的各汽機(jī)部件的數(shù)據(jù)，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(guò)在顯示器上顯示（及時(shí)信息）或磁介質(zhì)上記錄（存檔和事后回溯）及打印設(shè)備（永久記錄）獲得機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
2.4  工程師站
    CONTROCAD工程師站提供了專門為組態(tài)和維護(hù)而設(shè)計(jì)的高性能計(jì)算機(jī)輔助工具，運(yùn)行在WINDOWS XP操作系統(tǒng)下，通過(guò)以太網(wǎng)（TCP/IP）與系統(tǒng)連接。

CONTROCAD工程師站的主要功能：
?  下載應(yīng)用程序到各控制器；
?  監(jiān)測(cè)各控制器的狀態(tài)；
?  在線修改調(diào)節(jié)參數(shù)；
?  獲得修改內(nèi)容的歷史記錄；
?  應(yīng)用功能塊圖、邏輯和數(shù)字算子來(lái)組態(tài)邏輯或控制回路功能；
?  編輯控制和監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)及其功能。
2.5  與DCS的通訊
    當(dāng)機(jī)組DCS采用ALSTOM P320硬件時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)公共的S8000-E以太網(wǎng)，由統(tǒng)一的通訊控制器控制，可方便地實(shí)現(xiàn)一體化。
    當(dāng)機(jī)組DCS采用第三方硬件時(shí)，可以通過(guò)以下兩種方式實(shí)現(xiàn)互連：
?  單一的或雙重的從屬串行數(shù)據(jù)連接（Modbus）。采用RS-232/485串行連接，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制器從屬M(fèi)odbus接口，實(shí)現(xiàn)與DCS的互連。
?  單一的或雙重的以太網(wǎng)（Modbus TCP/IP）網(wǎng)關(guān)（用于高速的數(shù)據(jù)傳輸）。
而對(duì)于重要的信號(hào)（如設(shè)定點(diǎn)、轉(zhuǎn)速、關(guān)鍵的報(bào)警和跳閘等），可以采用硬接線的連接方式。
2.6  時(shí)間同步
    P320 TGC系統(tǒng)的時(shí)間同步可通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)：
?  手動(dòng)設(shè)定并接收P320 HMI的同步邏輯脈沖，以避免P320 TGC系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘的漂移；
?  使用ALSTOM專用的GPS主時(shí)鐘，它能自動(dòng)設(shè)置P320 TGC系統(tǒng)的內(nèi)部時(shí)鐘。

3  結(jié)語(yǔ)

    嶺澳核電站二期汽機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)在系統(tǒng)功能及其分配等方面參考嶺澳一期，其系統(tǒng)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(shù)字化的分布式儀表控制系統(tǒng)，因此汽機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)也相應(yīng)在硬件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有很大的改進(jìn)，以滿足全廠的數(shù)字化要求，使核電機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。