中枢神经,核电安全

“龙鳞”系统正式发布:核电安全“守护者”

摘要:
历时五年研发,中国核工业集团有限公司(下称中核集团)于12月6日在成都正式发布国内首套军民融合核安全级DCS平台“龙鳞系统”(NASPIC)。历时五年研发,中国核工业集团有限公司(下称中核集团)于12月6日在成都正式发布国内首套军民融合核安全级DCS平台“龙鳞系统”(NASPIC)。中核集团党组副书记、总经理顾军在发布会上介绍称,该平台拥有完全自主知识产权,已通过最高等级的功能安全认证,部分关键指标达到国际领先水平,具备“走出去”条件,适用于核电站、研究堆、小堆等多种反应堆控制系统。自主化的核电站数字化仪控系统有助于中国核电技术实现整体出口。目前国内在运核电站中大部分的DCS系统依赖于国外进口,核级DCS系统和核主泵的自主化短板常被喻为中国核电行业的“神经病”和“心脏病”。“龙鳞系统”的问世将改变上述格局。中核集团党组副书记、总经理顾军,中国核动力研究设计院院长罗琦及“龙鳞”团队如果将核电站比作人体,核电站数字化仪控系统(下称“DCS”)相当于人的中枢神经系统。在神经系统健康运行的时候,通过处理、分析各神经元接收的外界信号,控制身体做出应有的肢体反应。
DCS控制着核电站近300多个系统、近万套设备,是核电站四大关键设备之一。核电DCS通常分为两部分,其中的非核级部分,和常规发电厂的控制系统一样,主要是在电站正常运行时的监视和控制。核级DCS的作用则是在发生事故时紧急“刹车”,实现事故工况下反应堆安全停堆、专设安全设施驱动等功能,限制或减轻事故后果,保障反应堆及人员安全,是确保核电站安全运行的最关键部分。中国核电行业发展30多年以来,核电站的国产化率从1%提升到85%-90%。由于安全等级高、技术复杂等原因,相比于其他设备,核电站仪控系统是较晚实现国产化的关键零部件。DCS集计算机、控制、通讯等多门类学科于一身,是非常庞大而复杂的系统。用于核电厂的安全级DCS技术要求则更高,受到一系列核安全法规、标准的约束。“龙鳞系统”由中核集团直属核心研发单位中国核动力研究设计院(下称核动力院)研发。核动力院是中国唯一集核反应堆工程研究、设计、试验、运行和小批量生产为一体的大型综合性科研基地。2017年11月,“龙鳞”安全级DCS模拟件经过严苛的鉴定试验考验和国防科工局的审查,取得军工核安全设备制造许可证。今年11月,经过严苛的鉴定试验考验和国家核安全局的审查,“龙鳞系统”取得《民用核安全设备设计和制造许可证》,由此获得国内民用核电厂安全级DCS设备供货“牌照”。核动力院“华龙一号”工程样机测试区核动力院核动力仪控工程中心主任、“龙鳞系统”平台研发项目经理吴志强对包括澎湃新闻在内的媒体表示,“龙鳞系统”包括主控制站、安全显示站、网关站、工程师站等,目前在软件和系统集成方面已经实现100%的国产化,不存在任何黑盒子和出口限制。据澎湃新闻了解,“龙鳞系统”已于2016年9月在方家山核电KRS改造项目上成功投运及验收,目前运行良好。除此之外,该系统已获得两个工程订单,并将应用于后续自主三代核电“华龙一号”项目。发布会当天,核动力院设计所所长助理刘艳阳对澎湃新闻称,“龙鳞”项目随中核集团“华龙一号”核电技术的立项而立项,继承了军用安全级平台和“华龙一号”先进堆芯测量系统等安全级设备的核心技术。研发团队梳理了欧标、美标和国标三大套标准,与国外类似产品相比,“龙鳞系统”在设计、验证、试验鉴定等各个环节符合了最全面且最严格的国际和国内标准要求,核安全级DCS系统在实现国产化后的成本优势明显。据刘艳阳介绍,“龙鳞”的核心竞争力在于可靠性:采用先进可靠的信息安全技术,通信误码率低至10的负11次方,领先国际标准一个量级。通过1.4倍裕度地震鉴定试验,反应谱最大加速度超过10g,超过八级地震烈度,属于业内最高标准。“在产品鉴定上,我们设置了高温、高湿、电磁干扰等各种严酷环境,抗震性能预估了今后使用场合可能遇到的最大地震概率。”此外,“龙鳞”具备完全自主知识产权的安全操作系统,通过软件V&V(验证与确认)和第三方独立测试,有利于之后的程序迭代。

我们的核电站什么时候才能用上自主的安全控制系统?这个“扎心”的问题终于有了答案。

12月6日,中核集团自主研发的我国首套军民融合核安全级DCS平台——“龙鳞”系统正式发布,意味着中国将不再受国外技术垄断的钳制,使我国成为了世界上少数完全掌握该技术的国家。

一个梦想:仪控系统自主化

数字化控制系统被称为核电站的中枢神经系统,其中安全级DCS作为DCS的关键组成部分,是负责“保命”的部分。

安全级DCS用来完成事故工况下反应堆安全停堆、专设安全设施驱动等功能,限制或减轻事故后果,保障反应堆及人员安全,是核电站安全运维的关键。

简单来说,安全级DCS的作用就在于发生事故时紧急“刹车”,确保反应堆安全,确保环境及公众安全。

不过,目前中国大部分的在役核电站都依赖于进口的DCS系统,核心技术受制于人,购买、运行、维护成本极高。

中核集团中国核动力研究设计院(以下简称“核动力院”)设计所所长助理刘艳阳回忆说,上世纪八九十年代,核动力院承担了秦山二期仪控系统的设计,但只负责核仪表系统的设计,设备则需要从国外采购。

“有一次在验收产品时,设计人员发现技术指标与设计需求存在差异,希望这家公司进行整改,却被傲慢地拒绝了。”这让当时的核仪控人如刺在喉,“民族产业不能依赖别人,我们核仪控的发展以后要比肩世界顶尖公司,这是我们的梦想。”

中国工程院院士叶奇蓁表示,中国核电要全面实现自主化、国产化,仪器仪表自然也要如此,而且还要挺进世界前列。

一盘“土菜”:5年占领制高点

“现在回忆起来,当初的胆子的确够大。”核动力院设计所核动力仪控中心主任吴志强笑着说。

在2013年12月“龙鳞”系统平台启动研发之初,存在着一些质疑的声音,认为过于冒进。

但吴志强和他的团队并不服气。那时,经过在核电仪控系统的多年多项目持续耕耘,核动力院虽不能覆盖DCS研发设计、设备制造以及供货服务等全流程,但已经完全熟悉DCS的设计标准、法规要求,具备了系统架构的能力,应该说具有相当的优势和能力。

于是,吴志强带领着不足10个在编人员以及招聘组建的数十名研发人员,踏上了自我挑战之路。

过去5年,他们边“打怪”边召集团队,从最初的不足10人发展到现在的近300人,最终实现了核仪控人30年的梦想。

这是一个年轻的研发团队,他们的平均年龄不到30岁,在他们的脑海里,始终坚信核心技术靠“化缘”是要不来的,必须靠自力更生。

“不亲自造出每一个核心部件,就走不完自主创新的全过程。”吴志强告诉记者,为了尽快推出这盘地道的“土菜”,在过去5年里,特别是从2016年年底到2018年上半年,车间里几乎整夜都是灯火通明的。

从敲定概要方案到交出第一套原型样机,仅用时3个月;从版本固化到试验完成,仅用时12个月;从国家核安全局受理到取证,仅用时25个月。这些都是“龙鳞”系统研发团队创造的辉煌战绩。

一个未来:助力核电“走出去”

DCS集计算机、控制、通讯等多门类学科于一身,是非常庞大而复杂的系统。用于核电厂的安全级DCS技术要求则更高,还受到一系列核安全法规、标准的约束。

吴志强告诉记者,就拿标准来说,经历过日本福岛核事故,国家要求中国的核电要执行最严格、最全面的标准,要梳理欧标、美标和国标这三大套标准,技术门槛非常高。

而这些恰恰造就了“龙鳞”系统的优势。

“龙鳞”系统包括主控制站、信号预处理、安全显示站、网关站、工程师站五大部分,目前在软件和系统集成方面已经实现100%的国产化,具有高安全性、高可靠性的特点。

它继承了军用安全级平台和“华龙一号”先进堆芯测量系统等安全级设备的核心技术,后发优势使之更加成熟可靠;设计、验证、试验鉴定等各个环节符合了最新、最全、最严格的国际和国内标准要求;采用先进可靠的信息安全技术,通信误码率低至10-11,领先国际标准一个量级;机械结构具备高抗震性能,能够保证极端自然条件下的正常工作,满足三代核电要求;研发了具备完全自主知识产权的安全操作系统,有利于之后的程序迭代。

“这一平台拥有完全自主知识产权,已通过最高等级的功能安全认证,部分关键指标达到国际领先水平,适用于核电站、研究堆、小堆等,有助于我国核电技术实现整体出口。”中国核能行业协会主任赵成昆说。

核动力院院长罗琦表示,未来,我们要进一步加大科研攻关力度,加强协同创新,快速在标准领域占领制高点,引领安全级核仪控产品发展,朝着小型化、智能化、无人值守核电厂等方向拓展应用空间。

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