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走近核電“和睦系統(tǒng)”:大國重器“神經(jīng)中樞”中國造
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周遠(yuǎn)方zhouyufang@guancha.cn
最后更新: 2023-03-30 15:06:08(文/觀察者網(wǎng) 周遠(yuǎn)方)
3月25日,中廣核防城港核電站3號機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。這是我國西部地區(qū)首臺、國內(nèi)第三臺“華龍一號”核電機(jī)組,同時也是我國自主研發(fā)的核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)——“和睦系統(tǒng)”首次應(yīng)用于“華龍一號”。
數(shù)字化儀控系統(tǒng)被稱為核電站的“神經(jīng)中樞”,它涉及核反應(yīng)堆的緊急制動,對安全性、可靠性和確定性的要求極高。但由于我國核電起步較晚,要自證“絕對安全”,在時間方面存在先天不足,因此,很長一段時間內(nèi)不得不使用國外的相關(guān)系統(tǒng)。
如今,隨著中廣核近二十年磨一劍的“和睦系統(tǒng)”的正式與我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的第三代壓水堆核電站技術(shù)“華龍一號”雙劍合璧,這一“卡脖子”問題終于宣告解決,我國也成為繼美國、法國、日本之后全球第四個擁有這項技術(shù)的國家。
值得一提的是,這套“神經(jīng)中樞”系統(tǒng)的打造者,上海中廣核工程科技有限公司(簡稱“上??萍肌保?,還是一位“隱形冠軍”,它從中國廣核集團(tuán)(簡稱“中廣核”)一家默默無聞的三級子公司開局,一步步成長為集團(tuán)發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)的專業(yè)化平臺,已經(jīng)收獲一系列重磅榮譽(yù):2018年上??萍枷聦購V利核公司獲得第五屆中國工業(yè)大獎,2020年入選國家首批科改示范企業(yè),2021年獲得北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎,2023年入選創(chuàng)建世界一流專精特新示范企業(yè)。
中廣核長三角新興產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心
近二十年磨一劍
核電站,一直是“國之重器”。
1978年改革開放之初,鄧小平同志宣布,中國決定向法國購買兩座核電站設(shè)備,彼時,大亞灣核電站引進(jìn)法國M310技術(shù),國產(chǎn)化率不到1%,連大宗的材料,鋼筋水泥都需要進(jìn)口。其總投資高達(dá)40億美元,而1978年我國外匯儲備只有區(qū)區(qū)1.67億美元。為此,大亞灣核電站開創(chuàng)了一個借錢建設(shè)的新模式——“借貸建設(shè)、售電還錢”,即向銀行借貸進(jìn)行建設(shè),建成后將電賣給香港換取外匯。
經(jīng)過近40年的發(fā)展,中廣核在運(yùn)核電機(jī)組26臺,在建核電機(jī)組達(dá)7臺,設(shè)備國產(chǎn)化率近90%,尤其值得一提的是,本次“和睦系統(tǒng)”正式用于“華龍一號”,助力自主三代核電技術(shù)“華龍一號”實(shí)現(xiàn)批量化建設(shè)。
“和睦系統(tǒng)”即核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)(簡稱“核電DCS”),它是核電領(lǐng)域復(fù)雜的重大裝備,它主要完成核電站反應(yīng)堆安全停堆和事故緩解功能,控制著核電站數(shù)百個系統(tǒng)、上萬個設(shè)備的運(yùn)行和負(fù)責(zé)各類工況處理過程,系統(tǒng)規(guī)模大、綜合程度高、應(yīng)用場景復(fù)雜、客戶需求多樣??芍^核電站的“神經(jīng)中樞”,“國之重器”的重中之重。
國家能源核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)研發(fā)中心實(shí)驗室
核級DCS研發(fā)之所以難,其中一個重要原因是需要滿足兩個重要指標(biāo),一個是反應(yīng)堆控制保護(hù)系統(tǒng)的拒動率,要求做到10的-7次方,也就是1000萬次要求動作的指令,系統(tǒng)不能有一次拒絕執(zhí)行。還有一個是誤動率,50年內(nèi)只允許系統(tǒng)向偏安全的方向誤動一次。這兩個指標(biāo)對于系統(tǒng)的可靠性要求非常高。
另一個研發(fā)中遇到的難題是“證明難”。
“很多工業(yè)系統(tǒng),比如汽車,大家都認(rèn)為它是可靠的,但實(shí)際上,沒有辦法證明它永遠(yuǎn)是可靠的”,研發(fā)團(tuán)隊骨干成員張春雷介紹,“核電領(lǐng)域同樣如此,實(shí)際上,當(dāng)時國外的系統(tǒng)也只能靠時間和經(jīng)驗來證明可靠,比如說,運(yùn)行了10年沒有出過問題?!?
但對于中國這樣的后來者來說,如果只靠時間和經(jīng)驗證明,幾乎就意味著永遠(yuǎn)落后。“當(dāng)時國家要求我們證明自己絕對安全,包括還要便利相關(guān)部門驗證和監(jiān)管,”張春雷繼續(xù)說,“我們通過一系列摸索,最終和清華大學(xué)團(tuán)隊合作,通過數(shù)學(xué)形式化證明的方法,解決了這一難題?!?
正是采用基于形式化方法的核級軟件代碼生成技術(shù),解決了傳統(tǒng)編譯技術(shù)難以避免的“誤編譯”世界級難題。依據(jù)核級軟件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),廣利核研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)新提出了時間、行為和內(nèi)存空間確定的操作系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù),定義了核安全級編程語言。在此基礎(chǔ)上,廣利核得以利用編譯器取代手寫,直接把核電站的各種控制保護(hù)邏輯變成計算機(jī)可讀的代碼,廣利核使用這一編譯器,生成了核級DCS的4000萬行代碼,從未產(chǎn)生“誤編譯”錯誤。與國外同類產(chǎn)品相比,我國產(chǎn)品的任務(wù)調(diào)度性能提升60%,整體響應(yīng)時間縮短了15%。
“我們的安全可靠是通過正向設(shè)計達(dá)成的,在這個過程中,所有的軟件代碼、硬件電路和機(jī)械圖紙全都妥善保存,方便安全機(jī)構(gòu)查詢?!睆埓豪渍f。
硬件方面也并不容易,“和睦系統(tǒng)”近百種不同類型的板卡均需基于可及供應(yīng)鏈自主研發(fā)。其中,主控板卡的設(shè)計,光是對電路設(shè)計的要求就非常高,需要以最快的速度處理從核電站上萬個設(shè)備收集上來的各種數(shù)據(jù),并監(jiān)視整個系統(tǒng)狀態(tài),涉及非常復(fù)雜的算法。
“我們用了最近5年的時間,基本實(shí)現(xiàn)了我們產(chǎn)品的自主可控,”張春雷介紹,“不管相關(guān)供應(yīng)鏈的情況怎么樣,我們都必須用自己的設(shè)計進(jìn)行彌補(bǔ),達(dá)成產(chǎn)品的可用。”
僅攻克主控板卡設(shè)計這一項難題,廣利核研發(fā)團(tuán)隊就進(jìn)行了十幾輪設(shè)計迭代、上千次試錯和上萬次消缺。
關(guān)鍵核心技術(shù)的突破,使“和睦系統(tǒng)”平臺的整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平,系統(tǒng)安全性和可靠性設(shè)計等技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。2016年,“和睦系統(tǒng)”通過國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)獨(dú)立工程審評,拿到進(jìn)入國際市場的“入場券”。
目前,“和睦系統(tǒng)”已在廣東陽江5&6號機(jī)組、遼寧紅沿河5&6號機(jī)組、江蘇田灣5&6號機(jī)組、華龍一號示范工程——廣西防城港3&4號機(jī)組、江蘇田灣7&8號機(jī)組等21臺新建核電機(jī)組上得到應(yīng)用。
- 責(zé)任編輯: 周遠(yuǎn)方 
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