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    <编者按>  核电是一种安全可靠清洁的能源。中国自1985年开工建设第一座核电站──秦山一期核电站至今，已建成秦山、大亚湾、岭澳核电站。中国已掌握了核电站建造、安全运行、停堆换料的整套技术，成为世界上第7个能够自行建设核电站、第8个出口核电站的国家。到2003年，核发电量占全国总发电量的约2%。然而，目前全世界正在运行的核电机组已达440台，核电在全球供电量中比重为16%。这说明我国核电产业的发展空间依然巨大。面对发展势如破竹的核电产业，本刊记者与中国核电工程有限公司副总工程师、电气仪控所所长吕冬宝老师一同探讨了中国核电发展的相关情况。

吕冬宝 （1962-）

        男，汉，研究员级高级工程师，毕业于西安交通大学反应堆控制专业，现任中国核电工程有限公司副总工程师，主要研究方向为仪表控制。长期从事核电厂仪表和控制系统的设计研究，熟悉数字化安全系统及一般通用控制系统。

        现为注册自动化系统工程师(注册ASE)、国务院大型先进堆核电站专项领导小组专家组成员、国家财政部项目评估专家、机电产品国际招标评审专家、国际科技合作重点项目计划项目专家、国防科工委军工项目审核中心专业审核专家、国防工业信息标准化专家组成员、中国自动化仪器仪表学会委员、国防工业科技奖评审专家、中核集团科技奖评审专家、入选核工业集团公司111人才工程和国防工业511人才工程。






    自动化博览：核电已经成为当前中国发展最快的行业之一，能否请您为我们分析一下我国核电行业整体的发展现状？

    吕冬宝：中国商用核电站的起步应该追溯到20世纪70年代，是伴随着核工业“保军转民”发展起来的，1991年秦山一期30万千瓦机组并网发电结束了我国核电零的记录，随后引进法国的2×90万千瓦大亚湾核电站、我国自主设计建造的秦山二期2×60万千瓦核电站以及引进加拿大的2×70万千瓦秦山三期重水堆核电站相继并网发电……，到2007年田湾两台引进俄罗斯VVER1000核电机组并网我国核电总装机容量为850万千瓦，这一系列核电机组都是在当时国家“适度” 发展核电的国策背景下采取单个安排、分散建设的形式进行。这些核电机组的建设为后来核电的大发展奠定了基础，造就了一支成熟的核电设计队伍，培育出了一批合格的供货商。

    21世纪初迎来了核电发展的春天，国家在引进第三代核电技术的同时，于2003年正式启动了秦山二期扩建项目和岭澳二期项目，这一系列举措标志着国家核电政策的转变。2007年10月国务院公布的《核电中长期发展规划》(2005-2020 年)中明确的目标是，到 2020 年我国核电运行装机容量将达到4000万千瓦，在建核电容量达到1800万千瓦，核电的装机容量占全国总装机容量的比例将从目前的1%提升到4% ，明确了“积极”发展核电的方针。按照国家调整能源结构，发展清洁能源的要求，到2020年核电装机要达到7500万千瓦以上。

    如果说前30年核电发展用冷冷清清来形容，现在核电发展的形势应该是轰轰烈烈。新项目的立项、开工速度犹如雨后春笋一般。目前批准在建的主力机组以二代改进型百万级压水堆核电站为主，其技术基础是早年以中核集团设计院为主体通过秦山二期和岭澳二期工程消化吸收法国M310机组而完善起来的二代改进型百万级压水堆核电技术。为了适应当前核电高速发展的形势，中核集团以设计为龙头成立了中国核电工程有限公司（CNPE），一方面负责二代改进型核电厂的工程总承包，另一方面投入力量消化、吸收三代核电技术，并为在国内推广三代核电技术作好技术准备。轰轰烈烈的核电形势也激发了各大电力公司进军核电市场的积极性，同时也造就了一批新的核电主力军，如以三代核电技术引进为主体的国家核技术公司，再如，以核电运营和工程管理为主业的中广核集团也适时进入了核电设计的市场。在核电建设的带动下一大批制造企业蜂拥而至，希望通过核电设计的这座桥梁进入到核电设备供货的市场。

    自动化博览：请为我们谈谈目前我国电气仪控技术发展的情况，与国外先进技术还存在哪些差距？

    吕冬宝：谈到国内核电厂电气仪控的技术发展，核电行业应该与其他行业一样，电气和仪控分属于两个不同的专业范畴。目前国内核电电气仪控技术的发展可以从设计和设备两个层面来说。从设计技术来讲，我国基本掌握了核电厂相关的电气仪控系统的设计技术和方法，在对设计原则的把握、标准的运用和理解以及实际工程上的应用方面基本能与国际同步，当然电气仪控系统不能脱离工艺系统单独存在，电气、仪控同属于后工种是为工艺设计服务的专业，对于一些新的堆型以及新的工艺技术，还需要消化上游工种提出的新功能要求来改进自身的电气仪控设计，差距主要体现在对相关国际标准的制定和解释方面没有主动权，缺少理论研究的基础。为了弥补这些不足，我们也在采取一些措施。目前公司正在筹划大的研发基地开展相应的研究工作。从电气仪控设备技术来讲，通过前一阶段的核电建设，大量的电气仪控设备已经实现了国产化，其中部分国产化的设备在可靠性和稳定性方面与国际先进水平还存在差距，目前还基本处于仿制阶段，在材料的使用和工艺设计方面还有待于改进。还有一些关键设备有待于开发研制，比如核级开关柜所使用的核级元器件、核级DCS平台等。

    自动化博览：近些年来，电气仪控技术发生了哪些变化？对核电技术的发展起到了哪些推动作用？ 

    吕冬宝：随着电力电子技术的发展，电气仪控技术有了很大的变化，对整个核电技术的发展起到了推动作用。

    早期第一代核电站和试验堆对应的20世纪五、六十年代，当时的仪控系统是以电子管、电动单元组合仪表为主要的技术基础；八十年代随着电子技术的发展和大规模集成电路的使用，推动了核电厂电气仪控技术的进步，我国引进的大亚湾核电站、岭澳核电站和自主设计的秦山二期核电站都属于二代核电技术，仪控系统大量使用了以模拟技术为基础的单元组装式仪表和继电逻辑控制系统，计算机只是在局部使用。进入九十年代，随着通讯和计算机技术的飞速发展，计算机化、数字化的概念逐步被核电行业所接受，但是由于受核安全和采用成熟技术理念的影响，全数字化核电厂在近年才付诸实施。目前新建核电厂，无论是二代核电技术还是三代核电技术，在仪控系统设计中均采用了以DCS为主要监控手段的全数字化仪控系统，对于在役核电厂仪控系统的改造也都优先考虑数字化监控设备。随着技术的成熟，智能仪表、现场总线技术、无线传输技术也必定会在核电行业得到广泛的应用。

    自动化博览：核电站对于仪控系统在哪些方面有特殊的要求？

    吕冬宝：所谓特殊要求主要是针对反应堆安全、防止反射性外泄所设置的安全电气、仪控系统和设备，要求在系统设计中必须遵守单一故障准则、故障安全准则，满足应急供电、可试验性要求，满足质保要求、质量鉴定要求和抗震设计要求。对于安全级电气仪控设备，必须按照一定的鉴定程序来确认其能够在整个设计运行周期内满足处于需要其作用的环境条件下执行其安全功能的要求。保证在正常和异常条件下以及在事故工况下能够完成相应的功能。　

    除了一些与安全相关的特殊设备外，在核电厂中所使用的大量电气仪控设备仍属于一般的工业产品。

    自动化博览： 一直以来国家在大力发展核电装备自主化，我国核电站数字化仪控系统目前在自主化方面发展情况如何？

    吕冬宝：数字化仪控系统的生命周期包括设计、系统集成、调试、运行维护几个环节，它的基础是可靠的DCS产品和设备。实现国产化必须抓住关键环节，认清事情的本质。否则只能是形式上的国产化，“无芯”的高技术。

    （1）仪控系统设计自主化是龙头

    仪控系统的设计是仪控相关设备实现国产化的源动力，包括DCS技术规格书在内的所有仪控设备的规范要求都是建立在仪控系统设计的基础之上。如目前国产化走在前面的核级电缆、核级变送器、贯穿件等已经实现国产化的设备都是在设计院的配合和合作下开发出来的。

    当然仪控系统设计本身也存在国产化的问题，特别是仪控系统采用数字化设备之后，做为仪控系统设计基础的工艺要求（包括安全要求、运行要求和监督控制要求）都需要进一步的分析、改进、优化和提高。

    在役的田湾核电厂是我国第一座全数字化的核电厂，其仪控系统的设计和系统集成是由西门子公司提供的，硬件设备采用了西门子的TXP和AREVA的TXS。俄罗斯相关设计院提供了全套的安全要求、运行要求和控制要求。

    在建的岭澳二期核电站是我国自主设计第一座的全数字化核电站，仪控系统的设计是由核二院（中国核电工程有限公司的前身）为主及国内相关设计单位参与完成的，系统集成供货由AREVA负责，硬件设备采用了西门子的TXP和AREVA的TXS。仪控系统的设计是在法国专家的咨询下由国内设计单位全面负责。

    从田湾核电站到岭澳二期核电站，核电厂数字化仪控系统的设计已经向国产化迈出了第一步。通过岭澳二期项目积累了经验也发现了问题，后面还有很多的课题需要研究，需要进一步对电厂的安全、运行进行分析，提出更加合理的安全、运行和控制方面的要求，充分发挥数字化设备的优势。

    针对这些问题，中国核电工程有限公司在组织上进行了调整，成立了总体运行所，其职能之一是分析并提供核电厂的安全要求和运行要求。同时在电仪所内部设立了专门的主控室设计的专业室，负责全数字化主控室的设计，为后续核电项目的设计自主化提供了组织上的保证。

    （2）DCS设备国产化是基础

    可靠、先进的DCS设备本身是仪控系统数字化的一个基础，也是数字化仪控系统实现国产化的一个基础。核电用DCS设备分为两类，一类是通用DCS设备，从设备可靠性角度来讲，其要求是满足一般的工业标准，与电力、石化等行业采用的DCS设备要求基本一致。国外产品有ovation、TXP、I/A、inf-90等，国内也有一些很有潜力的供货商如：和利时、浙大中控等，在国民经济各主要领域中DCS的使用已经十分普遍。目前大型工程的DCS基本上还是由国外系统垄断，而在中、小工程和某些市场细分中，国产DCS已经占有优势。核电属于超大型工程，DCS在核电中的应用还处于起步阶段，在DCS成熟应用的基础上应该进一步考虑采用国产的DCS设备，目前国内DCS供货商，如和利时和浙大中控的产品正逐渐趋于成熟和稳定，与国外产品的技术差距也在缩小。可以逐步引入到核电厂非安全系统的应用中。另一类是核电专用的DCS产品，这也是我们通常所说的核级DCS（安全系统平台），核级DCS产品其软硬件本身的制造开发过程不仅必须满足一般的工业标准，还要满足核安全相关的标准和法规，国外相关的产品有TRCON、TXS、SPIN、AC160 等。这方面我国还属于空白。这类产品在国外通常有两种做法，一种是基于一般工业中的、用于安全保护功能的故障安全产品，通过改进、试验、鉴定升级为核级DCS，如TRCON、AC160；另一种做法是针对核电的特殊要求进行开发如TXS、SPIN。前一种产品由于有大规模的制造和应用作为基础，通常其可靠性和稳定性更优。

    这个环节的国产化工作，由于与DCS产品本身的设计技术制造密切相关，可以考虑通过提升其现有产品的性能、结合部分技术引进等手段达到国产化目标。

    （3）系统集成是关键

    核电厂数字化仪控系统的集成，是根据仪控系统设计的要求，用DCS硬件板卡、机柜（含系统软件、工具软件等）、网络设备、数据库及相应的应用软件组合成为满足核电厂设计、运行要求的计算机系统的全过程。 这个过程也就是上面所述两部分的结合过程，根据设计院的设计要求，用成熟、可靠的DCS产品，组合成数字化仪控系统。

    系统集成有以下几个显著特点： 

    a 系统集成要以满足设计院设计要求为根本出发点。 

    b 系统集成不是简单的设备供货，它体现更多的是设计，调试与开发，是技术含量很高的行为。 

    c 系统集成包含技术管理和商务等方面，是一项综合性的系统工程。技术是系统集成工作的核心，管理和商务活动是系统集成项目成功实施的可靠保障。 

    d 性能价格比的高低是评价一个系统集成项目设计是否合理和实施成功的重要参考因素。 

    系统集成是一种商业行为，也是一种管理行为，其本质是一种技术行为。目前国际上DCS产品本身所涉及的技术已经非常成熟。随着不同行业的用户对应用软件的开发越来越熟悉，DCS的制造商逐步演变为仅仅是硬件和系统软件的供应商。对于大型工程项目，一般由工程公司主导，即使国外的DCS制造商也只是起设备供应商的作用。系统集成的工作由工程公司自身或工程公司指定的专业公司来承担。国外核电工程公司如西屋、AERVA在这方面都有专门的队伍，自己承担这部分工作。这些工程公司并不拥有或不完全拥有DCS产品制造技术。

    国内核电行业采用数字化控制系统还处于起步阶段，随着行业的发展、应用技术的成熟，数字化仪控系统集成这个环节的国产化也是必然的发展趋势。这个环节的国产化应考虑由核电工程公司主导实施。

    （4）数字化仪控系统全面实现国产化的途径和现状

数字化仪控系统实现国产化需要全面考虑上述三个环节。并且三者必须有机的结合在一起才能达到最终实现数字化仪控国产化的目标。设计自主化、系统集成自主化和DCS设备制造国产化。其中设计自主化可以通过设计院的努力来完善，目前国内设计院已经基本实现了自主设计。

    对于核电数字化系统集成的能力目前国内还不具备，新成立的广利核公司在红沿河、宁德项目中希望借助三菱的力量来建立相应的能力。中国核电工程有限公司（CNPE）也一直在探讨与国外供货商合作，并根据核电DCS国产化的需求，成立了北京中核东方控制系统有限公司，依托在核电设计领域的绝对优势以福请、方家山等项目为突破口完善自己在核电DCS方面的系统集成能力，在实施DCS系统集成和提高应用能力的过程中，同时考虑DCS设备制造环节的国产化，找出国产DCS与国外先进水平的差距，整改完善自己的非核级DCS产品，并同时提出核级DCS平台的研发策略，开发出满足核电要求的安全级DCS平台。

    在DCS设备国产化方面，核电DCS的国产化进程应该高于当年石化和电力行业，目前石化和电力行业的大型项目还基本以进口DCS设备为主。

    自动化博览：能否从技术、市场的角度分析一下核电仪控系统的未来发展趋势？

    吕冬宝：核电仪控系统可粗略分为安全仪控系统和非安全仪控系统两个部分，安全仪控系统未来将会向更简洁、更可靠、更紧凑的方向发展，下一代安全仪控系统很可能会用FPGA技术替代现有的基于计算机可编程技术的安全DCS平台。非安全仪控系统将会伴随工控技术的快速发展广泛采用基于工业实时以太网的现场总线技术、无线网络通讯技术，从数字化向智能化过渡。现场仪表也将逐步向数字化、智能化、网络化和微型化发展。

    后记：未来10年间，美国计划增加6000万千瓦核电装机容量，法国拟更新目前运行的58台核电机组，印度所规划的核电装机容量提高将近1800万千瓦，中国可能新增的核电装机容量更是高达6000万－9000万千瓦。各种数据强有力地表明了在沉寂了20年之久后，核电产业逐步复苏，全球将迎来核电发展的第二个高峰期。

    在全球核电复苏的大背景下，中国将“适度发展核电”转变为“积极推进核电发展”方针，并制定核电“2020年建成4000万千瓦，在建1800万千瓦”的规划目标。过去几十年只能在沿海地区发展核电的格局也被打破，核电建设正向中国内陆地区迈进。中国核电行业的发展形势被一片看好，让我们共同期待!