我國(guó)核電儀控系統(tǒng)的自主化之路
——專(zhuān)訪葉奇蓁院士

Self-development of Nuclear Power I&C System——Special Interview with Academician YE Qi-zhen

《中國(guó)核電》：目前，我國(guó)一些在役核電機(jī)組的儀控系統(tǒng)都在進(jìn)行數(shù)字化改造，新建核電項(xiàng)目也全部采用數(shù)字化儀控系統(tǒng)，您對(duì)此作何評(píng)價(jià)？

核電站儀控系統(tǒng)的數(shù)字化，是當(dāng)前核電裝備技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)。世界上早期建設(shè)的核電站主要采用模擬技術(shù)儀控系統(tǒng)，控制精度低、功能單一、人機(jī)界面不友好、維護(hù)困難、運(yùn)行人員操作負(fù)荷較重。隨著計(jì)算機(jī)、通訊和自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，2000年以后建設(shè)和投運(yùn)的核電機(jī)組開(kāi)始引入數(shù)字化儀控技術(shù)，這些系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)得都比較好。

和模擬技術(shù)儀控系統(tǒng)相比，數(shù)字化儀控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：一是操作畫(huà)面簡(jiǎn)單、直觀，易于調(diào)試和運(yùn)行人員操作，可以大大降低人因失誤引起的非計(jì)劃停堆、停機(jī)的概率；二是組態(tài)方便，邏輯實(shí)現(xiàn)更容易，對(duì)于因工藝設(shè)計(jì)變化所引起的儀控設(shè)計(jì)修改，能夠迅速做出反應(yīng)和調(diào)整；三是功能更豐富、更強(qiáng)大，尤其是具備自診斷功能，更易于故障的快速定位。

當(dāng)然，除了上述三點(diǎn)以外，數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)還有很多，目前采用全數(shù)字化儀控系統(tǒng)已經(jīng)成為三代核電機(jī)組先進(jìn)性的一個(gè)主要體現(xiàn)，越來(lái)越多的在役核電機(jī)組也在陸續(xù)啟動(dòng)儀控系統(tǒng)的數(shù)字化改造。

《中國(guó)核電》：我國(guó)核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)過(guò)了怎樣的歷程？

數(shù)字化儀控技術(shù)是核電行業(yè)在不斷總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)一步一步發(fā)展起來(lái)的。美國(guó)的三哩島核事故本來(lái)是一個(gè)很小的凝結(jié)水泵故障問(wèn)題，結(jié)果發(fā)展成為堆芯局部熔化的嚴(yán)重事故，其中很大的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)就是操縱員人機(jī)界面不清楚，出現(xiàn)事故狀況后操縱人員在大量模擬信號(hào)中迷失了方向，沒(méi)有能夠及時(shí)對(duì)事故做出正確的判斷和反應(yīng)。自該事故后，美國(guó)核管會(huì)提出了改善人機(jī)界面和提高操縱員操作水平的要求，每個(gè)核電站都要求配備一個(gè)信息顯示系統(tǒng)，我們稱(chēng)之為電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)能夠把所有的重要信息集中到主控制操縱臺(tái)的顯示屏上，使得操縱員和核電站之間的人機(jī)界面更加友好。20世紀(jì)80年代，我國(guó)在開(kāi)始建設(shè)秦山一期和大亞灣這兩個(gè)核電站時(shí)，就采用了這樣的電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只不過(guò)當(dāng)時(shí)的設(shè)備都是從法國(guó)進(jìn)口的。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，我國(guó)自動(dòng)化控制領(lǐng)域出現(xiàn)的自主化DCS供應(yīng)廠商，其產(chǎn)品陸續(xù)在大型化工和火電項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司開(kāi)發(fā)出了HOLLiAS平臺(tái)，用于秦山二期的電站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也就是我們所說(shuō)的KIT/KPS，開(kāi)啟了我國(guó)核電儀控系統(tǒng)數(shù)字化的第一個(gè)階段。后來(lái)，秦山二期常規(guī)島汽輪發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)也逐步通過(guò)HOLLiAS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

2000年以后，國(guó)家重啟核電項(xiàng)目建設(shè)，廣利核公司用了近五年時(shí)間，經(jīng)過(guò)三次大的循環(huán)迭代研發(fā)過(guò)程，成功在成熟HOLLiAS儀控系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出HOLLiAS-N平臺(tái)，并應(yīng)用到紅沿河、寧德、陽(yáng)江、防城港等14臺(tái)CPR1000機(jī)組的常規(guī)島DCS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)非安全級(jí)DCS的完全自主化和國(guó)產(chǎn)化，這是我國(guó)核電儀控?cái)?shù)字化發(fā)展的第二個(gè)階段。

到了2010年，廣利核公司率先于國(guó)內(nèi)發(fā)布了我國(guó)第一個(gè)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核級(jí)DCS平臺(tái)——FirmSys，核電儀控領(lǐng)域的最后一個(gè)技術(shù)難關(guān)終于得以攻克，我們才真正進(jìn)入到中國(guó)核電儀控?cái)?shù)字化發(fā)展的第三個(gè)階段。

可以說(shuō)，我國(guó)核電儀控技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展不是一蹴而就的，從系統(tǒng)的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試到鑒定、認(rèn)證，它需要經(jīng)歷一個(gè)很長(zhǎng)的過(guò)程，一個(gè)得到重復(fù)驗(yàn)證的有保障的過(guò)程。

《中國(guó)核電》：您能介紹一下為什么國(guó)家和業(yè)界都這么強(qiáng)調(diào)核電儀控系統(tǒng)的自主化嗎？

核電站儀控系統(tǒng)是核電站的“神經(jīng)中樞”，控制著核電站200多個(gè)系統(tǒng)、近萬(wàn)個(gè)設(shè)備，控制著整個(gè)核電站的運(yùn)行和各類(lèi)工況處理過(guò)程，對(duì)于保證核電站安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用，在很大程度上它代表著我國(guó)裝備制造技術(shù)的發(fā)展水平和先進(jìn)化程度。尤其是核級(jí)DCS，由于鑒定要求高、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、研發(fā)投入大，長(zhǎng)期以來(lái)只有美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)和日本等少數(shù)國(guó)家掌握該技術(shù)，受商業(yè)模式和出口管制，國(guó)外供應(yīng)商在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面實(shí)行了極為嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，國(guó)際核電供應(yīng)商不會(huì)輕易將DCS核心技術(shù)轉(zhuǎn)讓給我國(guó)。

我們之所以強(qiáng)調(diào)核電儀控的自主化，是因?yàn)槌思夹g(shù)水平和能力提升的問(wèn)題外，使用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電DCS能夠規(guī)避一些風(fēng)險(xiǎn)和隱患。

第一，能夠降低工程造價(jià)。過(guò)去核電儀控系統(tǒng)一直為國(guó)外廠商所壟斷，中國(guó)核電業(yè)主在議價(jià)方面很吃虧，這一短板已成為制約中國(guó)核電規(guī)模化發(fā)展的一大瓶頸。我國(guó)自主品牌的誕生意味著更充分的競(jìng)爭(zhēng)，不僅有利于核電儀控行業(yè)的健康發(fā)展，而且將賦予中國(guó)的核電業(yè)主更大的話語(yǔ)權(quán)。

第二，核電建設(shè)工期不再受制于人。核電儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造需要廠商和設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)單位等各個(gè)方面相互了解和充分溝通，由于語(yǔ)言、溝通和人力資源保障上的一些問(wèn)題，國(guó)外廠商在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中效率相對(duì)較低，很難保證核電工程建設(shè)的工期進(jìn)度，而從使用廣利核公司自主儀控系統(tǒng)的核電項(xiàng)目建設(shè)情況來(lái)看，沒(méi)有出現(xiàn)因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)影響工期的問(wèn)題。

第三，能夠規(guī)避安全隱患。網(wǎng)絡(luò)安全，尤其是大型工業(yè)項(xiàng)目的信息安全，運(yùn)行安全關(guān)乎國(guó)家安全、民眾安危，越來(lái)越受到國(guó)家和企業(yè)的重視，核電儀控系統(tǒng)，尤其是核級(jí)DCS，因?yàn)樯婕昂税踩?，更是需要從根本上解決網(wǎng)絡(luò)和信息安全的問(wèn)題。

第四，更有利于后期運(yùn)行維護(hù)。計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊技術(shù)發(fā)展迅速，使得儀控系統(tǒng)備件的更新?lián)Q代較快，在核電站備品、備件和長(zhǎng)期運(yùn)維服務(wù)保障方面，如果沒(méi)有自主平臺(tái)系統(tǒng)的支撐，沒(méi)有自主掌握技術(shù)力量的話，將會(huì)給核電站運(yùn)維帶來(lái)諸多問(wèn)題。

所以，無(wú)論從核電信息安全，還是經(jīng)濟(jì)建設(shè)的角度來(lái)看，掌握核電儀控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)都是我們的必然選擇。因此，我們國(guó)家的能源主管部門(mén)和科技部門(mén)對(duì)于這一裝備的自主研發(fā)給予了大力支持。

《中國(guó)核電》：您如何看待我國(guó)自主核電儀控產(chǎn)品的應(yīng)用前景？競(jìng)爭(zhēng)力如何？

我國(guó)核電儀控產(chǎn)品已經(jīng)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的非安全級(jí)DCS平臺(tái)HOLLiAS-N和核級(jí)DCS平臺(tái)FirmSys，并且得到了比較廣泛的工程應(yīng)用。其核級(jí)DCS已陸續(xù)應(yīng)用到寧德核電站PX泵房控制系統(tǒng)、大亞灣核電站CCMS系統(tǒng)改造等項(xiàng)目中，目前在石島灣高溫氣冷堆核電站示范工程及陽(yáng)江核電站5、6號(hào)機(jī)組的保護(hù)系統(tǒng)中也得到了全面應(yīng)用。

可以說(shuō)，我國(guó)自主研發(fā)的核級(jí)、非安全級(jí)DCS產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)在核電不同控制系統(tǒng)的應(yīng)用和驗(yàn)證之后已經(jīng)成熟，并且技術(shù)水平不輸于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品。相對(duì)而言，我們自主產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比更高，本土化優(yōu)勢(shì)對(duì)于工期進(jìn)度和信息安全的保障也更有力。因?yàn)榕c國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院、業(yè)主的聯(lián)系更為緊密，國(guó)內(nèi)廠家能夠?yàn)楹穗姌I(yè)主提供更貼合用戶需求的產(chǎn)品和更優(yōu)質(zhì)、及時(shí)的服務(wù)。

“十三五”期間，我國(guó)將迎來(lái)核電發(fā)展的一個(gè)新高峰，核電新機(jī)組的批準(zhǔn)建設(shè)以及國(guó)內(nèi)外在役老機(jī)組的數(shù)字化改造將越來(lái)越多，對(duì)于本土的核電儀控企業(yè)來(lái)說(shuō)，意味著廣闊的市場(chǎng)前景和巨大的發(fā)展機(jī)遇。相信我們自主核電儀控產(chǎn)品和整體解決方案的出現(xiàn)，能夠?yàn)閲?guó)家核電的規(guī)?；ㄔO(shè)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

同時(shí)，國(guó)家也應(yīng)當(dāng)對(duì)我們本土的核電設(shè)備企業(yè)（包括儀控企業(yè)）給予大力支持，努力打造自己的民族品牌和核心競(jìng)爭(zhēng)力。只有核電裝備企業(yè)的整體水平上到一個(gè)較高的臺(tái)階，我們的自主核電技術(shù)才能夠真正走出國(guó)門(mén)。我認(rèn)為自主核電儀控產(chǎn)品隨著我國(guó)自主核電技術(shù)一起“走出去”，指日可待。

本刊記者 王 丹