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核电厂控制室DCS系统盘台外形结构设计

范文

马陟　李平　刘跃锋

摘要：控制室DCS系统盘台作为核电厂控制系统的重要组成部分，对于保证核电厂工业设施的稳定运行起到重要的作用。本文针对控制室盘台的外形结构设计工作需考虑的基本要素进行了阐述，对各基本要素进行了相应的说明。

关键词：核电厂；DCS系统；盘台设计

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）10-0225-02

1 引言

随着我国清洁能源战略的实施。核电厂的地位不断凸现，正在逐渐成为我国电力工业不可或缺的组成部分。核电厂控制室为核电厂操纵人员提供了抗震的、可居留的工作场所。核电厂操纵人员在控制室通过DCS控制系统等设备监视和控制核电厂的运行过程，确保核设施的安全稳定运行。控制室盘台作为核电厂控制室DCS控制系统人机接口的主要载体，其外形结构设计工作是整个核电厂DCS系统设计的重要组成部分。

2核电厂控制室DCS系统盘台的组成

典型的核电厂控制室DCS系统盘台的组成一般包括：

计算机化操纵员控制台：一般安装有若干操纵员工作站（OWP）、每套OWP配置有3至5块显示器，主机，键盘鼠标轨迹球等。同时，操纵员控制台还安装有通讯设备，网络设备。

后备盘（BUP）： BUP作为核电厂信息化监视和控制系统（KIC）的后备，在KIC失效工况下后备盘能帮助安全工程师进行全厂安全状态的评价，监测主要安全参数和安全系统状态。此外，可对后备盘设备进行定期试验，以确保后备盘上设备是可用的。

紧急操作台（ECP）：在紧急情况下，操纵员可以利用ECP上的紧急操作设备进行手动停堆及专设安全设施系统级驱动等保护动作，保证全厂的安全。

大屏显示盘。

3核电厂控制室DCS系统盘台外形结构设计的基本要素

核电厂控制室DCS系统盘台设计的基本要素一般包括：

盘台设备分级；

盘台基本机械结构设计；

盘台人因工程与外形设计；

盘台的鉴定。

3.1 盘台设备分级

核电站控制室盘台设备分级包括：安全等级（1E/NC）、抗震等级（I类、II类等）、质保等级（QA1、QA2、QA3、QNC等）。

下表为一般核电站控制室盘台设备分级，供参考。

3.2机械结构设计

3.2.1 抗地震

盘台设备抗震等级为抗震I类，抗震鉴定参照RCC-E 2005（B4000）、HAF J0053和 GB 13625规定进行。盘台结构满足相应楼层的反应谱的抗震要求。

3.2.2设备结构特性

盘台均为下进线，其安装方式是通过螺栓固定在厂房的预埋件上。

盘台结构设计时为盘台台面前沿、侧边沿等处设计倒角，并考虑预留充分的空间以便于：

盘台设备的安装和布置；

安装和检修，要求在盘台的前、后侧均留有检修门；

盘台内的接线、汇线和布线；

盘台内设备的散热。

结构设计将考虑如下第三方设备在盘台内的安装：

通信设备

辐射监测系统等。

3.2.3防护等级

盘台防护等级不低于IP30。

盘台内部通风

盘台内部通过自然通风散热，避免安装风扇，在盘台背面开设百叶窗，形成自然对流，保证盘台内设备的正常散热。

盘台能承受正常与异常运行中所遇到的环境条件。

设计时将考虑安装在盘台内部设备的运行温度，以确保当其在最高环境温度时，设备的运行温度不超过额定值。

3.2.4 噪声

控制室环境将保证给控制室内人员提供舒适的工作条件，在进行盘台设计时会充分考虑盘内设备噪声（如果有）的影响，将盘台区域噪声值限在制标准范围以内。

盘台设计尽量降低盘台内设备对主控制室噪声的影响，如有必要可在通风百叶上设计加装隔声罩，隔声罩使用低烟、无卤、阻燃的轻质材料。

3.3 电气设计

3.3.1 隔离

盘台设备按照不同安全等级，其电气连接、电缆路径、接线、供电都将电气隔离和实体隔离，以保证共因故障不会同时影响不同安全等级的冗余电缆连接。

以下是考虑的隔离方案：

不同冗余设备的隔离；

不同安全级的隔离；

第三方设备的隔离；

屏蔽設备的隔离。

用来隔离安全级和非安全级设备的隔离装置由安全级供电。

当盘面1E控制设备用于不同安全级时，使用继电器隔离。

3.3.2供电

盘台所需电源由处于相同等级的DCS侧提供。为满足冗余供电这一重要需求，所有电源至少由两路独立的电源路径，当一路电源失效时，盘台内部将实现电源自动切换。

盘台供电将考虑安装在盘台内的第三方设备的供电需求，如必要，将为其安装供电所需端子、熔断丝等电气设备。

3.3.3接地

盘台内部采用保护地和屏蔽地接地铜排分开，单点接地原则。接地铜排安装在盘台内部的底部位置，盘台拼接时接地铜排短接。

“保护地”的连接

盘台的保护地接地铜排通过不绝缘的螺栓，固定在盘台本体上。安装在盘台上的设备金属外壳与保护接地母线可靠地相连。盘台门将通过柔软的铜质电缆与盘台本体相连。保护地电缆与屏蔽地电缆路径分开。在盘台内测量其对地的接地电阻应不大于4欧姆；接地导线截面≥16 mm2。

“屏蔽地”的连接

屏蔽地铜排通过绝缘螺栓固定在盘台上，屏蔽地与盘台本体绝缘。现场测量或者控制电缆的屏蔽仅在DCS机柜侧接地。盘内端子到盘面设备之间的电缆屏蔽层通过端子与屏蔽地铜排相连。在盘台内测量其对地的接地电阻应不大于4欧姆；接地导线截面≥16 mm2。

3.3.4 接地

盘台的设计可抵御典型的工业环境中可能出现的电磁干扰。为减小干扰，可以应用的方法包括：接地、使用低电压部件、进行实体分隔及电气隔离、屏蔽敏感部件或干扰源等。

盘面设备和盘内端子之间采用屏蔽电缆连接，单个盘面设备尽量共用一根多芯屏蔽电缆。电缆屏蔽层连接到空的端子模块，各端子模块短接后连接屏蔽接地铜排。

为了防止电磁干扰信号，将盘台内不同类型电缆进行隔离。电源与信号电缆通过连接独立的端子模块及不同的布线路径实现隔离，遵循以下规则：

不同安全等级的接线必须分开；

220V AC接线必须与24V DC接线分开。

屏蔽电缆需要有效覆盖至少80%。

电缆屏蔽层连接端子与信号连接端子相邻。

3.3.5照明

盘台内部配置自动照明系统，便于检修。

3.4 盘台人因工程与外形设计

盘台的外形在设计过程中严格按照人因工程的要求，以提高整个控制室的人机功效性。NUREG-0700作为人因工程应用的重要参考标准，从中提取出所有相关标准要求，以作为盘台人因工程的设计和评价准则；标准中第11.1.1节站姿操作台相关标准和11.1.2节坐姿操作台相关标准是参考重点。同时，设计过程中参考《中国成年人人体尺寸》（GB10000-1988），以设计出适合中国人身体结构的操作盘台。

除外形、尺寸方面外，盘台的内部结构，盘内设备安装等设计也充分考虑人因原则，在维修和运行方面避免由人员因素引起对反应堆安全或可用性的影响。

3.5盘台的鉴定

安全级盘台需要通过鉴定试验，来证明满足核安全级设备的需求，鉴定试验项目主要包括：

EMC试验；环境试验；老化试验；长期运行试验；抗震鉴定。

参考文献：

[1] U.s. NRC Human-system Interface Design Review Guidelines”2 ，NUREG 0700，Rev2.2004.

[2] GB10000-1988，评估规范中国成年人人体尺寸.

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