01、最關(guān)鍵的“神經(jīng)中樞”
DCS即分布式控制系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于石油、化工、燃煤發(fā)電等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,相當(dāng)于“神經(jīng)中樞”,控制工業(yè)生產(chǎn)運行。
“相比應(yīng)用廣泛的非安全級DCS,像‘龍鱗’系統(tǒng)這樣應(yīng)用于核能領(lǐng)域的安全級DCS作用更為關(guān)鍵。”核動力院設(shè)計所副總工程師王遠兵告訴記者,“危險情況下,安全級DCS需要確保核反應(yīng)堆能夠安全停堆,并進行事故后監(jiān)測。就像汽車的制動系統(tǒng),是確保安全性的最關(guān)鍵部分。”
“安全級DCS不是一個簡單的儀控系統(tǒng),其安全功能的實現(xiàn)需要整個反應(yīng)堆各項設(shè)備設(shè)計的支撐。”核動力院副院長吳琳表示,“包括反應(yīng)堆控制棒、主泵、各種閥門等,各項設(shè)備的運行狀態(tài)、參數(shù),都需要接受DCS信號的操縱,DCS的設(shè)計運行也要考慮各設(shè)備的運行工況,需要多個專業(yè)協(xié)同完成。”
“高溫、高濕度,甚至發(fā)生地震,核電廠安全級DCS都要保證正常工作,電纜、儀表、元器件、接口乃至機位都不能出問題。”核動力院核電工程指揮部常務(wù)副總指揮許余告訴記者,“安全級DCS作為核電廠安全保障的核心系統(tǒng),一旦核電廠發(fā)生事故,需要在各種惡劣工況下依然可用。”
正因如此,可靠性成為核電安全級DCS的核心競爭力。
據(jù)介紹,“龍鱗”系統(tǒng)目前已通過各種復(fù)雜工況下的可靠性測試,信號誤碼率由行業(yè)通行標(biāo)準(zhǔn)的10-10進一步降至10-11。今年9月1日,“龍鱗”系統(tǒng)安全級顯示單元正式通過中國核能行業(yè)協(xié)會組織的專家鑒定,總體技術(shù)達到國內(nèi)先進水平,部分關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)實現(xiàn)了國際領(lǐng)先。
02、通過嚴苛驗收標(biāo)準(zhǔn)
在核動力院“龍鱗”系統(tǒng)生產(chǎn)現(xiàn)場,一排排看似普通藍色的機柜內(nèi)部卻內(nèi)藏玄機:機箱中整齊搭載著“龍鱗”系統(tǒng)的基礎(chǔ)板卡,端口位置與線路走向設(shè)計簡潔、互不干擾,就連機柜外殼的安裝與結(jié)構(gòu),都融入了針對性的設(shè)計——“龍鱗”系統(tǒng)必須在軟件、硬件、系統(tǒng)集成各方面均實現(xiàn)穩(wěn)定安全,才能確保核電設(shè)備運行可靠。
為了驗證產(chǎn)品的可靠性,“龍鱗”系統(tǒng)經(jīng)歷了包括環(huán)境試驗、電磁兼容試驗、抗震試驗、長期穩(wěn)定性試驗等一系列嚴格的鑒定試驗,以保證在預(yù)期的合格壽期內(nèi)不存在因設(shè)計、制造缺陷,或因儲存、運輸、安裝、調(diào)試及使用不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻娜毕莼蚴А?/div>
今年6月21日,來自國內(nèi)核電安全相關(guān)部門的“考官”齊聚核動力院核級設(shè)備鑒定中心,見證“龍鱗”系統(tǒng)模擬件機柜成功通過地震試驗。“我們做了一個可以包絡(luò)目前所有國內(nèi)核電廠址情況的地震響應(yīng)圖,并以此開展試驗。試驗證明,‘龍鱗’系統(tǒng)在實驗過程中穩(wěn)定可靠,試驗后機柜結(jié)構(gòu)完好、功能性能穩(wěn)定。”許余介紹,“試驗結(jié)束后,我們又進行了強度為之前1.4倍的地震試驗,并再次成功,體現(xiàn)了‘龍鱗’系統(tǒng)在設(shè)計上較高的安全裕度。”
“‘龍鱗’系統(tǒng)的驗證測試,除了我們自己之外,也有第三方實驗室進行獨立測評,可靠性具有高可信度保障。”核動力院設(shè)計所所長助理、龍鱗技術(shù)負責(zé)人劉艷陽告訴記者,“以軟件為例,按照核安全法規(guī)相關(guān)要求,核動力院組建了人員、財務(wù)、物理空間獨立的團隊,對核電廠安全級軟件進行驗證與確認(V&V)。在此基礎(chǔ)上,又邀請外部第三方團隊開展獨立的V&V工作,以確保DCS平臺軟件的安全可靠。”
03、厚積薄發(fā)自主化
2013年,核動力院正式開始“龍鱗”系統(tǒng)的設(shè)計工作。五年多來,項目團隊要利用原先軍用項目積累的相關(guān)基礎(chǔ)與技術(shù)儲備,通過自主研發(fā),將技術(shù)轉(zhuǎn)化為一個符合國際最高標(biāo)準(zhǔn)的核級DCS產(chǎn)品,并且要通過國家核安全局、國防科工局的雙重審查,建設(shè)之初面臨巨大壓力。
“剛開始做這個項目時,團隊只有十幾個人。”許余回憶,“一方面,當(dāng)時中核集團沒有安全級DCS產(chǎn)品,另一方面海外項目逐步落地。出于自主化和走出去的需求,安全級DCS的研制勢在必行。”
作為我國唯一集核反應(yīng)堆工程研究、設(shè)計、試驗、運行和小批量生產(chǎn)為一體的大型綜合性科研基地,核動力院的優(yōu)勢隨著“龍鱗”系統(tǒng)的研發(fā)逐漸體現(xiàn)出來。
“從嶺澳二期,到紅沿河,再到AP1000項目,我們和阿?,m、三菱、西屋等公司交流學(xué)習(xí),對DCS相關(guān)設(shè)計技術(shù)也在不斷進步。”劉艷陽表示,“從最開始只能跟著人家當(dāng)學(xué)生,到后來逐漸并排跑,到最后外放設(shè)備運行遇到問題,我們反過來提供技術(shù)支持。”
吳琳指出,核動力院不僅實現(xiàn)了自主化安全級DCS的研發(fā),還具備了為現(xiàn)有核電廠的其他安全級DCS進行改造維護的能力。“創(chuàng)新需要市場,沒有市場的創(chuàng)新是蒼白的。‘龍鱗’系統(tǒng)填補了中核自主安全級DCS的空白,也為設(shè)備的長期運行提供了保障。更進一步,對其他核電廠的DCS進行維護,拓寬市場的同時,收到的經(jīng)驗反饋也有助于對我們自己的產(chǎn)品提升優(yōu)化。”
“‘龍鱗’DCS是具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的,出口不存在障礙。其中部分元件目前還沒有實現(xiàn)國產(chǎn),但都屬于‘貨架產(chǎn)品’,可以進行國際采購,不會受制于人。”針對社會關(guān)心的“卡脖子”問題,核動力院設(shè)計所副所長李慶告訴記者,在軟件開發(fā)、系統(tǒng)集成方面,“龍鱗”系統(tǒng)目前已實現(xiàn)國產(chǎn),硬件方面的國產(chǎn)化也已提上日程,“為了防患于未然,核動力院已與國內(nèi)企業(yè)開展合作,推進相關(guān)元件的國產(chǎn)化工作。”
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