上海交通大学学报

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安全级DCS机柜腐蚀防护设计

杨睿，刘明星，吴霄，王东伟，陈伟

2019,53 (Sup.1): 1-6.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.001

摘要 ( 1042 )

PDF(813KB) ( 175 )

针对安全级数字化控制系统（DCS）机柜常采用的钢材料在恶劣大气环境中易发生腐蚀的现象，对设备设计时应关注的防腐蚀关键技术展开研究.首先分析了以碳钢为主材料的机柜防腐蚀涂料体系设计流程，列举了在C4等级腐蚀环境和长耐久性要求下常用的涂料及其特性，以及常见的涂料体系.并针对机柜设计中易出现腐蚀的凹槽等特定结构，以及为满足电连续等设计要求而无法采取涂覆保护的特殊位置，概述了在机柜结构设计、工艺和材料方面避免电偶腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等常见问题时需要注意事项.总结涂料体系和结构设计等防腐蚀关键环节的设计原则，为DCS机柜防腐蚀设计提供了参考.

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堆外核测系统常见噪声干扰分析与抑制

何玉鹏，姜静，孙勇，徐世豪，郑国敏，牟叶威

2019,53 (Sup.1): 7-11.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.002

摘要 ( 698 )

PDF(2423KB) ( 172 )

堆外核测系统是一种重要的反应堆功率监视手段，但由于其信号强度较弱且传输路径长，在调试与运行阶段深受噪声干扰问题困扰.核测系统的噪声其产生的原因多种多样，但相关的研究较少，给排除和解决工作带来了较大的困难.在AP1000堆外核测系统的调试过程中噪声问题较为突出，排查和处置手段具有典型性.以工程调试经验为基础，归纳出堆外核测系统常见的噪声来源，总结出通用的故障定位与抑制方法，最后提出了后续机组堆外核测系统维护的建议.

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对核电厂DCS中信号质量位设置问题的思考

肖鹏，刘宏春，简一帆，赵阳，李伟，唐涛

2019,53 (Sup.1): 12-16.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.003

摘要 ( 1260 )

PDF(699KB) ( 330 )

为彻底解决核电厂数字化控制系统(DCS)中，信号质量位相关参数的设置所导致的系统拒动和误动问题，通过分析目前的设计现状分析常规解决方案中的局限性，提出引入核电厂状态这一变量对DCS所执行的功能进行确认的设计思路.该方法不仅解决了质量位的设置问题，还在一定程度上简化了操纵员的操作，提高了核电厂DCS的安全性和可用性，进而推动了核电厂的智能化和无人化的发展.通过利用稳态下的热工物理参数和状态转换过程中的人员手动操作来识别核电厂状态的方法能够确保DCS准确地执行其预期的功能,避免非预期事件的发生.

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核电厂主控制室人因分析中的人体尺寸修正

周茂，刘明明，刘全东，刘官荣，李雨桐，杨卫

2019,53 (Sup.1): 17-23.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.004

摘要 ( 1118 )

PDF(899KB) ( 225 )

人因工程分析是核电厂主控制室设计过程中十分关键的环节，将人体各部位的尺寸数据作为控制室布置和设备设计的依据，来增强操纵员在主控制室工作时的舒适度，同时提高工作效率.该文根据GB/T 12985-1991《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》的修正方法，结合NUREG-0700《核电厂人机接口设计审查导则》中的人因分析要求，对GB 10000-1988《中国成年人人体尺寸》和GB/T 13547-1992《工作空间人体尺寸》中部分人体工业应用尺寸数据做了适当修正，确定了适用于工程设计的操纵员身体上限值和下限值尺寸，以及在主控制室工作的操纵员人体尺寸修正方案.

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核电厂DCS元器件国产化替代问题探讨

王舜，刘明星，刘滨，王松，黄奇

2019,53 (Sup.1): 24-28.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.005

摘要 ( 1427 )

PDF(672KB) ( 259 )

核电厂数字化控制系统(DCS)的国产化工作是核电自主化战略的重要部分之一.为进一步提高其国产化水平，针对核电厂DCS设备研制过程中元器件的国产化替代问题进行了初步研究；对国产元器件的现状进行了分析，总结了目前核电厂DCS元器件国产化工作中面临的元器件门类不足、质量控制成本过高、选型信息缺失等问题.针对上述问题，首先参考武器装备、航空航天领域的元器件国产化经验，总结了元器件替代的一般方法；然后结合NB/T 2001标准，提出采用汽车级元器件的方案，并通过实施分级筛选策略实现质量与成本控制的平衡；最后提出加强研用双方合作，解决关键元器件的研制问题，为核电厂DCS元器件的国产化工作提供了可行的方案.

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虚拟现实技术在核电厂主控制室设计中的应用及探索

刘明明，高楠，刘全东，金兴连，张旭，陈钊

2019,53 (Sup.1): 29-32.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.006

摘要 ( 1387 )

PDF(2668KB) ( 339 )

主控制室是核电厂的监视和控制中心，汇集供操纵员监控核电厂所需的各种控制和监测设备.主控制室盘台作为主控制室核心组成部分之一，设置了多重操纵员监控地点，包括操纵员工作站、后备盘、紧急操纵台等.在正常以及事故工况下，操纵员需要通过主控制室中的盘台来监测核电厂的运行工况和控制核反应堆的运行.将虚拟现实技术引入到核电厂主控制室设计中，通过搭建虚拟主控制室模型，来进行初期效果展示及人因验证.通过借鉴虚拟现实技术的优势，可以分析虚拟主控制室模型搭建的设计路线.同时提出虚拟现实技术在核电厂主控制室中的应用，以及虚拟现实技术与数字孪生技术在主控制室中的融合设计，对于虚拟主控制室的搭建，有着举足轻重的作用.

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国产棒位系统故障分析及处理措施

陈建文，宫成军

2019,53 (Sup.1): 33-44.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.007

摘要 ( 783 )

PDF(7076KB) ( 145 )

棒位系统用于实时监测和显示控制棒在反应堆内的位置，棒位测量是反应堆安全运行的重要保证，若控制棒有超过25%测量棒位出现异常，将导致反应堆由功率运行状态后撤到热停堆状态，影响机组经济效益.针对福清核电3、4号机组国产棒位系统调试及运行期间导致测量棒位显示异常问题，结合卡件的工作原理，使用Multisim软件模拟仿真分析问题产生的原因，并制定相应的改进措施；经过测试和验证有效解决了测量棒位显示异常问题，提高了卡件工作的可靠性，保障了反应堆的稳定运行.

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某核电厂反应堆保护系统的继电器板卡跳变问题

刘燕，雷川，郭猛

2019,53 (Sup.1): 45-50.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.008

摘要 ( 728 )

PDF(904KB) ( 130 )

某核电厂反应堆保护系统以继电器板卡作为输出驱动部件.在工厂测试期间执行第3阶段定期试验，当安全触发柜旁通开关从旁通打至正常，继电器板卡发出持续约20ms的瞬态触发信号.分析瞬态触发信号对机组正常运行的影响，结合继电器板卡内部结构解析保护系统第3阶段定期试验原理，总结出继电器跳变为产生误触发信号的根本原因.在不变动继电器板卡原有结构的基础上，通过增加固态定时器解决该问题，可为后续反应堆保护系统的相似设计提供参考.

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数字化反应堆保护系统退出与投入方案

徐世豪，姜静，谢维波，陈钊，刘明明

2019,53 (Sup.1): 51-54.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.009

摘要 ( 752 )

PDF(1080KB) ( 133 )

数字化反应堆保护系统目前已广泛应用于核电机组.作为执行核电厂重要安全功能的反应堆保护系统在核电厂正常运行期间对其可用性有严格的要求与限制.在机组大修期间，反应堆保护系统由于自身维护和机组状态原因存在退出运行和重新投入运行的情况，由于反应堆保护控制的设备和联锁信号众多，为确保不出现设备误动和人员伤害，需要针对性地制定相应的退出和投入方案.早期的模拟系统中大量使用继电器，在反应堆保护系统的投退中需要大量的拆接线工作，在使用数字化反应堆保护系统后，减少了现场维护人员的工作量.对目前国内核电厂反应堆保护系统退出和投入方案进行分析，通过对反应堆保护系统和设备的优化设计，提高维护系统的自动化水平，减少反应堆保护系统的投入和退出的工作量，提高工作效率，降低人因失误风险，以降低因为保护系统投入与退出带来的核电厂设备损坏和人员伤害风险.

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华龙一号反应堆功率控制系统优化设计

张英，陈智，李羿良，金远

2019,53 (Sup.1): 55-60.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.010

摘要 ( 1239 )

PDF(997KB) ( 296 )

反应堆功率控制系统是核电厂重要的仪控系统，对保证核电厂的正常运行起着重要作用.为确保该控制系统在核电厂运行过程中的良好控制品质及减少现场调试时间，有必要在设计阶段通过仿真研究对控制系统的控制参数进行优化设计.基于分析三代核电“华龙一号”反应堆功率控制系统的功能，提出了控制系统结构，同时对控制通道相关环节的相互影响因素进行了说明.以此为基础，利用核电厂数字化仿真工具，通过系统建模仿真对控制参数进行敏感性分析.根据不同参数取值下的系统静态和动态响应特性，最终确定一套较优的控制参数.所获得的控制参数已用于国内华龙一号首堆反应堆功率控制系统设计，可指导核电厂现场调试和电厂运行.

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PDCA循环在提高仪控设备断路器系统抗冲击能力中的运用

李华桥，吴霄，代俊安，穆兰芬，徐信哲

2019,53 (Sup.1): 61-67.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.011

摘要 ( 797 )

PDF(3723KB) ( 144 )

针对某柜内断路器在冲击作用下出现跳闸问题，基于全面质量管理法中的PDCA循环，找出问题产生的主要原因，制定并筛选出适当的处置方案.研究结果表明：柜内断路器跳闸问题是由于断路器抗冲能力弱，冲击状态下振动强度大所导致的.在此基础上，设计出具有隔振结构的安装支架，并结合有限元分析对断路器的冲击行为进行力学仿真，理论证明所采用方案的可靠性.进一步通过试验验证了所提出方案对提高断路器系统抗冲击能力的有效性，最终实现了断路器在试验要求冲击载荷下不再跳闸的目标，取得了良好的效益.以上研究结果也证明了PDCA循环在仪控设备产品的设计和改进中可以发挥良好的作用.

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基于攻击树模型的数字化控制系统信息安全分析

孙卓，刘东，肖安洪，明平洲，郭文，周俊燚，陈俊杰

2019,53 (Sup.1): 68-73.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.012

摘要 ( 754 )

PDF(741KB) ( 130 )

核反应堆数字化控制系统(DCS)在提高了控制系统便利性的同时也引入了更多的威胁因子，系统中的工程师站采用了应用范围较广的工控机，其预留接口和Windows操作系统使得工程师站具有传统IT系统在信息安全方面的脆弱性，对数字化控制系统的安全留下隐患.提出一种基于攻击树模型的数字化控制系统信息安全分析方法，结合DCS的软硬件特点及其在系统中所处的位置，建立攻击树模型，提出对应的数字化控制系统信息安全资产评估量化方法，应用通用漏洞评分体系(CVSS)计算出叶节点、根节点及攻击路径发生概率.通过对工程师站的信息安全量化评估实例，得出攻击者最有可能采取的攻击路径，对开发者以及验证与确认(V&V)活动提供技术参考.

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γ剂量率监测系统就地处理箱静电计模块设计

李亮, 范瑾, 张宓, 黄伟杰, 毛从吉

2019,53 (Sup.1): 74-77.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.013

摘要 ( 657 )

PDF(1185KB) ( 120 )

γ剂量率监测系统主要用于监测核电站失水事故或冷却剂意外泄漏时γ辐射吸收剂量率.由于运用场合的特殊性和复杂性，且开发技术难度大，目前国内核电站都依赖进口.如何打破国外技术垄断，实现该设备国产化是一个值得研究的问题.就地处理箱为γ剂量率监测系统探测器提供工作电压和信号处理，而静电计模块是就地处理箱的核心部件.提出电流-频率(I-F)与电压-频率(V-F)组合方式，以及电流-电压(I-V)与V-F组合方式.通过对比这两种静电计模块设计方案，并结合多次设计与试验验证经验，给出各自的优缺点和关键技术设计方法，对于产品研发和电子元器件选型具有一定的指导意义.

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核安全级电子产品印制线路板组装件高效清洗技术

马玥，刘清，王庭兵

2019,53 (Sup.1): 78-83.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.014

摘要 ( 701 )

PDF(780KB) ( 139 )

核安全级系统是控制整个核电厂安全运行的神经中枢，其电路的核心部件为印制线路板组装件，直接影响核安全级系统运行的稳定性.以印制线路板组装件外表面清洁度为目标，分析了印制线路板装焊过程中清洗工序的必要性和重要性，以确保不会产生因清洁问题而在使用过程中表面绝缘电阻下降以及因离子残留导致的电化学迁移等可靠性问题.通过几种清洗溶剂的调查对比和试验分析，确定了最适用于核级印制线路板组装件清洗的溶剂材料.

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基于FPGA的“龙鳞”通信模块跨时钟域验证实践

肖安洪，曾辉，秦友用，靳津，周俊燚，郭文，陈俊杰

2019,53 (Sup.1): 84-87.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.015

摘要 ( 794 )

PDF(721KB) ( 252 )

由于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)功能实现的多元化，往往会出现不同时钟域的信号.不同时钟域的信号进行交互，若不进行同步处理，经常会产生数据丢失、时序错误等问题，所以跨时钟域检查对FPGA功能实现特别重要.本文主要阐述了在开展“龙鳞”平台通信模块FPGA软件验证与确认工作中跨时钟域检查的测试流程和方法，对跨时钟异常进行分类，分析通信模块FPGA软件的跨时钟异常并提供解决方案，为FPGA测试工程师提供一种测试思路.

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基于PWM隔离的热电阻温度调理模块设计

赵淄弘，刘明星，严浩，王松，丁捷

2019,53 (Sup.1): 88-92.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.016

摘要 ( 751 )

PDF(586KB) ( 153 )

隔离型热电阻温度调理模块适用于复杂的工业环境.传统的隔离型模块基于普通数字隔离技术，需要使用集成数模转换(DAC)芯片，原理复杂，且需要程序进行逻辑控制，存在成本高、体积大等问题.对此，设计了一种基于脉宽调制(PWM)隔离技术的热电阻温度调理模块，将采集的温度调理为4～20mA电流输出，供电电源、输入通道、输出通道相互隔离.该模块具有量程可配、精度高、成本低的特点，可将体积缩小40%，适用于核电厂数字化控制系统(DCS)对现场温度数据的采集与调理.

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一种新型反应堆安全级DCS模拟量隔离技术

王松，刘明星，赵淄弘，王舜

2019,53 (Sup.1): 93-97.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.017

摘要 ( 708 )

PDF(559KB) ( 128 )

为了保证安全级分布式控制系统(DCS)对现场模拟信号采集的安全性和可靠性，需要在DCS模拟量采集的前端安装相应的隔离分配装置.采用电容充放电进行模拟量隔离，用定时器和逻辑门电路产生开关的控制时序信号.通过调整电容充放电时间，控制采样和保持的时序，配合光电开关实现对模拟信号的隔离，隔离后的模拟量信号经过电压电流转换后输出.经过对时序的控制器件参数的选择和匹配，在不校准的条件下，装置精度可达到0.05%，温度漂移低于2×10-5/℃，电气隔离度达到 1500Vp @1min＜5mA (Vp为峰值电压)，具有很好的电气特性和广泛的应用场景.

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降额设计在核电厂安全级DCS可靠性分析中的研究

吴礼银，许标，张庆，文宾双

2019,53 (Sup.1): 98-103.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.018

摘要 ( 830 )

PDF(868KB) ( 188 )

降额设计作为现代工业自动化研发过程中的一门技术，在产品结构优化和可靠性提升方面发挥着重要作用.核电厂安全级数字化控制系统(DCS)在可靠性方面的要求严格，为满足相应的可靠性指标，在核电厂安全级DCS产品设计研发中进行降额设计是必不可少的.基于降额设计方法，对核电厂安全级DCS所用部分元器件进行可靠性计算和分析，研究不同降额等级下元器件的可靠性水平变化情况，展示降额设计对提高核电厂安全级DCS可靠性的重要作用，为核电领域降额设计的可靠性研究提供参考.如何有效利用降额设计技术，实现核电厂DCS可靠性显著改善是一个值得深究和探讨的话题.

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国际核电仪控标准规范的更新及其适用性

黄伟杰，张宓，崔聪，李亮

2019,53 (Sup.1): 104-108.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.019

摘要 ( 810 )

PDF(727KB) ( 153 )

国际原子能机构(IAEA)安全导则、国际电工委员会(IEC)和电气和电子工程师协会(IEEE)标准均为开展核电数字化仪表和控制(I&C)系统设计和审评活动的国际通用规范和主要依据，近年来进行了修订和更新，对I&C领域的新问题提出了相应的技术要求.为了更新我国的仪控标准，解决I&C审评实践中的问题，需要对更新后的国际标准规范的适用性进行研究.通过系统分析方法，介绍了IAEA安全导则、IEC和IEEE标准的更新情况及其对于人因工程、信息安全、商品级物项评价等方面的技术要求，并评估了更新后的国际标准对我国核电I&C系统设计和审评活动的适用性，对后续开展相关设计、审评工作以及标准规范更新具有一定指导意义.

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电子机柜瞬时冲击的动力学行为

王东伟，刘明星，吴霄，杨睿，代俊安

2019,53 (Sup.1): 109-117.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.020

摘要 ( 915 )

PDF(8085KB) ( 219 )

建立某舰载机柜的有限元模型，采用瞬时动态分析法对机柜在冲击状态下的振动行为进行模拟计算，并分析了机箱托架厚度和立柱厚度等对冲击响应的影响.结果表明：机柜的立柱、机箱、托架以及盖板属于机柜敏感区域，容易产生高幅振动；机柜底板不同区域对冲击力的响应不同，因此传递到机柜不同部位的振动信号有所不同；随着高度增加，机箱法向位移和振动强度总体呈降低趋势；机柜系统的前后不对称性是导致机柜顶盖不同区域和前后立柱振动强度有所不同的主要原因.此外，参数化研究结果表明托架厚度和立柱厚度对机柜冲击响应也有重要影响.研究结果可为机柜结构抗冲击的合理设计提供理论依据.

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分布式控制系统虚拟化移植方法的设计与验证

彭浩，张旭，邓志光，蒋维，刘明明，章雨，刘国海

2019,53 (Sup.1): 118-122.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.021

摘要 ( 686 )

PDF(753KB) ( 149 )

分布式控制系统(DCS)虚拟化移植的技术路线包括纯模拟、虚拟实物模拟、实物模拟等.基于虚拟实物式技术路线，提出了DCS架构虚拟化移植和现场控制站虚拟化移植的技术方案，分析了实物系统与基于虚拟DCS技术路线的虚拟化系统架构上的异同，优化了通信机制，以提高虚拟DCS的拟真性.同时，以某核电厂堆型调节系统为例，比较了实物DCS与虚拟DCS在相关应用功能下的实验结果，相关参数记录曲线的变化趋势基本一致，证明该虚拟化移植的技术路线可应用于实际工程.

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基于在线仿真技术的核电厂事故评价与预测方案

姜静，何玉鹏，张子鹏，杨宗昊，徐世豪，王恺

2019,53 (Sup.1): 123-126.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.S1.022

摘要 ( 866 )

PDF(1954KB) ( 178 )

核应急决策辅助系统极为重要，机组内设备损坏情况、事故扩大趋势和应急干预措施可行性的评估对于事故后决策有重要作用.在事故评价方面，传统的模拟机和实时信息系统各有局限性，事故后不能充分发挥应急辅助决策的作用.通过结合二者的优点，开展基于在线仿真系统的事故评价和预测的技术方案研究，可以在事故瞬态时提供精确的三维展示、演变趋势预测和干预措施仿真推演功能，以支持采取科学有效的应急手段.

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