核電廠**重要儀表和控制系統(tǒng)的標準體系概述

引言
 
   “積極推進核電建設”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”是我國核電發(fā)展的重大戰(zhàn)略目標川。國家核電發(fā)展規(guī)劃為核電工程建設描繪了一幅宏偉的藍圖，我國核電現(xiàn)已進入批量化和快速發(fā)展的階段。核電標準是人們在核電發(fā)展歷程中對技術和經(jīng)驗的總結，與我國工業(yè)基礎和技術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(xiàn)。
 
   核電廠**重要儀表和控制系統(tǒng)是控制核電廠**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(xiàn)狀及規(guī)劃
 
1.1我國核電發(fā)展現(xiàn)狀
 
   一次能源的多元化是國家能源**戰(zhàn)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，保證能源的長期穩(wěn)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，我國已有6座核電站共11臺機組(裝機容量達9.068x106萬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(guī)劃
 
    國務院于2007年11月初正式批復的 《 核電中長期發(fā)展規(guī)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，占國內(nèi)總發(fā)電量的6％以上。同時，考慮到核電的后續(xù)發(fā)展，到2020年末，在建核電容量應保持在1800萬kW左右。根據(jù)我國能源需求的實際情況和能源結構調(diào)整的需要，核電的發(fā)展目標將做適當上調(diào)。根據(jù)我國核電發(fā)展的規(guī)劃和總體部署，在今后相當長時間內(nèi)，積極發(fā)展核電將是我國能源結構調(diào)整優(yōu)化的主導思路之一。目前，我國已進人批量化發(fā)展核電的階段。為統(tǒng)一和規(guī)范核電建設的相關工作，確保核電站各環(huán)節(jié)的**，提升我國相關工業(yè)的整體技術水平，迫切需要建立完整的、與我國工業(yè)體系和技術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(xiàn)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個核電國產(chǎn)化工程項目以及后續(xù)的百萬千瓦級核電工程項目的推動下，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的標準，而常規(guī)島和核電廠配套子項BoP(balanceofplant)方面主要采用常規(guī)電力標準以及其他一般工業(yè)標準。現(xiàn)有的核電標準基本涵蓋(或涉及)了核電建設的各個方面，包括廠址選擇、建筑物設計施工、核電廠總體及系統(tǒng)設計、核電廠機械設備設計制造、核電廠儀控電設備設計制造、輻射防護、核電廠消防/安裝/調(diào)試/在役檢查及應急等。
 
2.2核電標準存在的問題
 
   雖然我國的核電標準化工作取得了一定的成績，并在核電自主化進程中發(fā)揮了積極的作用，但由于過去較長時期內(nèi)核電建設在技術路線上有爭議、自主設計項目不多，而引進項目都是采用國外的標準，這給標準化工作帶來了很大的困難。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(tǒng)籌考慮、標準編制顯得零散、一些標準內(nèi)容出現(xiàn)交叉和重復、相關行業(yè)之間標準不太協(xié)調(diào)統(tǒng)一以及部分標準技術水平滯后等。
 
2.3核電標準現(xiàn)狀
 
   為了貫徹執(zhí)行“堅持發(fā)展百萬千瓦級先進壓水堆核電技術路線”的核電發(fā)展戰(zhàn)略，推動核電自主化建設進程，在國家能源局的領導和組織下，由相關專業(yè)技術領域的單位參與，分別對現(xiàn)行有效的440多項核電標準的技術水平、使用情況和相關標準協(xié)調(diào)性等方面進行了分析研究，同時，跟蹤國際或國外先進標準的更新，并結合我國十多年來在核電廠設計、建造和運行方面積累的工程經(jīng)驗，制定了《壓水堆核電廠標準體系表 》(簡稱標準體系)。
 
   壓水堆核電廠標準體系滿足二代改進型壓水堆核電機組的需求，同時兼顧三代非能動壓水堆核電機組的特殊要求。這個標準體系是核電廠的專用標準體系，它納人了對核電有特殊要求的標準，而適用于核電的常規(guī)工業(yè)標準沒有列人其中。圖1所示為壓水堆核電廠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程以及某些類標準的重要性，壓水堆核電廠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(diào)試(f)、運行(g)和退役(h)8個領域(括號中的英文字母為體系代碼)。
 
三、核電廠**重要儀表和控制系統(tǒng)
 
3.1**重要儀表和控制系統(tǒng)概述
 
   核電廠**重要儀表和控制系統(tǒng)(簡稱儀控系統(tǒng))是指系統(tǒng)故障或誤動作可能導致核電廠廠區(qū)人員或公眾經(jīng)受過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(tǒng)，包括**系統(tǒng)和**有關儀控系統(tǒng)。
 
   **系統(tǒng)是指**上重要的系統(tǒng)，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；**有關儀控系統(tǒng)是指**上重要但不屬于**系統(tǒng)的儀控系統(tǒng)。
 
3.2核電廠**重要儀控系統(tǒng)功能
 
    核電廠**重要儀控系統(tǒng)涵蓋整個核島系統(tǒng)，其結構如圖2所示。
 

 
   核電廠**重要儀控系統(tǒng)在核電廠正常運行期間、預計運行事件(事故)期間和(或)事故發(fā)生后需要實施其**重要功能，主要包括自動保護、過程控制和自動監(jiān)測功能。
 
   各功能具體說明如下：①自動保護功能，即觸發(fā)反應堆緊急停堆和啟動專設**設施投入運行；②過程控制功能，即將核電廠**重要變量維持在運行限值內(nèi)；③自動監(jiān)測功能，即對核電廠各種運行工況下**重要系統(tǒng)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(tǒng)在核電廠運行期間的可運行性實施監(jiān)督。
 
四、**重要儀控系統(tǒng)所需標準
 
   鑒于核電**重要儀控系統(tǒng)功能的多樣性和系統(tǒng)的復雜性，其設計、建造和運行涉及系統(tǒng)設計、設備制造和安裝、設備維護等一系列**相關標準。
 
   在系統(tǒng)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(tǒng)的配置、**重要儀控功能的分類(涵蓋技術要求和質(zhì)保要求)、功能系統(tǒng)(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(tǒng)的集成、安裝和調(diào)試；在設備維護方面，所需的標準主要有設備的定期監(jiān)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**重要儀控系統(tǒng)標準編制的基本策略。國際上可供采用的核電廠**重要儀控系統(tǒng)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(guī)則(RCC-E)等。我國現(xiàn)行的核電廠**重要儀控系統(tǒng)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。下面僅對3個比較重要的核電廠**重要儀控系統(tǒng)的標準體系展開分析。
 
5.1國際標準(IEC標準)
 
   自20世紀90年代以來，國際電工委員會(IEC)的分技術委員會SC45A依據(jù)國際原子能機構的**標準IAEANS-R-1-2000《核電廠**設計要求 》 、IAEANS-G-1.3-2002《核電廠**重要儀表和控制系統(tǒng)》和IAEA50-C/SG-Q-2001《核電廠**質(zhì)量保證 》，結合核電廠**重要儀控系統(tǒng)**采用數(shù)字化控制技術的發(fā)展方向，修制訂了一批標準，初步建立了壓水堆核電廠**重要儀控系統(tǒng)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(guī)模擬量儀控系統(tǒng)、全數(shù)字化儀控系統(tǒng)或由模擬和數(shù)字集成的儀控系統(tǒng)。
 
   IEC標準的技術水平反映了當今國際上核電工程建造的先進水平，符合我國壓水堆核電廠工程建造的實際情況。
 
5.1.2標準體系范圍
 
   標準體系包括根據(jù)縱深防御**原理確定的核電廠**層次的所有**重要儀控系統(tǒng)(包括動力源供給系統(tǒng))在設計、建造和運行方面及**相關的標準，涵蓋了核功率(中子注量率)監(jiān)控、工藝過程和設備狀態(tài)的監(jiān)控、輻射監(jiān)測這三大領域的**重要儀控系統(tǒng)。
 
5.1.3標準體系結構
 
    IEC新標準體系分成以下4個層次。**層次(頂層)標準是IEC 61513 2001核電廠**重要儀表和控制系統(tǒng)基本要求》。頂層標準**規(guī)定了**重要儀表和控制系統(tǒng)在核電工程整個壽期內(nèi)(包括設計階段、建造階段和運行期間)各項活動中的**準則，為儀控系統(tǒng)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**重要儀表和控制功能的確定及分類、系統(tǒng)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設備(設計、制造和鑒定)、技術方法(如核電廠可靠性故障樹分析法)和一些特定活動的標準。這一層次的標準與頂層標準沒有直接關聯(lián)，但根據(jù)標準內(nèi)容特征，它可與**層次的標準關聯(lián)。
 
    第四層次“標準”僅是一些技術文件，不作為標準，但與上述三個層次的標準編制或修訂相關。
 
5.2美國國家標準
 
   美國是核電之母，有關核電標準是以聯(lián)邦法規(guī)(ROCFR)和管理導則(R.G)為依據(jù)，各技術學會(如電氣和電子工程學會IEEE、核學會ANS、儀表和自動化學會ISA)編制本專業(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，美國核電標準體系是由各學會編制的標準集成的。
 
    IEEE 核**有關標準體系是以IEEE 6O3《核電廠**系統(tǒng)準則 》、IEEE308《核電廠IE級電力系統(tǒng)準則》和IEEE323《核電廠lE級設備鑒定》為基本標準，連同其他相關子標準構成滿足核電廠**準則的**級電氣系統(tǒng)和設備的標準體系。三哩島事故發(fā)生后，IEEE將事故監(jiān)測儀表準則、**系統(tǒng)可靠性分析、人因工程在**系統(tǒng)設計、建造和運行中的應用等相關標準充實到核電廠**系統(tǒng)標準體系。隨著數(shù)字化儀控技術廣泛應用于**系統(tǒng)，IEEE標準已做了相應修訂。
 
    IEEE標準是依據(jù)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、導則類和實施方法類3種類型。IEEE現(xiàn)行核電標準多數(shù)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(guī)則》是法國依據(jù)國際標準(IEC核電專用標準和IEC常規(guī)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踐經(jīng)驗編制的一套電氣設備和系統(tǒng)在設計、建造方面的“技術規(guī)則”，用于核島系統(tǒng)**級電氣系統(tǒng)和設備(包括儀表、控制和供電系統(tǒng))的設計和建造。RCC-E給出了**級電氣系統(tǒng)設計和建造的“綱要”和必須遵守IEC或法國某個標準的規(guī)定，它是在消化核島電氣設備設計和建造標準內(nèi)涵的基礎上總結出的電氣設備設計和建造“要點”。
 
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(xiàn)行標準的修制訂情況，確定我國核電廠**重要儀控系統(tǒng)標準采用國際或國外先進標準(簡稱采標)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(jù)核電廠**重要儀控系統(tǒng)本身的特點，在分析和研究國外標準體系的基礎上，結合國內(nèi)核電工程所累積的經(jīng)驗以及對標準的需求，將儀控系統(tǒng)所需標準分成4個層次：①**層次，有關核電廠**重要儀表和控制系統(tǒng)在設計、建造和運行各階段如何滿足核電廠設計**要求的標準，是儀控系統(tǒng)標準體系中的頂層標準；②**層次，有關**重要儀控系統(tǒng)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，但基于該層次標準自身的特點，可與**層次的標準相關聯(lián)或相協(xié)調(diào)；④第四層次，有關設備鑒定、安裝和維修規(guī)程的標準。
 
    國家能源局于2009年11月發(fā)布了((壓水堆核電廠標準體系 》，共計680項標準。**重要儀表和控制系統(tǒng)的相關標準170項，其中現(xiàn)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
 
   核電廠**重要儀控系統(tǒng)的標準體系以滿足二代改進型核電機組的設計、建造和運行所需標準為基礎，是一種開放式的體系，需要進行動態(tài)維護。隨著我國核電儀控技術的發(fā)展，特別是隨著三代核電機組的國產(chǎn)化和模塊化建造的進行，核電儀控系統(tǒng)標準體系將得到不斷的調(diào)整和完善。