<編者按>  核電是一種安全可靠清潔的能源。中國自1985年開工建設第一座核電站──秦山一期核電站至今，已建成秦山、大亞灣、嶺澳核電站。中國已掌握了核電站建造、安全運行、停堆換料的整套技術，成為世界上第7個能夠自行建設核電站、第8個出口核電站的國家。到2003年，核發電量占全國總發電量的約2%。然而，目前全世界正在運行的核電機組已達440臺，核電在全球供電量中比重為16%。這說明我國核電產業的發展空間依然巨大。面對發展勢如破竹的核電產業，本刊記者與中國核電工程有限公司副總工程師、電氣儀控所所長呂冬寶老師一同探討了中國核電發展的相關情況。

呂冬寶 （1962-）

        男，漢，研究員級高級工程師，畢業于西安交通大學反應堆控制專業，現任中國核電工程有限公司副總工程師，主要研究方向為儀表控制。長期從事核電廠儀表和控制系統的設計研究，熟悉數字化安全系統及一般通用控制系統。

        現為注冊自動化系統工程師(注冊ASE)、國務院大型先進堆核電站專項領導小組專家組成員、國家財政部項目評估專家、機電產品國際招標評審專家、國際科技合作重點項目計劃項目專家、國防科工委軍工項目審核中心專業審核專家、國防工業信息標準化專家組成員、中國自動化儀器儀表學會委員、國防工業科技獎評審專家、中核集團科技獎評審專家、入選核工業集團公司111人才工程和國防工業511人才工程。






    自動化博覽：核電已經成為當前中國發展最快的行業之一，能否請您為我們分析一下我國核電行業整體的發展現狀？

    呂冬寶：中國商用核電站的起步應該追溯到20世紀70年代，是伴隨著核工業“保軍轉民”發展起來的，1991年秦山一期30萬千瓦機組并網發電結束了我國核電零的記錄，隨后引進法國的2×90萬千瓦大亞灣核電站、我國自主設計建造的秦山二期2×60萬千瓦核電站以及引進加拿大的2×70萬千瓦秦山三期重水堆核電站相繼并網發電……，到2007年田灣兩臺引進俄羅斯VVER1000核電機組并網我國核電總裝機容量為850萬千瓦，這一系列核電機組都是在當時國家“適度” 發展核電的國策背景下采取單個安排、分散建設的形式進行。這些核電機組的建設為后來核電的大發展奠定了基礎，造就了一支成熟的核電設計隊伍，培育出了一批合格的供貨商。

    21世紀初迎來了核電發展的春天，國家在引進第三代核電技術的同時，于2003年正式啟動了秦山二期擴建項目和嶺澳二期項目，這一系列舉措標志著國家核電政策的轉變。2007年10月國務院公布的《核電中長期發展規劃》(2005-2020 年)中明確的目標是，到 2020 年我國核電運行裝機容量將達到4000萬千瓦，在建核電容量達到1800萬千瓦，核電的裝機容量占全國總裝機容量的比例將從目前的1%提升到4% ，明確了“積極”發展核電的方針。按照國家調整能源結構，發展清潔能源的要求，到2020年核電裝機要達到7500萬千瓦以上。

    如果說前30年核電發展用冷冷清清來形容，現在核電發展的形勢應該是轟轟烈烈。新項目的立項、開工速度猶如雨后春筍一般。目前批準在建的主力機組以二代改進型百萬級壓水堆核電站為主，其技術基礎是早年以中核集團設計院為主體通過秦山二期和嶺澳二期工程消化吸收法國M310機組而完善起來的二代改進型百萬級壓水堆核電技術。為了適應當前核電高速發展的形勢，中核集團以設計為龍頭成立了中國核電工程有限公司（CNPE），一方面負責二代改進型核電廠的工程總承包，另一方面投入力量消化、吸收三代核電技術，并為在國內推廣三代核電技術作好技術準備。轟轟烈烈的核電形勢也激發了各大電力公司進軍核電市場的積極性，同時也造就了一批新的核電主力軍，如以三代核電技術引進為主體的國家核技術公司，再如，以核電運營和工程管理為主業的中廣核集團也適時進入了核電設計的市場。在核電建設的帶動下一大批制造企業蜂擁而至，希望通過核電設計的這座橋梁進入到核電設備供貨的市場。

    自動化博覽：請為我們談談目前我國電氣儀控技術發展的情況，與國外先進技術還存在哪些差距？

    呂冬寶：談到國內核電廠電氣儀控的技術發展，核電行業應該與其他行業一樣，電氣和儀控分屬于兩個不同的專業范疇。目前國內核電電氣儀控技術的發展可以從設計和設備兩個層面來說。從設計技術來講，我國基本掌握了核電廠相關的電氣儀控系統的設計技術和方法，在對設計原則的把握、標準的運用和理解以及實際工程上的應用方面基本能與國際同步，當然電氣儀控系統不能脫離工藝系統單獨存在，電氣、儀控同屬于后工種是為工藝設計服務的專業，對于一些新的堆型以及新的工藝技術，還需要消化上游工種提出的新功能要求來改進自身的電氣儀控設計，差距主要體現在對相關國際標準的制定和解釋方面沒有主動權，缺少理論研究的基礎。為了彌補這些不足，我們也在采取一些措施。目前公司正在籌劃大的研發基地開展相應的研究工作。從電氣儀控設備技術來講，通過前一階段的核電建設，大量的電氣儀控設備已經實現了國產化，其中部分國產化的設備在可靠性和穩定性方面與國際先進水平還存在差距，目前還基本處于仿制階段，在材料的使用和工藝設計方面還有待于改進。還有一些關鍵設備有待于開發研制，比如核級開關柜所使用的核級元器件、核級DCS平臺等。

    自動化博覽：近些年來，電氣儀控技術發生了哪些變化？對核電技術的發展起到了哪些推動作用？ 

    呂冬寶：隨著電力電子技術的發展，電氣儀控技術有了很大的變化，對整個核電技術的發展起到了推動作用。

    早期第一代核電站和試驗堆對應的20世紀五、六十年代，當時的儀控系統是以電子管、電動單元組合儀表為主要的技術基礎；八十年代隨著電子技術的發展和大規模集成電路的使用，推動了核電廠電氣儀控技術的進步，我國引進的大亞灣核電站、嶺澳核電站和自主設計的秦山二期核電站都屬于二代核電技術，儀控系統大量使用了以模擬技術為基礎的單元組裝式儀表和繼電邏輯控制系統，計算機只是在局部使用。進入九十年代，隨著通訊和計算機技術的飛速發展，計算機化、數字化的概念逐步被核電行業所接受，但是由于受核安全和采用成熟技術理念的影響，全數字化核電廠在近年才付諸實施。目前新建核電廠，無論是二代核電技術還是三代核電技術，在儀控系統設計中均采用了以DCS為主要監控手段的全數字化儀控系統，對于在役核電廠儀控系統的改造也都優先考慮數字化監控設備。隨著技術的成熟，智能儀表、現場總線技術、無線傳輸技術也必定會在核電行業得到廣泛的應用。

    自動化博覽：核電站對于儀控系統在哪些方面有特殊的要求？

    呂冬寶：所謂特殊要求主要是針對反應堆安全、防止反射性外泄所設置的安全電氣、儀控系統和設備，要求在系統設計中必須遵守單一故障準則、故障安全準則，滿足應急供電、可試驗性要求，滿足質保要求、質量鑒定要求和抗震設計要求。對于安全級電氣儀控設備，必須按照一定的鑒定程序來確認其能夠在整個設計運行周期內滿足處于需要其作用的環境條件下執行其安全功能的要求。保證在正常和異常條件下以及在事故工況下能夠完成相應的功能。　

    除了一些與安全相關的特殊設備外，在核電廠中所使用的大量電氣儀控設備仍屬于一般的工業產品。

    自動化博覽： 一直以來國家在大力發展核電裝備自主化，我國核電站數字化儀控系統目前在自主化方面發展情況如何？

    呂冬寶：數字化儀控系統的生命周期包括設計、系統集成、調試、運行維護幾個環節，它的基礎是可靠的DCS產品和設備。實現國產化必須抓住關鍵環節，認清事情的本質。否則只能是形式上的國產化，“無芯”的高技術。

    （1）儀控系統設計自主化是龍頭

    儀控系統的設計是儀控相關設備實現國產化的源動力，包括DCS技術規格書在內的所有儀控設備的規范要求都是建立在儀控系統設計的基礎之上。如目前國產化走在前面的核級電纜、核級變送器、貫穿件等已經實現國產化的設備都是在設計院的配合和合作下開發出來的。

    當然儀控系統設計本身也存在國產化的問題，特別是儀控系統采用數字化設備之后，做為儀控系統設計基礎的工藝要求（包括安全要求、運行要求和監督控制要求）都需要進一步的分析、改進、優化和提高。

    在役的田灣核電廠是我國第一座全數字化的核電廠，其儀控系統的設計和系統集成是由西門子公司提供的，硬件設備采用了西門子的TXP和AREVA的TXS。俄羅斯相關設計院提供了全套的安全要求、運行要求和控制要求。

    在建的嶺澳二期核電站是我國自主設計第一座的全數字化核電站，儀控系統的設計是由核二院（中國核電工程有限公司的前身）為主及國內相關設計單位參與完成的，系統集成供貨由AREVA負責，硬件設備采用了西門子的TXP和AREVA的TXS。儀控系統的設計是在法國專家的咨詢下由國內設計單位全面負責。

    從田灣核電站到嶺澳二期核電站，核電廠數字化儀控系統的設計已經向國產化邁出了第一步。通過嶺澳二期項目積累了經驗也發現了問題，后面還有很多的課題需要研究，需要進一步對電廠的安全、運行進行分析，提出更加合理的安全、運行和控制方面的要求，充分發揮數字化設備的優勢。

    針對這些問題，中國核電工程有限公司在組織上進行了調整，成立了總體運行所，其職能之一是分析并提供核電廠的安全要求和運行要求。同時在電儀所內部設立了專門的主控室設計的專業室，負責全數字化主控室的設計，為后續核電項目的設計自主化提供了組織上的保證。

    （2）DCS設備國產化是基礎

    可靠、先進的DCS設備本身是儀控系統數字化的一個基礎，也是數字化儀控系統實現國產化的一個基礎。核電用DCS設備分為兩類，一類是通用DCS設備，從設備可靠性角度來講，其要求是滿足一般的工業標準，與電力、石化等行業采用的DCS設備要求基本一致。國外產品有ovation、TXP、I/A、inf-90等，國內也有一些很有潛力的供貨商如：和利時、浙大中控等，在國民經濟各主要領域中DCS的使用已經十分普遍。目前大型工程的DCS基本上還是由國外系統壟斷，而在中、小工程和某些市場細分中，國產DCS已經占有優勢。核電屬于超大型工程，DCS在核電中的應用還處于起步階段，在DCS成熟應用的基礎上應該進一步考慮采用國產的DCS設備，目前國內DCS供貨商，如和利時和浙大中控的產品正逐漸趨于成熟和穩定，與國外產品的技術差距也在縮小。可以逐步引入到核電廠非安全系統的應用中。另一類是核電專用的DCS產品，這也是我們通常所說的核級DCS（安全系統平臺），核級DCS產品其軟硬件本身的制造開發過程不僅必須滿足一般的工業標準，還要滿足核安全相關的標準和法規，國外相關的產品有TRCON、TXS、SPIN、AC160 等。這方面我國還屬于空白。這類產品在國外通常有兩種做法，一種是基于一般工業中的、用于安全保護功能的故障安全產品，通過改進、試驗、鑒定升級為核級DCS，如TRCON、AC160；另一種做法是針對核電的特殊要求進行開發如TXS、SPIN。前一種產品由于有大規模的制造和應用作為基礎，通常其可靠性和穩定性更優。

    這個環節的國產化工作，由于與DCS產品本身的設計技術制造密切相關，可以考慮通過提升其現有產品的性能、結合部分技術引進等手段達到國產化目標。

    （3）系統集成是關鍵

    核電廠數字化儀控系統的集成，是根據儀控系統設計的要求，用DCS硬件板卡、機柜（含系統軟件、工具軟件等）、網絡設備、數據庫及相應的應用軟件組合成為滿足核電廠設計、運行要求的計算機系統的全過程。 這個過程也就是上面所述兩部分的結合過程，根據設計院的設計要求，用成熟、可靠的DCS產品，組合成數字化儀控系統。

    系統集成有以下幾個顯著特點： 

    a 系統集成要以滿足設計院設計要求為根本出發點。 

    b 系統集成不是簡單的設備供貨，它體現更多的是設計，調試與開發，是技術含量很高的行為。 

    c 系統集成包含技術管理和商務等方面，是一項綜合性的系統工程。技術是系統集成工作的核心，管理和商務活動是系統集成項目成功實施的可靠保障。 

    d 性能價格比的高低是評價一個系統集成項目設計是否合理和實施成功的重要參考因素。 

    系統集成是一種商業行為，也是一種管理行為，其本質是一種技術行為。目前國際上DCS產品本身所涉及的技術已經非常成熟。隨著不同行業的用戶對應用軟件的開發越來越熟悉，DCS的制造商逐步演變為僅僅是硬件和系統軟件的供應商。對于大型工程項目，一般由工程公司主導，即使國外的DCS制造商也只是起設備供應商的作用。系統集成的工作由工程公司自身或工程公司指定的專業公司來承擔。國外核電工程公司如西屋、AERVA在這方面都有專門的隊伍，自己承擔這部分工作。這些工程公司并不擁有或不完全擁有DCS產品制造技術。

    國內核電行業采用數字化控制系統還處于起步階段，隨著行業的發展、應用技術的成熟，數字化儀控系統集成這個環節的國產化也是必然的發展趨勢。這個環節的國產化應考慮由核電工程公司主導實施。

    （4）數字化儀控系統全面實現國產化的途徑和現狀

數字化儀控系統實現國產化需要全面考慮上述三個環節。并且三者必須有機的結合在一起才能達到最終實現數字化儀控國產化的目標。設計自主化、系統集成自主化和DCS設備制造國產化。其中設計自主化可以通過設計院的努力來完善，目前國內設計院已經基本實現了自主設計。

    對于核電數字化系統集成的能力目前國內還不具備，新成立的廣利核公司在紅沿河、寧德項目中希望借助三菱的力量來建立相應的能力。中國核電工程有限公司（CNPE）也一直在探討與國外供貨商合作，并根據核電DCS國產化的需求，成立了北京中核東方控制系統有限公司，依托在核電設計領域的絕對優勢以福請、方家山等項目為突破口完善自己在核電DCS方面的系統集成能力，在實施DCS系統集成和提高應用能力的過程中，同時考慮DCS設備制造環節的國產化，找出國產DCS與國外先進水平的差距，整改完善自己的非核級DCS產品，并同時提出核級DCS平臺的研發策略，開發出滿足核電要求的安全級DCS平臺。

    在DCS設備國產化方面，核電DCS的國產化進程應該高于當年石化和電力行業，目前石化和電力行業的大型項目還基本以進口DCS設備為主。

    自動化博覽：能否從技術、市場的角度分析一下核電儀控系統的未來發展趨勢？

    呂冬寶：核電儀控系統可粗略分為安全儀控系統和非安全儀控系統兩個部分，安全儀控系統未來將會向更簡潔、更可靠、更緊湊的方向發展，下一代安全儀控系統很可能會用FPGA技術替代現有的基于計算機可編程技術的安全DCS平臺。非安全儀控系統將會伴隨工控技術的快速發展廣泛采用基于工業實時以太網的現場總線技術、無線網絡通訊技術，從數字化向智能化過渡。現場儀表也將逐步向數字化、智能化、網絡化和微型化發展。

    后記：未來10年間，美國計劃增加6000萬千瓦核電裝機容量，法國擬更新目前運行的58臺核電機組，印度所規劃的核電裝機容量提高將近1800萬千瓦，中國可能新增的核電裝機容量更是高達6000萬－9000萬千瓦。各種數據強有力地表明了在沉寂了20年之久后，核電產業逐步復蘇，全球將迎來核電發展的第二個高峰期。

    在全球核電復蘇的大背景下，中國將“適度發展核電”轉變為“積極推進核電發展”方針，并制定核電“2020年建成4000萬千瓦，在建1800萬千瓦”的規劃目標。過去幾十年只能在沿海地區發展核電的格局也被打破，核電建設正向中國內陸地區邁進。中國核電行業的發展形勢被一片看好，讓我們共同期待!