“龙鳞”系统正式发布:核电安全“守护者”

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我们的核电站什么时候才能用上自主的安全控制系统?这个扎心的问题终于有了答案。

摘要:
历时五年研发,中国核工业集团有限公司(下称中核集团)于12月6日在成都正式发布国内首套军民融合核安全级DCS平台“龙鳞系统”(NASPIC)。历时五年研发,中国核工业集团有限公司(下称中核集团)于12月6日在成都正式发布国内首套军民融合核安全级DCS平台“龙鳞系统”(NASPIC)。中核集团党组副书记、总经理顾军在发布会上介绍称,该平台拥有完全自主知识产权,已通过最高等级的功能安全认证,部分关键指标达到国际领先水平,具备“走出去”条件,适用于核电站、研究堆、小堆等多种反应堆控制系统。自主化的核电站数字化仪控系统有助于中国核电技术实现整体出口。目前国内在运核电站中大部分的DCS系统依赖于国外进口,核级DCS系统和核主泵的自主化短板常被喻为中国核电行业的“神经病”和“心脏病”。“龙鳞系统”的问世将改变上述格局。中核集团党组副书记、总经理顾军,中国核动力研究设计院院长罗琦及“龙鳞”团队如果将核电站比作人体,核电站数字化仪控系统(下称“DCS”)相当于人的中枢神经系统。在神经系统健康运行的时候,通过处理、分析各神经元接收的外界信号,控制身体做出应有的肢体反应。
DCS控制着核电站近300多个系统、近万套设备,是核电站四大关键设备之一。核电DCS通常分为两部分,其中的非核级部分,和常规发电厂的控制系统一样,主要是在电站正常运行时的监视和控制。核级DCS的作用则是在发生事故时紧急“刹车”,实现事故工况下反应堆安全停堆、专设安全设施驱动等功能,限制或减轻事故后果,保障反应堆及人员安全,是确保核电站安全运行的最关键部分。中国核电行业发展30多年以来,核电站的国产化率从1%提升到85%-90%。由于安全等级高、技术复杂等原因,相比于其他设备,核电站仪控系统是较晚实现国产化的关键零部件。DCS集计算机、控制、通讯等多门类学科于一身,是非常庞大而复杂的系统。用于核电厂的安全级DCS技术要求则更高,受到一系列核安全法规、标准的约束。“龙鳞系统”由中核集团直属核心研发单位中国核动力研究设计院(下称核动力院)研发。核动力院是中国唯一集核反应堆工程研究、设计、试验、运行和小批量生产为一体的大型综合性科研基地。2017年11月,“龙鳞”安全级DCS模拟件经过严苛的鉴定试验考验和国防科工局的审查,取得军工核安全设备制造许可证。今年11月,经过严苛的鉴定试验考验和国家核安全局的审查,“龙鳞系统”取得《民用核安全设备设计和制造许可证》,由此获得国内民用核电厂安全级DCS设备供货“牌照”。核动力院“华龙一号”工程样机测试区核动力院核动力仪控工程中心主任、“龙鳞系统”平台研发项目经理吴志强对包括澎湃新闻在内的媒体表示,“龙鳞系统”包括主控制站、安全显示站、网关站、工程师站等,目前在软件和系统集成方面已经实现100%的国产化,不存在任何黑盒子和出口限制。据澎湃新闻了解,“龙鳞系统”已于2016年9月在方家山核电KRS改造项目上成功投运及验收,目前运行良好。除此之外,该系统已获得两个工程订单,并将应用于后续自主三代核电“华龙一号”项目。发布会当天,核动力院设计所所长助理刘艳阳对澎湃新闻称,“龙鳞”项目随中核集团“华龙一号”核电技术的立项而立项,继承了军用安全级平台和“华龙一号”先进堆芯测量系统等安全级设备的核心技术。研发团队梳理了欧标、美标和国标三大套标准,与国外类似产品相比,“龙鳞系统”在设计、验证、试验鉴定等各个环节符合了最全面且最严格的国际和国内标准要求,核安全级DCS系统在实现国产化后的成本优势明显。据刘艳阳介绍,“龙鳞”的核心竞争力在于可靠性:采用先进可靠的信息安全技术,通信误码率低至10的负11次方,领先国际标准一个量级。通过1.4倍裕度地震鉴定试验,反应谱最大加速度超过10g,超过八级地震烈度,属于业内最高标准。“在产品鉴定上,我们设置了高温、高湿、电磁干扰等各种严酷环境,抗震性能预估了今后使用场合可能遇到的最大地震概率。”此外,“龙鳞”具备完全自主知识产权的安全操作系统,通过软件V&V(验证与确认)和第三方独立测试,有利于之后的程序迭代。

资料图:2018年5月23日拍摄的中广核防城港核电二期工程3号机组穹顶吊装施工现场。(新华社发
广西防城港核电公司供图)

12月6日,中核集团自主研发的我国首套军民融合核安全级DCS平台龙鳞系统正式发布,意味着中国将不再受国外技术垄断的钳制,使我国成为了世界上少数完全掌握该技术的国家。

(科技日报12月7日报道)控制核电站一两百个系统、近万个设备运行和各类工况的DCS(数字化控制系统),被比作核电厂的“中枢神经”系统。安全级DCS可实现事故工况下反应堆安全停堆、专设安全设施驱动等功能,被认为是核电仪控领域的至高点。

一个梦想:仪控系统自主化

6日,我国首套军民融合安全级DCS平台——“龙鳞系统”发布。“这是我国拥有完全自主知识产权的平台,适用于核电站、研究堆、小堆、动力堆等多种反应堆控制系统。”中核集团总经理顾军说,“龙鳞系统”的问世,让我国安全级DCS具备了“走出去”的条件,有助于我国核电技术实现整体出口。有助于我国核电技术实现整体出口。

数字化控制系统被称为核电站的中枢神经系统,其中安全级DCS作为DCS的关键组成部分,是负责保命的部分。

■历时30年 梦想照进现实

新萄京娱乐场下载 ,安全级DCS用来完成事故工况下反应堆安全停堆、专设安全设施驱动等功能,限制或减轻事故后果,保障反应堆及人员安全,是核电站安全运维的关键。

在多年工程经验基础上,1988年,中核集团中国核动力研究设计院(以下简称核动力院)开启由军转民、军民融合发展的征程,参与设计秦山核电二期工程反应堆与一回路系统。那时核动力院只负责设计,设备则从国外采购。一次产品验收时,设计人员发现技术指标与设计需求不符,希望整改时却被供货商傲慢地拒绝了。设计所所长助理、仪控专业首席专家刘艳阳曾立下誓言,仪器仪表也要全面实现自主化、国产化。

简单来说,安全级DCS的作用就在于发生事故时紧急刹车,确保反应堆安全,确保环境及公众安全。

“我们是与全世界最多DCS厂家打交道的设计院,这不仅有助于我们了解和熟识国外仪控系统的先进技术和理念,也为核动力院推进仪控领域军民融合发展奠定了扎实的基础。”核动力院副院长吴琳说,在参与多个核电工程设计过程中,核动力院逐渐从旁观者、参与者变为主导者。

不过,目前中国大部分的在役核电站都依赖于进口的DCS系统,核心技术受制于人,购买、运行、维护成本极高。

■军民技术存在明显差异

中核集团中国核动力研究设计院设计所所长助理刘艳阳回忆说,上世纪八九十年代,核动力院承担了秦山二期仪控系统的设计,但只负责核仪表系统的设计,设备则需要从国外采购。

近年来,国内其他核电集团开始打造核电厂安全级DCS产品。2013年底,核动力院决定自筹经费,启动核电厂安全级DCS——“龙鳞系统”研制项目,为时五年。在核动力院设计所副所长李庆看来,开发“龙鳞系统”是我国核电走出去的必然要求,“民用领域的标准比较高,希望军民融合,形成更加安全的安全级DCS。”仅有的数十名研发人员,开始攀登核动力院第三次创业的制高点。随着工作的逐渐深入,他们发现任务难度大大超出预期。

有一次在验收产品时,设计人员发现技术指标与设计需求存在差异,希望这家公司进行整改,却被傲慢地拒绝了。这让当时的核仪控人如刺在喉,民族产业不能依赖别人,我们核仪控的发展以后要比肩世界顶尖公司,这是我们的梦想。

“无论是人力还是资金,‘龙鳞系统’明显投入不足。”设计所副总设计师王远兵告诉记者,DCS是集计算机、控制、通讯等多门类学科于一体的复杂系统,同类仪控企业攻克这类项目时,团队规模达七八百人,需七八年。与核动力院已有的研究基础相比,“龙鳞系统”有着明显差异,这给研发带来不少难题。“以往的工程仪控系统规模较小,通常在1000点左右,核电厂安全级DCS系统的规模则大于3500点,产品规模的扩大给生产工艺、质量控制等提出了新挑战。”核动力院设计所仪控中心副主任马权说。

中国工程院院士叶奇蓁表示,中国核电要全面实现自主化、国产化,仪器仪表自然也要如此,而且还要挺进世界前列。

■不到4年完成取证

一盘土菜:5年占领制高点

经费不足,核动力院自筹2亿多元予以支持;人员不足,从社会上招聘引进优秀人才;时间不够,大家采取“611”工作模式,即一周工作6天,每天至少工作11个小时。

现在回忆起来,当初的胆子的确够大。核动力院设计所核动力仪控中心主任吴志强笑着说。

从敲定概要方案到交出第一套原型样机仅用时3个月;从版本固化到试验完成仅用时12个月;从国家核安全局受理到取证仅用23个月……如今,设计所仪控中心主任吴志强带领的仪控队伍已经由最初的数十人,扩展至近300人,涉及设计、研发、制造等领域。

在2013年12月龙鳞系统平台启动研发之初,存在着一些质疑的声音,认为过于冒进。

今年6月21日,“龙鳞系统”接受地震试验。这是取得国家核安全局颁发许可证前的最后一项试验。“这次试验,设备要是稍有闪失,取证的日子不知要推迟多久。”马权至今记得,当试验结束,设备安然无恙时,现场一片欢腾,有的人热泪盈眶。

但吴志强和他的团队并不服气。那时,经过在核电仪控系统的多年多项目持续耕耘,核动力院虽不能覆盖DCS研发设计、设备制造以及供货服务等全流程,但已经完全熟悉DCS的设计标准、法规要求,具备了系统架构的能力,应该说具有相当的优势和能力。

为满足军民两用需求,研发人员始终严格遵循核电厂和军用核动力装置安全仪控系统两方面的标准。“我们通过了最全面的鉴定试验,适应军、民用环境。”核动力院核电工程指挥部常务副总指挥许余说。在吴琳看来,“龙鳞系统”的发布,意味着核动力院有了参与市场竞争的资格,后续将与世界先进企业对标,朝着小型化、智能化、无人值守核电厂等方向拓展应用空间。

于是,吴志强带领着不足10个在编人员以及招聘组建的数十名研发人员,踏上了自我挑战之路。

过去5年,他们边打怪边召集团队,从最初的不足10人发展到现在的近300人,最终实现了核仪控人30年的梦想。

这是一个年轻的研发团队,他们的平均年龄不到30岁,在他们的脑海里,始终坚信核心技术靠化缘是要不来的,必须靠自力更生。

不亲自造出每一个核心部件,就走不完自主创新的全过程。吴志强告诉记者,为了尽快推出这盘地道的土菜,在过去5年里,特别是从2016年年底到2018年上半年,车间里几乎整夜都是灯火通明的。

从敲定概要方案到交出第一套原型样机,仅用时3个月;从版本固化到试验完成,仅用时12个月;从国家核安全局受理到取证,仅用时25个月。这些都是龙鳞系统研发团队创造的辉煌战绩。

一个未来:助力核电走出去

DCS集计算机、控制、通讯等多门类学科于一身,是非常庞大而复杂的系统。用于核电厂的安全级DCS技术要求则更高,还受到一系列核安全法规、标准的约束。

吴志强告诉记者,就拿标准来说,经历过日本福岛核事故,国家要求中国的核电要执行最严格、最全面的标准,要梳理欧标、美标和国标这三大套标准,技术门槛非常高。

而这些恰恰造就了龙鳞系统的优势。

龙鳞系统包括主控制站、信号预处理、安全显示站、网关站、工程师站五大部分,目前在软件和系统集成方面已经实现100%的国产化,具有高安全性、高可靠性的特点。

它继承了军用安全级平台和华龙一号先进堆芯测量系统等安全级设备的核心技术,后发优势使之更加成熟可靠;设计、验证、试验鉴定等各个环节符合了最新、最全、最严格的国际和国内标准要求;采用先进可靠的信息安全技术,通信误码率低至10-11,领先国际标准一个量级;机械结构具备高抗震性能,能够保证极端自然条件下的正常工作,满足三代核电要求;研发了具备完全自主知识产权的安全操作系统,有利于之后的程序迭代。

这一平台拥有完全自主知识产权,已通过最高等级的功能安全认证,部分关键指标达到国际领先水平,适用于核电站、研究堆、小堆等,有助于我国核电技术实现整体出口。中国核能行业协会主任赵成昆说。

核动力院院长罗琦表示,未来,我们要进一步加大科研攻关力度,加强协同创新,快速在标准领域占领制高点,引领安全级核仪控产品发展,朝着小型化、智能化、无人值守核电厂等方向拓展应用空间。

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