电站安全级系统构成反应堆紧急停堆系统专设安全设施驱动系统本章小结第章国内应用安全级控制系统通信分析基于平台的安全级控制系统基于平台的安全级控制系统本章小结第章安全级控制系统通信设计标准分析安全级控制系统通信设计标准安全级控制系统与常规控制系统的区别参考设计标准不同相关性能指标要求不同核电站安全级控制系统的特性本章小结第章基于的安全级控制系统通信设计项目简介华北电力大学硕士学位论文基于的安全级控制系统通信设计反应堆紧急停堆系统通信架构设计专设安全设施驱动系统及相关系统通信架构设计控制系统通信架构的总体设计控制系统通信架构的响应时间分析本章小结第章结论与展望参考文献攻读硕士学位期间发表的论文致谢华北电力大学硕士学位论文第章概述核电发展背景从二十世纪中叶开始，工业发达国家开始研究核能发电的可利用性，时至今日，核能发电的技术已经跨越了三代。国际上把，核电站设置了专设安全设施。专设安全设施系统主要包括如下安全注入系统安全壳喷淋系统辅助给水系统和安全壳隔离系统。专设安全设施的实现专设安全设施在下面的了在些典型事故中起到保护作用。回路小破口事故破口当量直径在回路的泄漏量很小时，可以增加化容系统的上充作用来补偿泄漏的流量，在泄漏量较大时，就需要投入来限制稳压器水位和压力的降低。为了避免造成堆芯裸露减少泄漏量增大安注流量等，需要尽快使回路的温度压力降下来。但因为泄漏量较小，在刚开始时泄漏可能不足以带出堆芯余热，所以必须较早投入辅助给水系统，以保证堆芯余热的及时排出。回路大破口事故破口当量直径当回路的管道发生断裂时，即典型的大破口失水事故时。这是专设安全系统的种基准设计事故。这时专设安全设施的作用体现在以下方面投入安注系统中所有系统向堆芯注水，防止或限制堆芯的裸露，保证燃料元件的完整性进行安全壳隔离，以防放射性物质通过安全壳的贯穿件泄漏到安全壳外投入安全壳喷淋系统，使安全壳内大气降温降压，保证安全壳的完整性。二回路大破口事故主给水管道大破口事故如果主给水管道断裂主给水设备失效后果相同，则需要及时投入辅助给水系统，以排出堆芯的余热。蒸汽管道断裂事故为了防止限制事故的扩大，需要采取措施如下启动向回路注入高浓度硼酸溶液启动辅助给水系统，导出堆芯的余热，直到余热排出系统启动为止如果破口出现在安全壳内，则需要启动，以保证安全壳的安全性。专设安全设施的对象华北电力大学硕士学位论文专设安全设施的保护对象及专设安全设施的保护参数，见表及表。表专设安全设施的保护对象原因保护方法后果保护对象中子通量密度过高超核功率保护熔化燃料包壳出现烧毁回路压力流量低的保护熔化燃料包壳回路压力高热应力安全壳压力高中子通量密度变化过快的保护平均值温度变化过快的保护安全壳压力温度高的保护破裂破裂破裂回路回路安全壳表专设安全设施保护参数参数符合度相关信号稳压器压力低低安全注射信号蒸汽管道间压力低低安全注射信号蒸汽管道流量高与蒸汽管道压力低安全注射信号安全壳压力高安全注射信号手动启动安全注射信号安全壳压力异常高安全壳喷淋信号手动启动安全壳喷淋信号安全注射信号安全壳隔离信号安全壳喷淋信号安全壳隔离信号手动启动安全壳隔离信号稳压器压力低低安全注射信号蒸汽管道间压力低低安全注射信号蒸汽管道流量高且蒸汽管道压力低安全注射信号安全壳压力高安全注射信号手动启动安全注射信号安全壳压力异常高安全壳喷淋信号手动启动安全壳喷淋信号本章小结本章介绍了与安全级保护系统相对应的主要工艺系统，也详细分析了安全级控制系统主要实现的两大功能反应堆停堆的执行和专设安全设施实现，以及各工艺系统的功能与保护系统各功能对应关系，同时，也对触发停堆功能和专设系统功能的信号进行了总结。其中，与安全设施专设系统直接相连的工艺系统包括华北电力大学硕士学位论文以下系统安全壳隔离系统安全壳喷淋系统辅助给水系统和安全注入系统。后续章节中的相关通信架构的设计正是基于对功能的实现以及与工艺系统的对应关系的基础上开展的。华北电力大学硕士学位论文第章国内应用安全级控制系统通信分析基于平台的安全级控制系统平台是日本三菱电机公司开发的可应用于核电站保护系统的安全级平台，三菱重工的三代堆项目中的安全级控制系统是应用平台进行设计的，我国红沿河等核电站也应用了该平台。在国内的项目中，安全级控制系统主要包括以下几个系统反应堆保护系统专设安全设施驱动系统安全逻辑系统辅助继电器控系统等。平台主要应用的通信技术有“点对点”通信和弹性分组环网其通信架构如图所示。内部分为四个序列，每个序列分别配置有安全显示单元用于安全级设备的手动控制操作。各序列间通过光纤通信传递“局部停堆”信号，以实现停堆功能的符合逻辑表决。还通过光纤通信传递控制指令给各个序列的实现专设安全设施系统级的驱动。通过安全总线通信将系统级驱动指令传递给实现安全级设备的自动驱动控制，通过将手动控制信号传递给实现安全级设备的手动驱动控制。另外，经由通过系统单元总线将报警指示等信息传递到显示屏进行显示。安全总线安全系统总线安全总线图项目中的保护系统通信结构华北电力大学硕士学位论文由上可以得知，在平台中主要应用的通信技术有两种点对点通信点对点通信技术主要应用于各保护通道间相同子系统之间各保护通道与两列之间和中的通信站。点对点通信技术主要是应用无握手信号的广播协议，其传输速率可达到，主要是通过板卡实现两点的连接，通信方式为的主站轮回查询方式。其中每块板卡可以提供个通信接口，模块为异步执行，通过个端口中的缓存，完全独立于模块的过程处理处于接收状态的模块，直处于等待状态，直到数据接接收完毕，接收数据同时检验数据的完整性，检验正常，再将其写入端口的缓存器。点对点通信的基本结构如下图。模块数据存储光电转换通信控制器模块数据存储图通信结构图弹性分组环网在平台中应用的弹性分组环网是以协议定义的弹性组网技术为模板，在其基础上经过改进和简化，经过严密的测试之后，被批准应用在核电安全级系统中。主要应用于级环网级环网用于与及的通信。基本结构是由根反向光纤组成环形拓扑结构，有内外两个相互反方向传送的环，每个环路既发送数据，又传输同向控制信号，环网上的节点共享带宽，。单播流的目的地址剥离，被目的点接收后，无需回到源地址，直接被剥离。其基本结构如下图。端口存储器端口存储器端口存储器控制网络控制网络模块逆时针循环顺时针循环接收端口发送端口图弹性分组环网通信结构图华北电力大学硕士学位论文在保护通道内部的通信上，平台采用了的点对点技术，点对点的优势在于安全性较高，两点之间的通信不受第三点的干扰，且两点之间的通信故障也不会影响到其他设备通信，但此种通信方式需要大量的设备和现场布线，因此其在经济性和现场管理方面可以改进。安全级各系统之间的通信上，采用的基于技术的环网通信，具有良好的可利用性带宽高故障容错和诊断功能等特点，其优势在于设备之间的互通能力强，且技术标准统，利于以后的扩展或技术改进。但由于在环网中实行的是自动保护切换机制，当环网中个节点发生故障时，容易引起数据的丢失，且有可能占用链路带宽和加大时延，并且由于设备是串行关系，故系统响应时间会较长，具备定的级联风险。基于平台的安全级控制系统平台是德国西门子公司研发的安全级系统，具有先进的数字化仪控组态能力，也有成功的电厂运行实际经验做基础，是国际上少数几个通过安全级认证的安全级控制系统。在国内应用的项目有岭澳二期和田湾核电站。安全控制系统包括保护系统安全信息和控制系统安全自动系统和优先级驱动控制系统等，其中停堆保护系统由个冗余通道组成。结构简图如图所示。从非安全级来图基于平台的安全级控制系统系统主要由信号采集处理单元和逻辑运算单元构成，从而构成两层双列的系统结构。其中信号采集处理部分，由个保护组组成，每个保硕士学位论文核电站安全级控制系统通信研究侯军委年月国内图书分类号学校代码国际图书分类号密级公开硕士学位论文核电站安全级控制系统通信研究硕士研究生侯军委导师姚万业企业导师郑伟智申请学位工程硕士专业领域控制工程培养方式全日制所在学院控制与计算机工程学院答辩日期年月授予学位单位华北电力大学，华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明此处所提交的硕士学位论文核电站安全级控制系统通信研究，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名日期年月日华北电力大学硕士学位论文使用授权书核电站安全级控制系统通信研究系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于请在以下相应方框内打保密，在年解密后适用本授权书不保密作者签名日期年月日导师签名日期年月日华北电力大学硕士学位论文摘要为了缓解能源紧张并减少环境污染，在我国发展核电是大势所趋。同时，巨大的电力缺口促使着各国在福岛事件后逐步重启核电的建设。年，国家相关部门规定新建核电机组必须符合三代安全标准。在三代堆设计中，增加了对设计基准事故的防御和缓解，即对反应堆保护系统有了更高的要求，同时也促使相应的控制系统满足更高的要求。核电站控制系统的发展经历了模拟仪表模拟仪表和数字化设备组合及基于计算机技术的纯数字化三代控制系统的历程。目前国内新建的机组均采用了全数字化的控制系统。因此研发具有自主知识产权的安全级数字化控制平台已是迫在眉睫。通信作为数字化技术中的关键技术之，对构建整个控制系统，实现各个控制站间的数据交互起着关键的作用。通信技术存在点对点通信环网通信总线通信等多种技术形态，分别具有不同的特点。核电站控制系统般分为安全级和非安全级两大部分，安全级控制系统因主要用于保证核电站的安全控制功能，在可靠性方面要求更高，因此，相关核安全