張建軍

（中電投電力工程有限公司煙臺分公司，山東 海陽 265116）

嶺澳二期核電站集散控制系統設備安裝

張建軍

（中電投電力工程有限公司煙臺分公司，山東 海陽 265116）

嶺澳二期核電站DCS的應用是嶺澳二期核電站重大技術改進項之一，采用德國西門子公司TELEPERM XP和AREVA公司TELEPERM XP產品，機柜主要安裝在電氣廠房LX和聯接廠房WX的+11.5 m、+15.5 m標高層，主控室在LX+19.4 m，廠房土建結構與嶺澳一期結構相同。受設計、供貨和土建問題影響，很大程度上不能滿足DCS機柜安裝的需要，出現了一些安裝問題。此外，由于各種原因，導致DCS供貨、設計上存在一定問題，對DCS安裝影響很大。

嶺澳二期；DCS；TXP；TXS；機柜；安裝

1 嶺澳二期核電站 DCS系統介紹

嶺澳二期核電站是繼田灣核電站后，我國第二個應用集散控制系統（DCS，Distributed Control System）的核電站。嶺澳二期采用DCS替代了嶺澳一期的純模擬控制系統（繼電器、接觸器控制），控制及組態(tài)更為靈活，人機接口功能增強，為運行人員提供系統自我診斷功能、控制集中、風險分散。

1.1 DCS的組成

嶺澳二期核電站DCS系統由TELEPERM XP和TELEPERM XS組成，簡稱TXP和TXS。TXP為安全相關和非安全相關自動化控制系統，TXS為1E級和安全相關自動化控制系統。TXP是西門子公司成熟的DCS系統，TXS是AREVA公司專門針對核電站核安全儀控領域研發(fā)的DCS儀控系統。

1.2 DCS功能分級

DCS按執(zhí)行的功能分為3個部分，分別為：

1）核級（1E）。

2）安全相關級（SR）。

3）無級（NC）。

1.3 DCS結構

DCS結構分為4層，分別為：

1）LEVEL0工藝接口層：包括現場測量設備和執(zhí)行機構。

2）LEVEL1自動化層：包括監(jiān)視和控制電站各系統的信號調整及處理設備。

3）LEVEL2人機接口層：包括供電站運行人員操作使用的常規(guī)裝置和計算機處理設備。

4）LEVEL3管理層：包括用于支持維修、周期性測試、I&C組態(tài)、設備應急管理的計算機設備。

按系統設計及供貨順序又分為3個包，分別為LOT1、LOT2和LOT3，每個包又分為兩個批次。3個供貨包按電氣系統、工藝系統、主控制室和通風、主回路及汽輪機系統來劃分，每個供貨包之間間隔期約3.5個月。

1.4 DCS設備

嶺澳二期核電站DCS設備包括：操作臺、大屏幕顯示器、計算機、打印機、TXS、TXP機柜和后備盤。

1.5 DCS設備的布置

DCS設備主要分布在電氣廠房LX、聯接廠房WX，輔助廠房ND246/248房間為輔助控制室。

根據DCS供貨商提供的信息和中國核電工程有限公司（原核工業(yè)第二設計研究院）出版的設備布置圖紙統計，3+8+4號機組共517臺DCS設備，其中3+8機組共272臺。

1.6 DCS供貨商的供貨范圍

DCS供貨商負責所有DCS系統范圍內的設備供貨，如TXP、TXS機柜、后備盤、操作臺、顯示器、網絡服務器、大屏幕等。此外，還提供DCS設備與設備之間的連接電纜、光纜，并且提供設備接線的相關材料和專用工機具。

2 DCS設備安裝先決條件

DCS設備安裝，主要是TXP和TXS機柜的安裝。DCS機柜安裝比普通盤柜對環(huán)境的要求更高，這是因為DCS設備特別是控制柜，都是由若干個控制模塊組成，每個控制模塊都是由大量微電子器件集成，這些微電子器件對灰塵、煙霧、溫濕度和靜電等更敏感，如果環(huán)境條件惡劣，將影響設備的功能和壽期。因此，凡是參加DCS安裝的班組和技術人員都必須進行DCS專業(yè)培訓和考核合格后，方可上崗作業(yè)。

2.1 DCS設備間的環(huán)境要求[1]

DCS機柜安裝所要滿足的環(huán)境要求是機柜安裝的先決條件。根據供貨商的安裝指導書，具體要求有：

1) 基礎結構、墻面粉刷、電纜孔洞、防火通道、密封、防靜電地板（如果有）安裝完成。

2) 電纜托盤安裝完成。

3) 通風和空調系統安裝完成并且可用（溫度：18～25 ℃，相對濕度：≤70%）。

4) 火災報警系統安裝完成并且可用。

5) 現場電源安裝完成并且可用。

6) 接地安裝完成。

7) 消防器材安裝完成并且可用。

8) 照明及電源插座安裝完成并且可用。

9) 通訊系統安裝完成并且可用。

10) 地板、油漆、鑲板安裝完成。

11) 最終可鎖的門安裝完成。

12) 運輸通道的檢查。

2.2 文件要求

1）盤柜安裝布置圖。

2）正確格式的盤柜基礎安裝質量記錄文件。

3）焊工的資質證書。

2.3 人員準備

1）特殊工種應持有上崗資格證。

2）施工班長具備一座核電站以上電氣設備安裝經驗。

3）必須經過DCS安裝專業(yè)培訓，并考試合格。

4）必要時由廠家進行培訓并考核合格的人員。

2.4 工具準備

DCS設備安裝常用工具如表1所示。

表1 DCS設備安裝常用工具Table 1 Normal tools for DCS equipment installation

3 為了滿足DCS環(huán)境要求需要采取的措施

DCS對環(huán)境的要求是DCS設備安裝的先決條件，也就是說，一旦DCS機柜引入到房間內，溫濕度條件要具備，其他會產生灰塵、煙霧或對DCS機柜造成潛在破壞的施工作業(yè)就不能再進行。

下面具體介紹為了滿足DCS安裝先決條件所采取的主要措施。

3.1 落實供貨計劃、確定具體房間

在土建、通風、管道、電纜橋架、IED（照明、火警、通訊系統）的設計供圖滯后、材料采購供貨滯后的情況下，這些專業(yè)不可能把全部DCS房間的安裝工作全部結束。那么，就要有重點的跟蹤和協調，其中最關鍵確定每一批到貨的設備清單和對應的房間。上述幾個專業(yè)根據分批移交的房間，有計劃、有重點地協調圖紙材料，調整施工計劃，最終達到按期完成施工任務，滿

足DCS機柜引入條件。

3.2 設計、安裝臨時空調系統

在DCS機柜安裝時，通風系統不具備投用條件，為了滿足房間的溫濕度要求，需要由專業(yè)人員進行暖通設計，并安裝臨時空調和抽濕機。

3.3 增設臨時消防設施

在DCS機柜安裝時，部分機柜固定采用焊接，焊接過程中容易產生火花；端接作業(yè)時，對電纜端頭進行熱縮，帶有火源；因消防系統不具備投用條件，需配置臨時消防設施，對DCS房間的所有孔洞采用礦棉板進行臨時封堵，并派人24 h監(jiān)護。

3.4 安裝臨時門及臨時孔洞封堵

由于土建門的采購供貨時間不能滿足DCS房間需要，安裝單位需制作臨時門進行安裝，對房間的孔洞進行臨時封堵，以滿足建立DCS控制區(qū)的要求。

3.5 運輸通道具備條件

（1）設備臨時運轉平臺

CPR1000堆型在兩個機組公用部分中間位置設計了設備吊裝平臺，即EU塔。用于L/W廠房+7.0 m及以上標高層的電氣設備吊運。

由于設計滯后導致材料采購滯后，EU塔不能按期交付安裝使用。經過多方討論決定，土建在L/W廠房＋11.5m及以上樓層靠4號機側，每一層預留2 800 mm×2 000 mm（高×寬）的孔洞，并在孔洞處搭設臨時運轉平臺3 500 mm×2 000 mm（寬×深），平臺最大載重量為2.5 t。平臺尺寸和載重量的確定依據機柜尺寸和重量。

臨時平臺的設計、材料采購和安裝由中廣核工程有限公司委托土建承包商實施，安裝單位提出尺寸和載重需求。

（2）兩個汽輪機廠房之間運輸通道回填

這是一條與EU塔聯合組成的運輸通道，在DCS設備引入前，土建單位需完成此通道的回填和平整工作，以滿足機柜運輸和吊裝的條件。

在機柜運輸期間，還要與土建單位協調好汽輪機廠房混凝土澆筑的時間，避免混凝土罐車、泵車占用通道而發(fā)生沖突。

3.6 土建預埋基礎的測量和修整

土建預埋基礎的水平度和直線度是盤柜安裝的重點檢查項目，對于DCS系統機柜也不例外。在土建房間移交前，安裝單位測量部門需對所有DCS設備房間的預埋件進行水平度測量。

測量結果顯示，土建預埋件的水平度嚴重超過國標GB 50131-2007《自動化儀表工程施工質量驗收規(guī)范》所規(guī)定的基礎型鋼安裝允許偏差[2]，最大偏差達到±15 mm。針對超出國標范圍的，需協調土建單位進行打磨處理。對于預埋件寬度不能滿足盤柜固定點在預埋件中心線上的問題，安裝單位需發(fā)出澄清，得到設計確認后，按實際軸線進行安裝。

3.7 交叉作業(yè)的控制保護措施

DCS設備間控制區(qū)建立后，按要求其他專業(yè)不能再進入施工。但是由于照明、通訊、火警及管道專業(yè)供圖供貨影響，無法完成全部安裝，需要與DCS安裝交叉進行。對于這種問題，要求對于鉆孔和焊接作業(yè)要使用1 000 W大功率吸塵器吸出灰塵和煙霧，并由DCS維護人員監(jiān)護；對于在房間內運輸管道的，必須由DCS工程師簽字同意并在設備維護人員的監(jiān)護下進行，從而保證DCS機柜得到可靠保護。

4 DCS機柜的安裝

在滿足DCS先決條件后，DCS機柜具備了安裝條件。根據供貨商要求，在DCS開工前，需經供貨商現場代表、中廣核工程有限公司以及安裝單位QC人員組織先決條件聯合檢查，檢查通過后，方可進行DCS施工活動。

DCS設備安裝工序如圖1所示。在高溫天氣運輸機柜前需要特別注意，由于DCS設備存儲在恒溫恒濕的A級庫，應先將庫房溫度設置在25 ℃左右運行4 h以上后再出庫，避免機柜出庫后與戶外溫度差異太大，在運輸過程中產生凝露現象，對機柜構成威脅。同時在運輸過程中避免雨天進行。

4.1 機柜固定

圖1 DCS設備安裝工序圖Fig.1 DCS equipment installation process

DCS機柜固定方式有焊接和螺栓固定兩種，絕大部分采用焊接。焊接固定的特點是牢固、易調整，缺點是產生焊接煙霧，為了減少焊接電流對機柜的沖擊保護，對于敏感電子卡件在焊接時將其拔掉，焊接時接地點的選擇盡量靠近焊接點，盡量減小焊接電流；而螺栓固定的特點是簡單易操作、無污染物產生，但工作量大、效率低，不可調整。

由于DCS分3個采購包供貨，機柜不能成排到貨，而設計院設計的機柜固定方式為螺栓固定，這將導致盤間隙無法進行調整。針對這一問題，同供貨商代表進行了討論和分析，最終確定機柜應該采用焊接固定。在沒有成排固定前，單臺機柜采用點焊固定，待成排到貨安裝后可將焊點打磨掉，進行最終的調整，以滿足盤間隙小于2 mm的要求。

4.2 機柜焊接固定的工藝要求

機柜焊接固定的具體工藝要求如下：

1）在機柜的4個邊緣焊接4條焊縫，焊縫長度70 mm，焊角高度為3 mm；

2）機柜底部外邊緣與預埋件外邊緣之間的距離最少為10 mm；

3）預埋件表面平整。

DCS機柜焊接固定如圖2所示[3]。

4.3 焊接固定時需注意的事項

在實施焊接前，要對施焊區(qū)域進行檢查，檢查項目有：

1）施焊區(qū)域的預埋件和機柜外殼表面油漆清除干凈；

圖2 DCS機柜焊接固定示意圖Fig.2 Sketch of DCS cabinet fixing by welding

2）機柜外邊緣與預埋件外邊緣之間的距離大于10 mm；

3）在機柜落位的預埋件上就近焊接接地板供焊機接地。

4.4 焊接固定時存在的問題

由于設計和土建安裝問題，導致大量預埋件寬度不能滿足機柜焊接要求，機柜外邊緣和預埋件外邊緣間距不能滿足10 mm，焊接時焊條一旦碰到水泥會引起強烈的飛濺。針對此問題，供貨商代表給出了現場處理方案，如圖3所示。

在預埋件基礎寬度不夠時，要采取圖3所示的方法處理。需要土建單位配合摳開水泥，然后在預埋件上堆焊一塊鋼板，這樣就能滿足焊接所需要的寬度。這項工作要在房間內還沒有引入機柜的情況下進行，否則土建施工和焊接打磨作業(yè)將對已引入的設備造成危害，不滿足DCS房間的條件。

嶺澳二期DCS機柜基礎預埋件局部增寬處理的實物照片如圖4所示。

4.5 接地

（1）機柜接地

DCS機柜接地有兩種類型，分別是一點接地和兩點接地。從機柜的接地點連接接地線接到接地干線上[3-4]。

（2）電纜屏蔽層接地

對于錫箔屏蔽電纜在接線箱處的接地仍需通過金屬鎖緊頭與地連接，錫箔屏蔽層無法像網狀屏蔽那樣與鎖緊頭連接，因此需要想辦法實現其可靠接地。操作步驟如下：

1）選擇合適的長度剝除電纜外皮，并注意不能損傷錫箔屏蔽層；

2）將錫箔屏蔽層反折至電纜根部，留出大約1 cm的長度，去除電纜內部的塑料紙；

圖3 預埋件加寬示意圖Fig.3 Sketch of widening embedded parts

圖4 預埋件局部加寬后的照片Fig.4 Embedded parts after widening

3）剪一段大約3 cm長的網狀屏蔽，將其套

在反折后的錫箔屏蔽層上，并將金屬屏蔽線從網狀屏蔽中間拉出，套上適當長度的屏蔽網，然后將金屬屏蔽線緊緊地纏繞在屏蔽網上，將屏蔽網固定；

4）將電纜鎖緊頭的護帽、塑料插入件依次套在電纜上；

5）然后將網狀屏蔽層反折在塑料插入件上，反折長度不能超過塑料插入件的邊緣標記；

6）然后組裝好電纜鎖緊頭，并將其固定在接線箱上。

錫箔屏蔽的電纜中的錫箔紙一面有涂覆是導體，另外一面是絕緣體。在這種電纜結構中，與電纜芯線直接接觸的一面是導體，另一面與絕緣層接觸是絕緣體。因此在電纜頭屏蔽處理時要將錫箔紙反折過來后再套上編織網屏蔽層。

5 DCS機柜的維護

DCS機柜引入房間前，臨時空調、抽濕系統必須正式投入運行，并保證房間內溫濕度滿足要求，并建立控制區(qū)，控制DCS房間施工人數，嚴格控制其他專業(yè)施工，配備保安和專業(yè)的設備維護隊伍，全天候進行維護，并按照程序規(guī)定對房間內的作業(yè)和溫濕度情況進行記錄、存檔，確保機柜處于良好的環(huán)境。

6 結論

嶺澳二期核電站DCS設備安裝是CPR1000核電堆型首堆，通過首堆建設，為后續(xù)核電的建設積累了寶貴的經驗，歸納如下：

1) 確保機柜運輸通道提前達到可用條件；

2) 根據《自動化儀表工程施工質量驗收規(guī)范》、設備布置圖，對預埋件寬度、直線度、水平度進行測量、復查、驗收；

3) 提前開展DCS臨時空調系統和其他先決條件的準備工作；

4) 同其他各專業(yè)進行接口上的梳理，包括土建、機務、電氣各專業(yè)；

5) 建立DCS控制區(qū)并做好維護記錄。

[1] EM8安裝技術要求DCS系統[R]. PKX4671C308B30444 SS.（Technical Requirements for EM8 Installation of the DCS[R]. PKX4671C308B30444SS.）

[2] GB 50131—2007 自動化儀表工程施工質量驗收規(guī)范[S].（GB50131-2007 Specifications of the Construction Quality Acceptance for Automation and Instrument Engineering[S].）

[3] Work Instruction for DCS Erection(TXP/OM)[R]. CHN781 EDC WI1-04-05.

[4] RPCS Erection Procedure[R]. FRA NLPG/2008/en/1005.

Simple Discussion on Distributed Control System Equipment Installation in Ling AO II

ZHANG Jian-jun
(Yantai Branch of CPI Power Engineering Co.，Ltd.，Haiyang of Shandong Prov. 265116，China )

Application of DCS in Ling Ao II is a major technical improvement, which adopt German Siemens’TELEPERM XP and AREVA’s TELEPERM XP. The cabinet is mainly installed at the level of +11.5 m and +15.5 m of the electrics building LX and connection building WX. The main control room is located at LX+19.4 m, the civil structure is the same as Ling Ao I. A lot of problems was raised by design, supply and civil construction during the installation of DCS cabinet, which can not meet the requirement. For various reasons, some problems also existed between DCS supply and design, which seriously influence the DCS installation.

Ling Ao II；DCS；TXP；TXS；cabinet；installation

TL37 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)01-0047-07

TL37

A

1674-1617(2014)01-0047-07

2013-12-13

張建軍（1981—），男，江蘇淮安人，工程師，學士，從事核島電氣安裝技術支持工作。