核電廠(chǎng)**重要儀表和控制系統的標準體系概述

引言
 
   “積極推進(jìn)核電建設”是我國電力發(fā)展的基本方針，“自主設計、自主制造、自主建設、自主運營(yíng)”是我國核電發(fā)展的重大戰略目標川。國家核電發(fā)展規劃為核電工程建設描繪了一幅宏偉的藍圖，我國核電現已進(jìn)入批量化和快速發(fā)展的階段。核電標準是人們在核電發(fā)展歷程中對技術(shù)和經(jīng)驗的總結，與我國工業(yè)基礎和技術(shù)能力相適應的核電標準體系則是我國核電自主化的具體體現。
 
   核電廠(chǎng)**重要儀表和控制系統是控制核電廠(chǎng)**運行的神經(jīng)元，其標準體系是核電標準體系的重要組成部分。
 
一、我國核電發(fā)展現狀及規劃
 
1.1我國核電發(fā)展現狀
 
   一次能源的多元化是國家能源**戰略的重要保證。核電是一種**、清潔、可靠的能源。發(fā)展核電可以改善我國的能源供應結構，保證能源的長(cháng)期穩定供應，保障國家能源**和經(jīng)濟**。自1991年我國**座核電站―秦山一期并網(wǎng)發(fā)電以來(lái)，我國已有6座核電站共11臺機組(裝機容量達9.068x106萬(wàn)kw)先后投人商業(yè)運行，其中9臺機組的堆型為壓水堆，另外2臺機組的堆型為重水堆。我國已投人商業(yè)運行的核電機組情況如表1所示。
 

 
1.2我國核電發(fā)展規劃
 
    國務(wù)院于2007年11月初正式批復的 《 核電中長(cháng)期發(fā)展規劃 》明確了我國核電發(fā)展的目標。到2020年，核電運行裝機容量爭取達到4000萬(wàn)kw，占全部發(fā)電裝機容量的4％左右；核電年發(fā)電量達到2600-2800億kw時(shí)，占國內總發(fā)電量的6％以上。同時(shí)，考慮到核電的后續發(fā)展，到2020年末，在建核電容量應保持在1800萬(wàn)kW左右。根據我國能源需求的實(shí)際情況和能源結構調整的需要，核電的發(fā)展目標將做適當上調。根據我國核電發(fā)展的規劃和總體部署，在今后相當長(cháng)時(shí)間內，積極發(fā)展核電將是我國能源結構調整優(yōu)化的主導思路之一。目前，我國已進(jìn)人批量化發(fā)展核電的階段。為統一和規范核電建設的相關(guān)工作，確保核電站各環(huán)節的**，提升我國相關(guān)工業(yè)的整體技術(shù)水平，迫切需要建立完整的、與我國工業(yè)體系和技術(shù)基礎相適應并與國際接軌的核電標準體系。
 
二、我國核電標準現狀
 
2.1核電標準發(fā)展歷程
 
   我國核電標準起步于20世紀80年代初期，在秦山一期、二期2個(gè)核電國產(chǎn)化工程項目以及后續的百萬(wàn)千瓦級核電工程項目的推動(dòng)下，截至2008年，我國已編制440多項核電標準，其中20％為國家標準，80％為核行業(yè)標準。在這些標準中，絕大部分是與核島相關(guān)的標準，而常規島和核電廠(chǎng)配套子項BoP(balanceofplant)方面主要采用常規電力標準以及其他一般工業(yè)標準?，F有的核電標準基本涵蓋(或涉及)了核電建設的各個(gè)方面，包括廠(chǎng)址選擇、建筑物設計施工、核電廠(chǎng)總體及系統設計、核電廠(chǎng)機械設備設計制造、核電廠(chǎng)儀控電設備設計制造、輻射防護、核電廠(chǎng)消防/安裝/調試/在役檢查及應急等。
 
2.2核電標準存在的問(wèn)題
 
   雖然我國的核電標準化工作取得了一定的成績(jì)，并在核電自主化進(jìn)程中發(fā)揮了積極的作用，但由于過(guò)去較長(cháng)時(shí)期內核電建設在技術(shù)路線(xiàn)上有爭議、自主設計項目不多，而引進(jìn)項目都是采用國外的標準，這給標準化工作帶來(lái)了很大的困難。為保證在建工程建設質(zhì)量，以往的核電標準工作全部采用“急用先編”的原則，由此導致了核電標準體系建設的不利狀況，如標準體系建設缺乏統籌考慮、標準編制顯得零散、一些標準內容出現交叉和重復、相關(guān)行業(yè)之間標準不太協(xié)調統一以及部分標準技術(shù)水平滯后等。
 
2.3核電標準現狀
 
   為了貫徹執行“堅持發(fā)展百萬(wàn)千瓦級先進(jìn)壓水堆核電技術(shù)路線(xiàn)”的核電發(fā)展戰略，推動(dòng)核電自主化建設進(jìn)程，在國家能源局的領(lǐng)導和組織下，由相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的單位參與，分別對現行有效的440多項核電標準的技術(shù)水平、使用情況和相關(guān)標準協(xié)調性等方面進(jìn)行了分析研究，同時(shí)，跟蹤國際或國外先進(jìn)標準的更新，并結合我國十多年來(lái)在核電廠(chǎng)設計、建造和運行方面積累的工程經(jīng)驗，制定了《壓水堆核電廠(chǎng)標準體系表 》(簡(jiǎn)稱(chēng)標準體系)。
 
   壓水堆核電廠(chǎng)標準體系滿(mǎn)足二代改進(jìn)型壓水堆核電機組的需求，同時(shí)兼顧三代非能動(dòng)壓水堆核電機組的特殊要求。這個(gè)標準體系是核電廠(chǎng)的專(zhuān)用標準體系，它納人了對核電有特殊要求的標準，而適用于核電的常規工業(yè)標準沒(méi)有列人其中。圖1所示為壓水堆核電廠(chǎng)標準體系框架結構圖。
 

 
   由圖1可以看出，按照核電工程主要過(guò)程以及某些類(lèi)標準的重要性，壓水堆核電廠(chǎng)標準體系可分成通用和基礎(a)、核電前期工作(b)、工程設計(c)、設備(d)、建造(e)、調試(f)、運行(g)和退役(h)8個(gè)領(lǐng)域(括號中的英文字母為體系代碼)。
 
三、核電廠(chǎng)**重要儀表和控制系統
 
3.1**重要儀表和控制系統概述
 
   核電廠(chǎng)**重要儀表和控制系統(簡(jiǎn)稱(chēng)儀控系統)是指系統故障或誤動(dòng)作可能導致核電廠(chǎng)廠(chǎng)區人員或公眾經(jīng)受過(guò)量放射性照射以及防止預計運行事件導致不可接受后果的儀控系統，包括**系統和**有關(guān)儀控系統。
 
   **系統是指**上重要的系統，它用于在任何工況下保證反應堆**停堆、從堆芯排出余熱或限制預計運行事件和設計基準事故后果；**有關(guān)儀控系統是指**上重要但不屬于**系統的儀控系統。
 
3.2核電廠(chǎng)**重要儀控系統功能
 
    核電廠(chǎng)**重要儀控系統涵蓋整個(gè)核島系統，其結構如圖2所示。
 

 
   核電廠(chǎng)**重要儀控系統在核電廠(chǎng)正常運行期間、預計運行事件(事故)期間和(或)事故發(fā)生后需要實(shí)施其**重要功能，主要包括自動(dòng)保護、過(guò)程控制和自動(dòng)監測功能。
 
   各功能具體說(shuō)明如下：①自動(dòng)保護功能，即觸發(fā)反應堆緊急停堆和啟動(dòng)專(zhuān)設**設施投入運行；②過(guò)程控制功能，即將核電廠(chǎng)**重要變量維持在運行限值內；③自動(dòng)監測功能，即對核電廠(chǎng)各種運行工況下**重要系統和設備的運行狀態(tài)提供信息顯示、記錄和報警等功能，并對**重要系統在核電廠(chǎng)運行期間的可運行性實(shí)施監督。
 
四、**重要儀控系統所需標準
 
   鑒于核電**重要儀控系統功能的多樣性和系統的復雜性，其設計、建造和運行涉及系統設計、設備制造和安裝、設備維護等一系列**相關(guān)標準。
 
   在系統設計方面，所需的標準有**重要儀控變量的確定及其相應系統的配置、**重要儀控功能的分類(lèi)(涵蓋技術(shù)要求和質(zhì)保要求)、功能系統(通道)的可靠性和可運行性設計、主控制室的綜合設計、信息的處理和傳輸以及人因工程的應用；在設備制造和安裝方面，所需的標準有(具有核電特殊要求的)設備的設計、制造、鑒定以及系統的集成、安裝和調試；在設備維護方面，所需的標準主要有設備的定期監督試驗與檢查、老化管理和維修。
 
五、標準編制策略
 
   積極采用國際先進(jìn)標準或國外適用標準，結合我國已有的核電工程經(jīng)驗編制適用于我國核電自主化建設的標準是核電廠(chǎng)**重要儀控系統標準編制的基本策略。國際上可供采用的核電廠(chǎng)**重要儀控系統標準主要有國際標準(IEC標準)和美國國家標準(如IEEE標準、ANS標準和ISA標準等)，另外還有一部分是其他國家標準，如聯(lián)邦德國標準(KTA)、法國電氣設備建造規則(RCC-E)等。我國現行的核電廠(chǎng)**重要儀控系統的標準(包括國家標準和行業(yè)標準)基本上由上述國際標準或國外標準轉化而來(lái)。下面僅對3個(gè)比較重要的核電廠(chǎng)**重要儀控系統的標準體系展開(kāi)分析。
 
5.1國際標準(IEC標準)
 
   自20世紀90年代以來(lái)，國際電工委員會(huì )(IEC)的分技術(shù)委員會(huì )SC45A依據國際原子能機構的**標準IAEANS-R-1-2000《核電廠(chǎng)**設計要求 》 、IAEANS-G-1.3-2002《核電廠(chǎng)**重要儀表和控制系統》和IAEA50-C/SG-Q-2001《核電廠(chǎng)**質(zhì)量保證 》，結合核電廠(chǎng)**重要儀控系統**采用數字化控制技術(shù)的發(fā)展方向，修制訂了一批標準，初步建立了壓水堆核電廠(chǎng)**重要儀控系統的新標準體系。
 
5.1.1標準體系的適用性
 
    IEC新標準體系適用于常規模擬量?jì)x控系統、全數字化儀控系統或由模擬和數字集成的儀控系統。
 
   IEC標準的技術(shù)水平反映了當今國際上核電工程建造的先進(jìn)水平，符合我國壓水堆核電廠(chǎng)工程建造的實(shí)際情況。
 
5.1.2標準體系范圍
 
   標準體系包括根據縱深防御**原理確定的核電廠(chǎng)**層次的所有**重要儀控系統(包括動(dòng)力源供給系統)在設計、建造和運行方面及**相關(guān)的標準，涵蓋了核功率(中子注量率)監控、工藝過(guò)程和設備狀態(tài)的監控、輻射監測這三大領(lǐng)域的**重要儀控系統。
 
5.1.3標準體系結構
 
    IEC新標準體系分成以下4個(gè)層次。**層次(頂層)標準是IEC 61513 2001核電廠(chǎng)**重要儀表和控制系統基本要求》。頂層標準**規定了**重要儀表和控制系統在核電工程整個(gè)壽期內(包括設計階段、建造階段和運行期間)各項活動(dòng)中的**準則，為儀控系統的總體設計提供指導。該層標準的一些基本要求將由**層次的標準加以補充或直接相互引用。
 
   **層次標準包括核電廠(chǎng)**重要儀表和控制功能的確定及分類(lèi)、系統的可靠性和可用性設計、功能通道和設備的設計、信息處理和傳輸、主控制室的設計以及設備鑒定等方面的標準。
 
   第三層次標準是有關(guān)設備(設計、制造和鑒定)、技術(shù)方法(如核電廠(chǎng)可靠性故障樹(shù)分析法)和一些特定活動(dòng)的標準。這一層次的標準與頂層標準沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，但根據標準內容特征，它可與**層次的標準關(guān)聯(lián)。
 
    第四層次“標準”僅是一些技術(shù)文件，不作為標準，但與上述三個(gè)層次的標準編制或修訂相關(guān)。
 
5.2美國國家標準
 
   美國是核電之母，有關(guān)核電標準是以聯(lián)邦法規(ROCFR)和管理導則(R.G)為依據，各技術(shù)學(xué)會(huì )(如電氣和電子工程學(xué)會(huì )IEEE、核學(xué)會(huì )ANS、儀表和自動(dòng)化學(xué)會(huì )ISA)編制本專(zhuān)業(yè)范圍的“行業(yè)標準”，經(jīng)國家標準研究院認可為美國國家標準。由此可見(jiàn)，美國核電標準體系是由各學(xué)會(huì )編制的標準集成的。
 
    IEEE 核**有關(guān)標準體系是以IEEE 6O3《核電廠(chǎng)**系統準則 》、IEEE308《核電廠(chǎng)IE級電力系統準則》和IEEE323《核電廠(chǎng)lE級設備鑒定》為基本標準，連同其他相關(guān)子標準構成滿(mǎn)足核電廠(chǎng)**準則的**級電氣系統和設備的標準體系。三哩島事故發(fā)生后，IEEE將事故監測儀表準則、**系統可靠性分析、人因工程在**系統設計、建造和運行中的應用等相關(guān)標準充實(shí)到核電廠(chǎng)**系統標準體系。隨著(zhù)數字化儀控技術(shù)廣泛應用于**系統，IEEE標準已做了相應修訂。
 
    IEEE標準是依據美國核電工程的設計、建造和運行經(jīng)驗以及大量的研究、試驗成果進(jìn)行編制和修訂的
 
   它反映了美國的工業(yè)水平和核電工程建造水平?；诿绹鴩?，IEEE標準有準則類(lèi)、導則類(lèi)和實(shí)施方法類(lèi)3種類(lèi)型。IEEE現行核電標準多數已轉化成我國的相應標準。
 
5.3法國國家標準
 
    RCC-E《核島電氣設備設計和建造規則》是法國依據國際標準(IEC核電專(zhuān)用標準和IEC常規工業(yè)的基礎標準)、法國標準和歐洲標準，并結合法國核電工程實(shí)踐經(jīng)驗編制的一套電氣設備和系統在設計、建造方面的“技術(shù)規則”，用于核島系統**級電氣系統和設備(包括儀表、控制和供電系統)的設計和建造。RCC-E給出了**級電氣系統設計和建造的“綱要”和必須遵守IEC或法國某個(gè)標準的規定，它是在消化核島電氣設備設計和建造標準內涵的基礎上總結出的電氣設備設計和建造“要點(diǎn)”。
 
5.4采標策略
 
   基于對上述國際或國外核電標準體系的研究和分析，并結合我國現行標準的修制訂情況，確定我國核電廠(chǎng)**重要儀控系統標準采用國際或國外先進(jìn)標準(簡(jiǎn)稱(chēng)采標)的策略為：以國際標準(IEC標準)為主，輔以IEEE標準、ISA標準和RCC-E。
 
六、標準體系結構
 
   依據核電廠(chǎng)**重要儀控系統本身的特點(diǎn)，在分析和研究國外標準體系的基礎上，結合國內核電工程所累積的經(jīng)驗以及對標準的需求，將儀控系統所需標準分成4個(gè)層次：①**層次，有關(guān)核電廠(chǎng)**重要儀表和控制系統在設計、建造和運行各階段如何滿(mǎn)足核電廠(chǎng)設計**要求的標準，是儀控系統標準體系中的頂層標準；②**層次，有關(guān)**重要儀控系統的設計等方面的標準，是頂層標準中**要求的細化；③第三層次，與頂層標準不直接相關(guān)，但基于該層次標準自身的特點(diǎn)，可與**層次的標準相關(guān)聯(lián)或相協(xié)調；④第四層次，有關(guān)設備鑒定、安裝和維修規程的標準。
 
    國家能源局于2009年11月發(fā)布了((壓水堆核電廠(chǎng)標準體系 》，共計680項標準。**重要儀表和控制系統的相關(guān)標準170項，其中現行有效的標準39項、正在修制訂的標準巧項、待修訂的標準46項、待制定的標準70項。
 
七、結束語(yǔ)
 
   核電廠(chǎng)**重要儀控系統的標準體系以滿(mǎn)足二代改進(jìn)型核電機組的設計、建造和運行所需標準為基礎，是一種開(kāi)放式的體系，需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護。隨著(zhù)我國核電儀控技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著(zhù)三代核電機組的國產(chǎn)化和模塊化建造的進(jìn)行，核電儀控系統標準體系將得到不斷的調整和完善。