文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2025）12-106-04中圖分類號：TL362

★張偉，宋立平，鄭云飛，鄧思遠（北京廣利核系統工程有限公司，北京100094）

關鍵詞：核電站主控室后備盤；馬賽克設備；改造方案；安裝方式；接線方式

在核電站主控室安全保障體系中，后備盤^[1]（BUP）是數字化系統故障時的關鍵應急平臺，其核心組件馬賽克設備承擔著保障安全停堆的核心功能。馬賽克設備基于模塊化與標準化理念設計，通過拼裝集成于BUP格柵^[2]系統，因類似“馬賽克瓷磚”的拼接形態得名。其設備單元可獨立安裝、更換或組合，具備高靈活性與可維護性，在數字化系統故障時提供硬接線后備操作，是保障核設施安全的重要冗余設計。該設備核心特點包括三方面：模塊化設計使按鈕、指示燈等按標準尺寸（如24×48mm）批量生產，支撐靈活拼裝；依托鋅合金格柵系統（基礎單元240×240mm）實現盤臺快速搭建，工程適配性良好；通過指示燈、指針表等反饋設備狀態，利用按鈕、旋鈕執行控制命令，實現監視與控制一體化^[3,4]。

早期核電站多采用英國埃爾比福斯特設備，但其存在供貨周期不可控問題，給機組運維帶來了風險。目前相關成熟國產化改造方案未見公開報道。本文選取埃爾比福斯特與國內廣利核的設備為研究對象，通過對比關鍵異同，制定了國產化改造方案，實現了進口設備替代，保障了核電站關鍵系統長期可靠運行^[5]。

1　國內外馬賽克設備對比分析

實施國產化改造方案的前提是準確把握廣利核馬賽克設備與英國埃爾比福斯特設備的具體差異。差異分析主要聚焦于設備安裝所需的輔助構件（格柵系統）以及設備本身的物理特性和電氣特性。分析結論是制定改造策略的直接依據。

1.1　安裝方案對比

對格柵系統的材質、結構、安裝方式及維護性進行詳細對比，結果總結如下：

（1）格柵材質：雙方均采用鋅合金材料。

（2）格柵拼接方式：雙方均采用特制螺絲進行螺接。

（3）格柵結構：埃爾比福斯特采用整體加工的無基礎格柵結構；廣利核采用標準的基礎格柵單元（240×240mm）進行拼接組成所需尺寸的結構。

（4）格柵安裝輔助件：雙方均使用金屬網架及相應的固定件進行支撐安裝。

1.2　物理特性與電氣特性對比

對設備種類、尺寸、接線方式、外殼、供電等核心特性進行對比：

（1）設備種類：雙方均提供指示燈、組合操作指示儀、按鈕組件、旋鈕組件、模擬量指針表、數顯表^[2]等類型，覆蓋了BUP的主要需求。

（2）面板尺寸：雙方對應類型設備的開孔面板尺寸完全一致（如指示燈：24×48mm,24×96mm；按鈕/旋鈕組件：48×48mm；指針表：24×96mm,48×48mm,48×96mm；數顯表：24×48mm）。

（3）接線方式：埃爾比福斯特設備主要采用不同導線連接；廣利核設備則采用預制電纜（帶標準接插件）連接。

（4）外殼結構：埃爾比福斯特設備無獨立外殼；除模擬量指針儀表外，廣利核設備均設計有鋁合金外殼。

（5）供電特性：雙方設備均采用24VDC供電。

2　國產化改造方案設計

基于第1節的對比，本文針對埃爾比福斯特設備的不同應用場景（設備類型），制定了具體的國產設備改造方案，核心內容包括安裝方式調整和接線方式轉換。

2.1　安裝方式改造方案（格柵切割調整）

在廣利核設備中，除模擬量指針儀表外，其余均帶有鋁合金外殼。它們外形尺寸及格柵的干涉情況與無外殼的埃爾比福斯特設備存在差異，導致安裝時所需的格柵切割方式不同。具體改造方案按設備類型劃分，如表1所示。

2.2　接線方式改造方案（端口映射）

廣利核設備與埃爾比福斯特設備在電氣接口（接線端子/端口）的功能定義上存在顯著差異。改造的核心在于將原埃爾比福斯特設備的接線對應關系轉換到廣利核設備的端口上。此替換僅影響盤臺內部接線，盤臺外部接線（如供電、信號源）不受影響。具體改造方案參照設備類型說明關鍵差異和轉換方法。

（1）指示燈

差異：端口編號及對應的功能定義（24V+，24V-）不同。具體端口功能定義如表2所示。

表1 馬賽克設備安裝

表2 指示燈端口功能定義

改造方案：使用廣利核指示燈及其配套預制電纜替換原埃爾比福斯特設備和線纜。需根據廣利核設備的端口定義重新連接電源線。

（2）按鈕/旋鈕/鑰匙

差異：端口編號及對應的觸點功能定義（如常開觸點1）不同。具體端口功能定義如表3所示。

表3 按鈕/旋鈕/鑰匙端口功能定義

改造方案：使用廣利核設備及其配套預制電纜替換原埃爾比福斯特設備和線纜。需根據廣利核設備的端口定義重新連接觸點線路。

（3）組合操作指示儀

差異：端口編號及對應的多個指示燈和按鈕的功能定義不同（如燈左、燈中、燈右、按鈕左、按鈕右）。具體端口功能定義如表4所示。

表4 組合操作指示儀端口功能定義

改造方案：使用廣利核設備及其配套預制電纜替換原埃爾比福斯特設備和線纜。需嚴格按照廣利核設備的端口定義重新連接所有指示燈和按鈕的信號線。

（4）模擬量指針表（Analog Pointer Meter）

差異：端口編號及對應的電源輸入（24V+，24V-）定義不同。具體端口功能定義如表5所示。

表5 模擬量指針表端口功能定義

改造方案：使用廣利核設備替換原埃爾比福斯特設備。需根據廣利核設備的端口定義重新連接信號輸入線。

（5）數顯表

差異：端口編號及對應的電源（24V+，24V-）、模擬量輸入（IN+，IN-）、測試（TEST）等功能定義不同。具體端口功能定義如表6所示。

表6 數顯表端口功能定義

改造方案：使用廣利核設備替換原埃爾比福斯特設備。需根據廣利核設備的端口定義重新連接電源線、信號輸入線和測試線。

接線方式改造方案總體原則：對于每種設備，改造時需廢棄原埃爾比福斯特設備的內部連接線纜（或端子接線），使用廣利核提供的配套預制電纜（或按照其端口定義重新接線）。重點在于將原功能信號準確無誤地接入廣利核設備對應的新端口上。

3　結論

針對英國埃爾比福斯特馬賽克設備在核電站主控室BUP中供貨周期不可控的風險，本研究提出了廣利核國產化改造方案。通過對比分析，我們明確了國產設備在安裝輔件（格柵材質兼容但切割策略需調整）、物理特性（面板尺寸兼容，新增鋁合金外殼）、電氣特性（24VDC供電兼容，優化預制電纜接線）等維度滿足BUP安全要求。

核心改造方案：

（1）安裝適配-按設備類型（指示燈/按鈕/儀表等）定制格柵切割方式（切梁/切孔或整體替換）；

（2）電氣轉換-建立埃爾比福斯特與廣利核端口的功能映射關系，實現信號無縫對接。

該方案成功解決了進口設備斷供風險，為核電站BUP提供了自主可控的國產解決方案，保障了系統長期穩定運行，對提升核電儀控供應鏈安全具有重要工程價值。

作者簡介：

張　偉（1979），男，北京人，高級工程師，學士，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事核電廠非安全級儀控系統產品結構設計方面的工作。

宋立平（1982-），男，吉林人，工程師，碩士，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事核安全級儀控系統方面的研究。

參考文獻：

[1]曾剛,竇穎.核電站馬賽克設備人因工程優化研究[J].自動化儀表,2021,42(S1):188-191.

[2]竇穎,郭毅飛,曾剛,等.馬賽克控制盤臺在核電廠主控制室的應用[J].儀器儀表用戶,2019,26(9):61-63.

[3]周玲.核電廠先進的主控制室相關技術研究[J].核動力工程,2002,(S1)83-85+92.

[4]鄭明光,徐濟鋆,史占忠,等.核電廠先進主控制室功能分析和功能分配[J].核動力工程,2001,(2):171-175.

[5]吳畏.美國三里島核電站事故及其影響[J].電力技術通訊,1980,(1):66-79.

摘自《自動化博覽》2025年12月刊