1  工程概述

    岭澳核电站二期工程计划建设两台百万千瓦级的压水堆核能发电机组，是国家发改委确立的“核电自主化建设依托项目”，由中国广东核电集团公司投资建设。在以岭澳核电站为参考电站的基础上，通过“翻版加改进”，工程首台机组（#3机组）计划将于2010年10月投入商业运行。
    2005年3月，中广核集团公司就岭澳二期常规岛汽轮发电机组采购包（T-G包）与东方电气集团公司（技术支持方：法国ALSTOM公司）签定了设计和供货框架协议。采用法国ALSTOM技术由东方电气集团供货的半转速（1500r/min）凝汽式汽轮机发电机组，额定功率为1090MW，型式为单轴中间再热三缸四排汽，由一个高中压合缸和两个双流式的低压缸组成。给水回热系统为七级，由四级低压加热器、一级除氧器和两级高压加热器组成，给水系统配置3×50%MCR电动给水泵。其中的汽机控制系统（GRE）和汽机保护系统（GSE）确定将采用ALSTOM公司P320 TGC数字化汽机保护和控制系统。

2  汽机保护和控制系统（TPCS）的总体技术方案

    ALSTOM Power 控制系统在电力生产过程控制领域有着成熟和广泛的应用，在过去的25年内全世界有大约500台核电、火电或水电机组应用了它的系列产品。其中P320 TGC数字式汽机保护和控制系统是ALSTOM Power数字式控制器系列的最新产品，它具有以下主要功能和特点：

?  符合用户要求的高度的易操作性；
?  冗余的模块化设计；
?  易于与机组DCS接口的结构；
?  根据机组运行条件自动选择控制模式；
?  自动启动和加负荷；
?  自动的转速/负荷控制；
?  自动限制作用以防扰动；
?  汽机辅助设备的控制；
?  在各种运行条件下保护汽机。
在岭澳核电站二期工程，P320 TGC汽机保护和控制系统有以下主要部分：
?  闭环控制
主要用于汽轮机的大部分调节和控制，包括启动、转速控制、负荷控制及负荷限制。
?  保护
主要包括超速保护、汽机保护、热应力保护和汽机监视设备（TSI）。
?  就地的人机接口（HMI）和工程师站。

 

2.1  总体结构
    岭澳二期汽机保护和控制系统的总体结构如图1所示，它具有过程控制分散和冗余水平高的特点。

P320 TGC包括以下主要软硬件系统：
?  闭环控制器，包括自动控制器和基本控制器；
?  保护装置；
?  与DCS通讯的接口（P320 DCS或其他DCS）；
?  就地的操作员站；
?  工程师站。

2.2  控制器硬件
    汽机保护和控制功能主要由以下部件执行：
?  用于通讯控制的模块―C80-75；
?  用于保护、自动控制、基本控制和现场IO采集的模块―C80-35。
    模块C80-35和C80-75来自于GE Fanuc控制器家族，是特别为ALSTOM Power和P320控制器的结构设计的。
    模块C80-35由一个专用的电源、CPU、通讯模件和扩展槽组成的。根据不同的控制器功能，模块可以双重或三重冗余。另外，模块间的通讯也是冗余的，并且采用基于WorldFIP标准的F8000内部总线通讯方式。
(1)  通讯控制器―C80 75
    冗余控制器C80-75是一个标准的模件组合：
?  CPU：CPX928，96MHz，80486DX4微处理器，32位，浮点运算，2Mb用户内存；
?  F8000(FIP)总线控制器：BEM742，1Mbit/s，冗余配置；
?  S8000e（以太网）接口模件：CMM742，通过冗余的S8000总线可连接到人机接口和DCS；
?  总线传输模件：BEM713，冗余配置；
?  冗余的电源。
(2)  现场控制器―C80 35
?  电源
    最大电源输入是24VDC 30W，它能提供隔离的+5V或+24V电源。另外配置了串行口，以便连接编程和诊断工具或操作员终端。
?  CPU
    基于AMD 586，133MHz的集成协处理器，逻辑和算术模件提供240Kb寄存器存储器。主要执行顺序和算术指令、程序存储器寻址，处理诊断和管理与I/O卡的内部通讯以及中断等。
?  网络适配器
    网络接口单元管理F8000网络（连接现场控制器C80-35）上的线路访问程序以及信号传送。
(3)  闭环控制
    汽机闭环控制包括基本控制器和自动控制器，都由相同结构的冗余的模块C80-35组成，运行在主/从模式下。当主控制器故障，备用（从）控制器自动投入运行，且故障单元能在线更换。
?  基本控制器
    两个完全冗余的控制器（电源、CPU、通讯及IO卡）。单个或冗余的传感器都分别硬接线到两个控制器，并且控制器之间不断交换运行状态。当检测到故障时，从控制器请求投入并启动替换。
转速测量精度：0.01%；频率范围：0.05Hz~15kHz；适用标准：API512，NEMA D级。
?  自动控制器
    自动控制器由双重冗余的机架（CPU、输入卡）构成。
    基本控制器直接面向汽机阀门，而自动控制器则综合机组运行状态，并结合转速/负荷设定进行计算，通过基本控制器处理、放大后控制汽阀开关，并接受阀位反馈，以使汽机运行在安全和经济的状态下。
(4)  通讯
    通讯控制器采用双重冗余的模块C80-75，且运行在主/从模式下。
(5)  保护
    汽机电子保护系统采用三重通道设计，每个通道都能触发跳闸保护和超速检测。
?  采集原则
    传感器信息可通过内部总线，在各个控制器之间完全共享；重要的传感器信号应双重或三重冗余，采集通道物理上完全隔离，每一信号都可通过内部总线，在各个控制器之间共享；超速检测分别由三个经过验证的专用传感器SIL3执行。
?  超速
    超速检测由三个独立的超速模块FT3124完成，每一模块执行一个转速传感器的采集和监视。当检测到汽机超速时，超速模块直接使跳闸继电器失电，以触发汽机跳闸。
2.3  P320 TGC人机接口
    就地的人机接口（HMI）是由一套PC操作员站（运行在WINDOWS XP操作系统下）组成的，专用于调试和维护工作目的的，可布置在P320机柜附近。
    操作员站和CONTROCAD工程师站通过S8000-E以太网与通讯控制器连接。S8000-E网是一个冗余和冗错的以太环网，通讯速率10Mb/s。
    操作员站可通过友好的人机界面提供详细、准确和定期刷新的各汽机部件的数据，还可以几种形式（包括定期制表）获得历史记录。另外，操作员通过在显示器上显示（及时信息）或磁介质上记录（存档和事后回溯）及打印设备（永久记录）获得机组的运行数据。
2.4  工程师站
    CONTROCAD工程师站提供了专门为组态和维护而设计的高性能计算机辅助工具，运行在WINDOWS XP操作系统下，通过以太网（TCP/IP）与系统连接。

CONTROCAD工程师站的主要功能：
?  下载应用程序到各控制器；
?  监测各控制器的状态；
?  在线修改调节参数；
?  获得修改内容的历史记录；
?  应用功能块图、逻辑和数字算子来组态逻辑或控制回路功能；
?  编辑控制和监视系统数据及其功能。
2.5  与DCS的通讯
    当机组DCS采用ALSTOM P320硬件时，两个系统通过公共的S8000-E以太网，由统一的通讯控制器控制，可方便地实现一体化。
    当机组DCS采用第三方硬件时，可以通过以下两种方式实现互连：
?  单一的或双重的从属串行数据连接（Modbus）。采用RS-232/485串行连接，通过现场控制器从属Modbus接口，实现与DCS的互连。
?  单一的或双重的以太网（Modbus TCP/IP）网关（用于高速的数据传输）。
而对于重要的信号（如设定点、转速、关键的报警和跳闸等），可以采用硬接线的连接方式。
2.6  时间同步
    P320 TGC系统的时间同步可通过两种方法实现：
?  手动设定并接收P320 HMI的同步逻辑脉冲，以避免P320 TGC系统内部时钟的漂移；
?  使用ALSTOM专用的GPS主时钟，它能自动设置P320 TGC系统的内部时钟。

3  结语

    岭澳核电站二期汽机保护和控制系统在系统功能及其分配等方面参考岭澳一期，其系统的功能、逻辑、整定值等基本保持不变。但由于岭澳二期将采用全厂的数字化的分布式仪表控制系统，因此汽机保护和控制系统也相应在硬件和系统结构上有很大的改进，以满足全厂的数字化要求，使核电机组安全、经济地运行。