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“硬核”网络设备,推动核电数字化转型
来源: 红狮控制作者: 红狮控制时间:2022-07-27 11:10:06点击:545

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安全利用核能,一直是世界各国应对能源危机的有效措施。与传统的火力发电相比,核能发电拥有经济环保、稳定高效的突出优势,例如根据欧洲核能协会公布的数据,1,000克标准煤、矿物油及铀分别产生约8千瓦时、12千瓦时及24兆瓦时的电力,核电效率显而易见。


根据IAEA PRIS(国际原子能机构动力堆信息系统)数据, 截至 2022年3月,在全球在建核反应堆中,中国拥有数量最多(12个),在建装机容量达到 20.9GW。


从 20 世纪 50 年代至今,核能利用技术已发展到第四代的原型堆研发,更加强化安全性和防止核扩散等方面的要求。如今,在数字化时代,核电与其他很多行业类似,开始从仪控自动化系统迈向全面的数字化转型,为更安全、更可靠、更高效的核电运行和现代化管理奠定基础。


核电厂数据通信——数字化转型的关键

从核岛、常规岛到电站辅助设施(BOP),整个核电设备约有48,000多套件,涵盖反应堆堆芯、反应堆压力壳、堆内构件、控制棒驱动机构、蒸汽发生器、汽轮机、发电机、除氧器、凝汽器、高低压加热器、主给水泵、燃料转运装置、凝结水泵、主变压器、循环水泵和压缩空气站等等各类设备。随着这些设备的不断改进和数字化运营管理需求,相应的仪控系统对保证电厂安全、稳定和经济运行至关重要。由于数据通信网络是仪表监测数据和控制数据的传输通路,其性能直接影响仪控平台性能和可靠性。


然而,传统的设备和控制系统往往存在一些问题,包括:

· 一些模拟系统仍然在运行需要点对点布线 

· 网络固有的脆弱性 

· 数据信号易受噪声影响

· 由于模拟信号到数字信号的转换时间使整个系统速度慢


工业以太网技术的进步改变了这一切,例如,交换技术使以太网有了确定性,专用的环网协议大大提升了网络可用性,而光纤电缆提供了一种对电气噪声免疫的介质,环网结构使得当设备失效或电缆被切断或损坏时仍然保证通讯的冗余性。


可以说,当今的工业以太网驱动着核电厂的数字化通信网络正在向高传输率、低延迟率、大吞吐、高冗余和可靠性的方向迈进。


N-TRON,理想的工业以太网设备

红狮控制的N-TRON工业以太网交换机是适用于核电厂的理想设备,首先在产品设计的可靠性和可用性方面,例如—— 


· -40ºC ~85ºC的工作温度保证了在网络中N-TRON交换机是“最后一个伫立的设备”

· 抗冲击:200g,10s

· 抗震动:50g,5-200Hz

· 抗电磁:10V/m

· 抗静电浪涌:+/- 16KV

· 防辐射等级:FFC  part 15 class A

· 具有UL和TUV认证,可应用在Class1 Div 2的危险环境中

· 每个电口上的的防静电ESD保护(16KV)和电源接入口的防浪涌保护

· 可以提供200万小时或更高的平均无故障时间


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在网络管理软件方面,N-VIEW™ 监控软件可以提供对远程网络流量、网络状态的监控以及故障节点的快速诊断,即使是经济型的非管理型交换机也可以提供监控功能。与传统SNMP相比,N-View数据包信息较少,因此所有数据点都需要逐一查询。


在保障核电厂通信可靠性方面,具有快速自愈能力的冗余环网非常关键,当通信网络出故障时,能够自动平滑的切换到冗余备份线路。基于N-RING™ 技术,N-TRON交换机保证了环网发生故障时会在30毫秒内自愈,保障了网络通信的无扰动切换,环接点数量最大250个。


在系统配置方面,基于SD卡的配置自动导入和导出技术意味着更换一台交换机仅仅是取出故障设备并安装一台新的就可以了,无需花费时间进行配置。


在通信介质方面,交换机可以配置千兆单模光纤端口,确保了能满足吞吐量和距离的需求。


下图是一个典型的核电厂工业以太网通信网络拓扑图,反应堆、汽轮机组、水处理和阀门等不同工艺段之间采用N-TRON千兆级环网连接,工艺段内部各个设备控制器则是采用百兆以太网进行通信,从控制到管理运营层都实现了可靠、冗余的高速以太网通信。


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