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国产控制系统现状及发展

有专家预计，“十二五”期间火电在新增装机中仍占主导地位，到2015年全国煤电装机将达到9.2亿千瓦，占总装机容量64%以上，2020年将达到10.3亿千瓦左右，占总装机容量57%~61%。所以，即便是在国家大力提倡新能源发电的今天，受既有能源结构的影响，火电依然是我国重要的发电来源。

DCS在我国火电行业中的应用虽然不是最早，却是规模最大、数量最多的，说火电是DCS的应用“大户”并不为过。原电力规划设计总院教授级高工侯子良在发表的《21世纪第二个十年火电厂自动化》一文中，将20世纪90年代定义为火电行业发展DCS标志的十年。DCS应用在这个阶段实现了从试点、推广到成熟的过程，通过对世界先进DCS技术的引进与吸收，我国火电行业的DCS国产化工作取得了突破性的进展，同时，我国火电厂自动化技术水平也逐步达到和接近世界先进水平。

我国电厂自动化装备和技术已经达到国际先进水平

更值得一提的是，不同于其它行业，我国火电行业控制系统在近些年中取得了很大的进步，国产化水平不断提升。侯子良表示：“毫不夸张的说，我国电厂自动化装备和技术总体上已经达到国际先进水平。”

事实的确如此。

首先，以超临界、超超临界机组为代表的控制技术已经达到国际先进水平。到目前为止，我国已投产1000MW超超临界机组46台，是世界上装设最多的国家。

第二，我国自主研发和生产的DCS已经成功应用于600MW、1000MW超超临界机组，进入电力市场高端领域。从整体技术水平看，根据中国电力顾问集团公司对全国300MW及以上637台火电机组DCS调研，以北京国电智深控制技术公司和北京和利时自动化公司为代表的主流国产DCS，无论从故障率，还是设备损坏率方面看，均处于在华多家跨国公司DCS的中上游水平。

第三，电厂信息化有了很快的发展，形成我国电厂独特而完整的MIS、SIS(SupervisoryInformationSystem)、DCS以及辅控网络，在这方面，取得了诸多创新。

但是我们也不能忽视，即便我国国产化控制系统近年来取得了较大发展，但仍与世界处于领先水平的少数品牌存在一些差距。

从控制技术上看，反映火电机组总体水平的机组自启停系统(AUS，国外也称APS)技术，国内只有少数电厂达到，这方面与处于世界领先地位的日本和德国仍有不少差距，燃烧和热力系统优化控制等高级应用软件工程化也有不少差距。

从自动化装备上看，现场总线和安全系统方面工程化应用刚刚起步，DCS的可靠性与处于世界领先水平的少数DCS厂家比也有一定差距。此外，优化控制系统必不可少的特殊基础测控设备(例如煤质在线分析，炉膛温度测量等)与国外比差距更大。

侯子良认为目前这种差距主要集中在技术密集型的前沿高端技术领域。如果想要缩短差距，就必须具备超前意识，转变思路，国家和行业机构要迅速制定具有先瞻性的目标和规划，集中组织和支持攻关、试点及工程推广应用，要加大对企业的支持力度，在市场上营造一个充分认可高技术价值的氛围和水平等。关键字：欧姆龙

节能减排是火电厂赖以生存的关键

目前国家正处在重新考虑能源发展战略的关键时期。围绕实现现代化，要求调整我国能源发展战略，优化能源结构，提高能源利用效率，进一步明确和贯彻节能优先的长期能源战略。

电能是国民经济各生产部门的主要动力，电力生产消耗的能源在我国能源总消耗中占的比重很大，因此提高电能生产的经济性具有十分重要的意义。

事实上，随着风能、太阳能等多种绿色能源的迅速发展，火电虽是依然处在“老大”的位置，但显然已不如从前那般“威风”。如何紧跟形势，实现火力发电的节能减排，早已不是火电锦上添花的作为，“节能减排已经成为火电厂赖以生存的关键，”侯子良说道。据某电厂600MW机组实际运行数据评估显示，仅运行优化的节能减排潜力就高达2%~4%，即6~12g/kWh。因此，火电的节能减排势在必行。“这也使得发展优化控制系统成为当前的一项迫切任务。”

下一个十年的发展方向

21世纪第一个十年是以发展SIS为中心实现全场网络化的十年，那么，接下来的第二个十年，我国火电厂又将朝向什么目标发展呢？侯子良给出了自己的答案：“以发展AUS(APS)为纲，完善和优化自动化系统；大力提高电厂智能化程度，建设智能化电厂；提高忧患意识，完善和发展相关安全技术。”他还补充，技术服务将逐步发展成为一个主要产业。自动化技术发展将促使社会分工的精细化，会有一批知识密集型公司渗透到优化控制、智能监控等高端软件和工程技术服务领域中，逐步形成一个产业群，DCS厂家包揽硬件、软件和工程技术服务的时代将成过去。一些复杂的高技术监控仪表的调整、维修、更新等将社会化，用户将委托供应商专家服务。

综上所述，我们看到，无论是我国电力体制改革的深入使得电厂走向市场的严峻趋势，还是各种新能源发电为传统火电厂带来的“冲击”，使得火电厂的低成本运营和精细化管理的要求越来越迫切，常规自动化控制系统已经不能满足日益增长的管理和技术要求。控制系统供应商的任务不再仅仅是打造一个技术先进或造价低廉的电厂，而应当是成就一个面向市场、具有竞争力的电厂。

　　吕冬宝：核电，控制系统为安全运行提供多层次纵深防御

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。

自2011年3月11日日本福岛核电站发生重大泄漏事故之后，核安全问题便成为世界关注的焦点，许多国家甚至出现了“谈核色变”的现象。也因为此，随着国务院核电“国四条”的出台，我国一度发展势如破竹的核电项目暂停了审批，开始全面安全检查，加强核电运行和建设管理。

在这一年多的时间里，关于核电在中国未来前景的讨论从未间断过，但有专家分析，调整放缓应该是暂时的，我国发展核电基本方针没有改变。核电在我国能源结构调整、应对气候变化、保障能源安全方面具有不可替代的作用，是我国新能源战略不可或缺的、重要的组成部分。因此，对我国核电“十二五”后几年以及中长期的发展前景应该是乐观的。

事实也证明确实如此。

随着《国家民用核设施综合安全检查报告》和《国家核安全与放射性污染防治中长期规划》两份文件向社会公开征求意见，中国核电工程有限公司副总工程师吕冬宝认为，恢复核电新项目审批已不存在原则性障碍。

核电技术不断提升

中国自1985年开工建设第一座核电站──秦山一期核电站至今，核电事业已经历了近30年的发展，这其中，从一代到二代，再到第三代，核电技术在不断升级中。与此同时，发展中的核电技术也对控制系统提出了越来越高的要求。

吕冬宝表示，在控制系统方面，现在核电站对设备的鉴定要求更加严格，强调电磁兼容要求和严重事故工况后的设备可用性；强调在严重事故工况下仪控系统的监控能力和措施；强调设计过程中的第三方评定和可靠性分析的工作；信息安全问题日益得到重视。同时，如现场总线，远程I/O等新技术在核电厂开始得到比较广泛的应用。

他进一步补充：“这些要求并不是第三代核电技术本身特有的要求，而是随着工控领域的技术发展而带来的必然结果，比如：数字化仪控系统的应用、现场总线和远程I/O的应用、工控领域信息安全等。即便是二代改进型核电站目前也已经应用了这些技术。”

核电控制系统的国产化

可靠、先进的DCS设备本身是仪控系统数字化的基础，也是数字化仪控系统实现国产化的基础。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。吕冬宝表示，目前阶段，非安全级DCS已经能够完全实现国产化，如和利时公司的HOLLYIAS，北京中核东方控制系统工程有限公司的NICSYS，都具备了在核电厂非安全级控制系统上的应用能力。

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。据吕冬宝介绍，相对非安全级DCS而言，安全级DCS技术门槛高，研发成本高。但可喜的是，目前国内几家主要的核电DCS生产集成商都在积极开展这方面的研发工作，北京广利核工程有限公司的保护系统平台研制已经取得了阶段性的成果。北京中核东方控制系统工程有限公司和国核自仪系统工程有限公司的自主研发工作也正在深入开展。

控制系统为电厂的安全运行提供多层次的纵深防御

我国核电站采取纵深防御策略，正常运行的时候有一套控制系统，一旦出现事故，反应堆会停止运行，然后有其它安全系统来进行保护。第一道防线假如失利了还有第二道、第三道防线保护它的安全。吕冬宝认为，控制系统为电厂的安全运行提供多层次的纵深防御，能够在核电站正常运行、预期运行事件、事故以及事故后工况下对工艺过程进行监督控制，保证核安全和辐射安全、电力的可靠生产以及生产过程的经济性。在超设计基准事故和严重事故工况下能够为严重事故缓解提供必要的监控功能。

仪控系统采用一体化的计算机控制，其控制和监测功能覆盖了核电厂的所有过程系统，执行相应的监督功能和控制保护功能。

其中，信息监督功能包括：运行状态监测和诊断、机组安全相关参数的监测、对机组停堆、事故和事故后的监测、对运行操作人员的支持。控制保护功能包括：正常运行时主要进行工艺过程的控制，保证电厂运行的经济性；维持运行参数在设计规定的范围内；异常运行时进行过程控制和限制，使运行参数返回到正常值；并适时触发必要的保护限制动作，保护安全屏障，维持和限制运行参数在设计边界范围内；在设计基准事故(DBA)工况下进行停堆、停机；启动必要的专设安全设施，保护安全屏障，维持和限制运行参数在最大设计边界范围内；在超设计基准事故(BDBA)和严重事故工况下，进行必要监督、启动和控制缓解措施，保障安全壳系统的完整性，防止和减缓放射性释放。

吕冬宝补充道，保护系统是保证电厂安全的重要安全系统，保护系统的设计采用了多重冗余，防止共因故障，多样性，故障安全等设计准则，设备经过严格的质量鉴定，软件设计经过完整的独立V&V，并在电厂运行阶段能够进行定期试验，保证了系统的高可靠性。

尽管经历了1年多的调整期，新项目暂时受到延缓，但无论从在建核电机组规模和核电发电能力增长趋势来看，还是从保障能力提升和科技研发投入方面看，我国核电仍然保持了较为强劲的发展态势。在建工程按计划向前推进，不久的将来，随着在建机组陆续建成投产，我国运行核电机组将达到41台。《核安全规划》里明确提出，“十二五”期间，核电重点项目投资需求约798亿元。中国的核电事业在经历了近一年的“冬眠”，或将迎来盎然春意。

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