竇 穎，郭毅飛，曾 剛，劉志賓，孟慶軍

（北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，北京 100094）

0 引言

核電廠主控制室是集中監(jiān)視和操縱核電設(shè)備的控制中樞，其整體設(shè)計大致可劃分為3 個類型：以模擬技術(shù)為核心的常規(guī)模擬主控制室（即全硬盤控制室）；將核島常規(guī)控制以及常規(guī)島數(shù)字化控制相結(jié)合的主控制室（即硬盤和數(shù)字化兼有的控制室）；及以數(shù)字化儀表和控制技術(shù)為基礎(chǔ)的先進主控制室（即除后備盤以外全數(shù)字化控制室）[1,2]。主控制室內(nèi)的主要設(shè)施——控制盤臺，是核電儀控系統(tǒng)人機接口的主要載體，肩負著日常信息收集處理，核電廠運行情況監(jiān)控，以及儀表設(shè)備操控等重要工作。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，盤臺設(shè)計也不再局限于整體面板開孔并放置儀表設(shè)備的傳統(tǒng)控制盤臺。

表1 馬賽克后備盤與傳統(tǒng)后備盤差異對比Table 1 Comparison of mosaic reserve disks with traditional back-up discs

馬賽克控制盤臺因其設(shè)計工藝新穎、簡約，且更符合現(xiàn)代化控制室的整體風(fēng)格，近年來受到越來越多客戶的青睞，一些核電項目正逐步將馬賽克控制盤臺應(yīng)用于核電廠主控制室。

1 核電廠控制盤臺類型及功能

核電廠典型的先進主控制室一般包含以下幾種盤臺[3,4]：

1）操作員工作站（OWP，Operator Work Place），該盤臺為操作員的主要控制手段，通常配置為全數(shù)字化設(shè)備，包括多個顯示模塊、主機以及鍵盤鼠標等設(shè)備?；跀?shù)字化人機接口，操作員可對核電廠運行狀態(tài)進行監(jiān)視和控制。

2）后備盤（BUP，Backup Panel），該盤臺為OWP 的后備盤，通常盤面布有核電廠工藝流程的概覽圖，在相應(yīng)位置嵌有參數(shù)儀表，實時顯示核電廠各個關(guān)鍵的參數(shù)值。同時盤面還嵌有多個控制按鈕及手操器等設(shè)備，以便OWP盤臺失效時，操作員可利用該盤臺監(jiān)視或操控核電廠，使其保持在安全狀態(tài)[5]。

3）緊急操作盤（ECP，Emergency Control Panel），當(dāng)發(fā)生緊急情況時，操作員可通過此盤臺上的緊急操作按鈕進行手動停堆和專用安全設(shè)施驅(qū)動，以保證核電廠的安全。

4）多樣性驅(qū)動盤（DHP，Diversity HSI Panel），當(dāng)反應(yīng)堆保護系統(tǒng)發(fā)生共因故障喪失控制功能時，可操作該盤臺觸發(fā)停堆和安全設(shè)施。

5）嚴重事故盤（SAP，Severe Accident Panel），當(dāng)發(fā)生故障導(dǎo)致電源切斷時，該盤臺可提供安全信息監(jiān)控。

6）大屏顯示盤（LDP，Large Display Panel）

隨著主控制室設(shè)計需求不斷提升，控制盤臺設(shè)計也更加人性化、模塊化。不僅在盤臺結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中結(jié)合了人因工程、人體工程學(xué)[6,7]，使得操作員操縱和監(jiān)視活動更加合理，一定程度上減輕操作員工作強度及精神壓力；同時主控室盤臺趨于多樣化，其單體結(jié)構(gòu)設(shè)計趨于小型化[8,9]。

2 馬賽克控制盤臺優(yōu)劣勢分析

傳統(tǒng)控制盤臺通常采用整塊面板切割制造，加工人員參照概覽圖，在面板相應(yīng)位置開孔并放置手操器和儀表等設(shè)備，如CPR1000 的陽江3、4 號機組采用的就是日本三菱公司設(shè)計的傳統(tǒng)后備盤。該類型后備盤由于面板切割工作在項目詳細設(shè)計前期就已完成，盤面設(shè)備類型和位置被固化，一旦后期設(shè)計優(yōu)化升版，如新增設(shè)備，則需要在原有面板上再加工，不僅容易損傷現(xiàn)有設(shè)備，同時還可能會影響盤面概覽圖布局；如若調(diào)整部分設(shè)備位置或刪減部分設(shè)備，則需要填充盤臺面板開孔，費時費力，而應(yīng)用馬賽克控制盤臺的后備盤則可有效解決上述問題。

馬賽克控制盤臺與傳統(tǒng)控制盤臺相較，主要有以下幾點優(yōu)勢：

馬賽克盤臺的盤面由不同規(guī)格的設(shè)備及瓦片填充，可依據(jù)實際使用需求靈活配置。

在盤臺設(shè)計固化后，仍具有調(diào)整和新增盤面設(shè)備的能力，更有利于核電廠后續(xù)改造等需求。

馬賽克盤臺的支撐骨架可通過專業(yè)固定件進行擴展以滿足不同規(guī)格的盤面需求。

馬賽克盤臺的設(shè)備及儀表采用預(yù)制電纜插頭插拔的安裝方式。因此，接線簡潔，成套性強，維護方便。既提升了盤內(nèi)可利用空間和日常維護空間，也提高了設(shè)備更換及日常維護的效率。

馬賽克盤臺的設(shè)備及儀表相較傳統(tǒng)盤臺的設(shè)備及儀表更小型化，增加了后備盤對設(shè)備的容納能力，可滿足核電廠業(yè)主對于主控制室盤臺更多樣化的要求。

為更直觀表明馬賽克控制盤臺的特點，表1 詳細列出了其與傳統(tǒng)后備盤的差異。

當(dāng)然，馬賽克控制盤臺也有待優(yōu)化的方面：

首先，馬賽克盤臺設(shè)備相對較小，限制了設(shè)備文字打印空間。針對此類問題，可以考慮在設(shè)備周邊馬賽克瓦片增加文字描述或從盤臺結(jié)構(gòu)設(shè)計角度改進，以滿足人因工程中可視要求；其次，馬賽克盤臺盤面操作范圍減小，雖然提升操作員工作效率但也增加了誤操作的可能。針對此類型問題，通過兩步操作，增加確認按鈕來防止誤操作。

3 馬賽克控制盤臺功能及應(yīng)用

馬賽克控制盤臺主要由柜體、馬賽克設(shè)備及瓦片、配套骨架及其安裝附件組成。配套骨架為網(wǎng)格狀合金面板，作為馬賽克設(shè)備及瓦片的基礎(chǔ)支撐。馬賽克設(shè)備及瓦片依據(jù)設(shè)計需求卡在骨架相應(yīng)位置上，組合成完整的操縱盤面，并安裝于柜體上；也可對骨架進行切割用來放置顯示器或其他除馬賽克設(shè)備以外的設(shè)備。

3.1 馬賽克控制盤臺設(shè)備類型及功能

馬賽克控制盤臺有多種不同類型及規(guī)格的設(shè)備。以主控制室后備盤的設(shè)備需求為例，馬賽克設(shè)備通常有報警指示燈、信號指示燈、旋鈕開關(guān)、按鈕開關(guān)、控制瓦片、模擬量指針儀表以及數(shù)碼顯示管儀表等7 種類型。

1）報警指示燈

后備盤報警燈一般分布在盤臺上方，其主要功能是核電廠運行過程中的故障信息反饋。依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求確定故障信息報警級別，繼而確定相應(yīng)報警指示燈顏色及對應(yīng)馬賽克設(shè)備型號。

2）信號指示燈

后備盤除報警指示燈以外，還會在盤面上布置指示燈來顯示工藝參數(shù)信息等。同樣，信號指示燈需根據(jù)設(shè)計需求，確認馬賽克設(shè)備顏色以及外觀尺寸規(guī)格。

3）旋轉(zhuǎn)開關(guān)

后備盤通常需要給DCS 發(fā)送模式切換指令或控制指令，如KIC 系統(tǒng)和BUP 系統(tǒng)間的切換等指令。旋轉(zhuǎn)開關(guān)的選擇需根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求，如是否需要自復(fù)位或非自復(fù)位功能，兩相還是三相的切換需求來確認。對于個別需具有雙步確認功能的特殊設(shè)備或需要保障系統(tǒng)功能不受未經(jīng)授權(quán)人員操縱的設(shè)備，可選擇旋轉(zhuǎn)手柄帶鑰匙的開關(guān)類型。

4）按鈕開關(guān)

當(dāng)啟動、停止某些設(shè)備或確定設(shè)備狀態(tài)時，后備盤需發(fā)出執(zhí)行指令，如報警喇叭和消音喇叭的確認等。按鈕開關(guān)的選擇需根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求，如控制指令的重要程度是否需加裝按鈕保護措施，亦或是否需要指示燈狀態(tài)反饋等來確認馬賽克設(shè)備型號。

5）控制瓦片

后備盤通常會發(fā)出控制指令給DCS，且需要接收其反饋信號，如控制某些設(shè)備開（運行）、關(guān)（停止）的指令及接收其相應(yīng)的狀態(tài)反饋指示或故障狀態(tài)指示，不同的狀態(tài)分別用不同的顏色指示?？刂仆咂闹甘緹艉桶粹o數(shù)量需根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求來確定。

6）模擬量指針儀表

操作員需要實時監(jiān)控核電廠工藝流程中關(guān)鍵設(shè)備的參數(shù)值，以便確保其安全穩(wěn)定地運行。因此，后備盤嵌有接收DCS 送來4mA ～20mA 模擬量信號的指針儀表來完成指示功能。儀表類型需根據(jù)所反映的工藝流程，來確定指示量程及儀表的外觀規(guī)格。

7）數(shù)碼顯示管儀表

后備盤除模擬量指針儀表外，通常還會嵌入數(shù)碼顯示管儀表，以便通過數(shù)字的形式更為精確直觀地顯示出工藝參數(shù)數(shù)值。儀表類型需根據(jù)所反映的工藝流程，來確定顯示位數(shù)及儀表顯示量程。

3.2 馬賽克控制盤臺在核電廠主控制室的應(yīng)用

目前，馬賽克控制盤臺已應(yīng)用于多個核電項目。

陽江5、6 核電項目是中國首個具備“三代”核電主要技術(shù)特征，滿足最新安全技術(shù)標準的自主品牌核電機組。其主控制室后備盤應(yīng)用了國內(nèi)首臺自主設(shè)計并制造的安全級馬賽克控制盤臺，通過了基準試驗、環(huán)境試驗、電磁兼容性試驗、地震試驗等多項鑒定試驗，完全滿足核電廠主控制室對硬件設(shè)備的技術(shù)要求。2018 年5 月，陽江5 號機組并網(wǎng)發(fā)電，順利完成168h 示范運行，宣布具備商運條件。陽江6 號機組也順利完成冷試并按計劃推進后續(xù)調(diào)試工作，預(yù)計在2019 年具備商運條件。同時，該項目緊急控制盤臺、多樣性驅(qū)動盤及嚴重事故盤也應(yīng)用了馬賽克控制盤臺，無論從外觀還是實際操作體驗都取得了良好的效果。

紅沿河5、6 核電項目及田灣5、6 核電項目[10]，主控制室后備盤、緊急控制盤等同樣應(yīng)用馬賽克控制盤臺。田灣5、6 項目后備盤除大量馬賽克設(shè)備外還集成多個無紙記錄儀，應(yīng)用效果良好?，F(xiàn)紅沿河5 號機組及田灣5 號機組主控制室馬賽克盤臺均以已全部安裝就位，正在開展后續(xù)調(diào)試工作。

防城港3、4 核電項目是中國自主研發(fā)核電技術(shù)——“華龍一號”的依托項目，全面貫徹“縱深防御”的設(shè)計理念，安全指標和技術(shù)性能均達到國際三代核電技術(shù)的先進水平。該項目主控制室內(nèi)布置的核島輔助控制盤、常規(guī)島輔助控制盤、多樣化系統(tǒng)人機接口盤及嚴重事故處理盤等均采用馬賽克控制盤臺。馬賽克盤臺的應(yīng)用既滿足不同盤臺多樣化設(shè)計需求，同時主控制室整體風(fēng)格更彰顯簡潔現(xiàn)代化。目前，防城港3 號機組正在工程建設(shè)階段。

4 結(jié)束語

通過馬賽克控制盤臺與傳統(tǒng)盤臺對比所展現(xiàn)的特點，分析了該技術(shù)用于核電廠主控制室的優(yōu)勢及不足。馬賽克控制盤臺在實際核電項目的成功應(yīng)用，既肯定了該技術(shù)在核電領(lǐng)域的趨勢及地位，也顯示了其在核電國產(chǎn)化道路上的成果和貢獻。

1）在核電廠安全級盤臺設(shè)計和制造方面，因需充分考慮盤臺的抗震、安全通道隔離、人因工程學(xué)等多重因素，使得設(shè)計人員面臨諸多難點。因此，該技術(shù)長久以來都被國外廠商所壟斷。隨著陽江5、6 號機組項目馬賽克盤臺在核安全局的見證下，順利通過嚴格的鑒定試驗，實現(xiàn)了核電廠安全級盤臺“中國造”的目標。國內(nèi)首套自主設(shè)計和制造的安全級馬賽克盤臺的成功應(yīng)用，不僅提升了中國核電站國產(chǎn)化的進程，更填補了中國在該技術(shù)領(lǐng)域的空白。

2）在核電廠儀控系統(tǒng)的制造成本方面，馬賽克盤臺的應(yīng)用一定程度上減少了盤臺制造成本。同時，馬賽克盤臺最大限度地降低了單個設(shè)備對整體盤臺的影響，直接減少了盤面設(shè)計優(yōu)化和改造可能帶來的附加成本，也間接減少了核電廠后續(xù)的維護成本。

3）國產(chǎn)安全級馬賽克盤臺在陽江5、6 號機組項目的應(yīng)用，打破了先前國外制造廠商對中國整體安全級盤臺進口的價格壁壘，隨著國產(chǎn)化的推進，后續(xù)單機組后備盤的造價成本相比整體進口馬賽克安全級盤臺將進一步降低。