文献标识码：B文章编号：1003-0492（2025）12-106-04中图分类号：TL362

★张伟，宋立平，郑云飞，邓思远（北京广利核系统工程有限公司，北京100094）

关键词：核电站主控室后备盘；马赛克设备；改造方案；安装方式；接线方式

在核电站主控室安全保障体系中，后备盘^[1]（BUP）是数字化系统故障时的关键应急平台，其核心组件马赛克设备承担着保障安全停堆的核心功能。马赛克设备基于模块化与标准化理念设计，通过拼装集成于BUP格栅^[2]系统，因类似“马赛克瓷砖”的拼接形态得名。其设备单元可独立安装、更换或组合，具备高灵活性与可维护性，在数字化系统故障时提供硬接线后备操作，是保障核设施安全的重要冗余设计。该设备核心特点包括三方面：模块化设计使按钮、指示灯等按标准尺寸（如24×48mm）批量生产，支撑灵活拼装；依托锌合金格栅系统（基础单元240×240mm）实现盘台快速搭建，工程适配性良好；通过指示灯、指针表等反馈设备状态，利用按钮、旋钮执行控制命令，实现监视与控制一体化^[3,4]。

早期核电站多采用英国埃尔比福斯特设备，但其存在供货周期不可控问题，给机组运维带来了风险。目前相关成熟国产化改造方案未见公开报道。本文选取埃尔比福斯特与国内广利核的设备为研究对象，通过对比关键异同，制定了国产化改造方案，实现了进口设备替代，保障了核电站关键系统长期可靠运行^[5]。

1　国内外马赛克设备对比分析

实施国产化改造方案的前提是准确把握广利核马赛克设备与英国埃尔比福斯特设备的具体差异。差异分析主要聚焦于设备安装所需的辅助构件（格栅系统）以及设备本身的物理特性和电气特性。分析结论是制定改造策略的直接依据。

1.1　安装方案对比

对格栅系统的材质、结构、安装方式及维护性进行详细对比，结果总结如下：

（1）格栅材质：双方均采用锌合金材料。

（2）格栅拼接方式：双方均采用特制螺丝进行螺接。

（3）格栅结构：埃尔比福斯特采用整体加工的无基础格栅结构；广利核采用标准的基础格栅单元（240×240mm）进行拼接组成所需尺寸的结构。

（4）格栅安装辅助件：双方均使用金属网架及相应的固定件进行支撑安装。

1.2　物理特性与电气特性对比

对设备种类、尺寸、接线方式、外壳、供电等核心特性进行对比：

（1）设备种类：双方均提供指示灯、组合操作指示仪、按钮组件、旋钮组件、模拟量指针表、数显表^[2]等类型，覆盖了BUP的主要需求。

（2）面板尺寸：双方对应类型设备的开孔面板尺寸完全一致（如指示灯：24×48mm,24×96mm；按钮/旋钮组件：48×48mm；指针表：24×96mm,48×48mm,48×96mm；数显表：24×48mm）。

（3）接线方式：埃尔比福斯特设备主要采用不同导线连接；广利核设备则采用预制电缆（带标准接插件）连接。

（4）外壳结构：埃尔比福斯特设备无独立外壳；除模拟量指针仪表外，广利核设备均设计有铝合金外壳。

（5）供电特性：双方设备均采用24VDC供电。

2　国产化改造方案设计

基于第1节的对比，本文针对埃尔比福斯特设备的不同应用场景（设备类型），制定了具体的国产设备改造方案，核心内容包括安装方式调整和接线方式转换。

2.1　安装方式改造方案（格栅切割调整）

在广利核设备中，除模拟量指针仪表外，其余均带有铝合金外壳。它们外形尺寸及格栅的干涉情况与无外壳的埃尔比福斯特设备存在差异，导致安装时所需的格栅切割方式不同。具体改造方案按设备类型划分，如表1所示。

2.2　接线方式改造方案（端口映射）

广利核设备与埃尔比福斯特设备在电气接口（接线端子/端口）的功能定义上存在显著差异。改造的核心在于将原埃尔比福斯特设备的接线对应关系转换到广利核设备的端口上。此替换仅影响盘台内部接线，盘台外部接线（如供电、信号源）不受影响。具体改造方案参照设备类型说明关键差异和转换方法。

（1）指示灯

差异：端口编号及对应的功能定义（24V+，24V-）不同。具体端口功能定义如表2所示。

表1 马赛克设备安装

表2 指示灯端口功能定义

改造方案：使用广利核指示灯及其配套预制电缆替换原埃尔比福斯特设备和线缆。需根据广利核设备的端口定义重新连接电源线。

（2）按钮/旋钮/钥匙

差异：端口编号及对应的触点功能定义（如常开触点1）不同。具体端口功能定义如表3所示。

表3 按钮/旋钮/钥匙端口功能定义

改造方案：使用广利核设备及其配套预制电缆替换原埃尔比福斯特设备和线缆。需根据广利核设备的端口定义重新连接触点线路。

（3）组合操作指示仪

差异：端口编号及对应的多个指示灯和按钮的功能定义不同（如灯左、灯中、灯右、按钮左、按钮右）。具体端口功能定义如表4所示。

表4 组合操作指示仪端口功能定义

改造方案：使用广利核设备及其配套预制电缆替换原埃尔比福斯特设备和线缆。需严格按照广利核设备的端口定义重新连接所有指示灯和按钮的信号线。

（4）模拟量指针表（Analog Pointer Meter）

差异：端口编号及对应的电源输入（24V+，24V-）定义不同。具体端口功能定义如表5所示。

表5 模拟量指针表端口功能定义

改造方案：使用广利核设备替换原埃尔比福斯特设备。需根据广利核设备的端口定义重新连接信号输入线。

（5）数显表

差异：端口编号及对应的电源（24V+，24V-）、模拟量输入（IN+，IN-）、测试（TEST）等功能定义不同。具体端口功能定义如表6所示。

表6 数显表端口功能定义

改造方案：使用广利核设备替换原埃尔比福斯特设备。需根据广利核设备的端口定义重新连接电源线、信号输入线和测试线。

接线方式改造方案总体原则：对于每种设备，改造时需废弃原埃尔比福斯特设备的内部连接线缆（或端子接线），使用广利核提供的配套预制电缆（或按照其端口定义重新接线）。重点在于将原功能信号准确无误地接入广利核设备对应的新端口上。

3　结论

针对英国埃尔比福斯特马赛克设备在核电站主控室BUP中供货周期不可控的风险，本研究提出了广利核国产化改造方案。通过对比分析，我们明确了国产设备在安装辅件（格栅材质兼容但切割策略需调整）、物理特性（面板尺寸兼容，新增铝合金外壳）、电气特性（24VDC供电兼容，优化预制电缆接线）等维度满足BUP安全要求。

核心改造方案：

（1）安装适配-按设备类型（指示灯/按钮/仪表等）定制格栅切割方式（切梁/切孔或整体替换）；

（2）电气转换-建立埃尔比福斯特与广利核端口的功能映射关系，实现信号无缝对接。

该方案成功解决了进口设备断供风险，为核电站BUP提供了自主可控的国产解决方案，保障了系统长期稳定运行，对提升核电仪控供应链安全具有重要工程价值。

作者简介：

张　伟（1979），男，北京人，高级工程师，学士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事核电厂非安全级仪控系统产品结构设计方面的工作。

宋立平（1982-），男，吉林人，工程师，硕士，现就职于北京广利核系统工程有限公司，主要从事核安全级仪控系统方面的研究。

参考文献：

[1]曾刚,窦颖.核电站马赛克设备人因工程优化研究[J].自动化仪表,2021,42(S1):188-191.

[2]窦颖,郭毅飞,曾刚,等.马赛克控制盘台在核电厂主控制室的应用[J].仪器仪表用户,2019,26(9):61-63.

[3]周玲.核电厂先进的主控制室相关技术研究[J].核动力工程,2002,(S1)83-85+92.

[4]郑明光,徐济鋆,史占忠,等.核电厂先进主控制室功能分析和功能分配[J].核动力工程,2001,(2):171-175.

[5]吴畏.美国三里岛核电站事故及其影响[J].电力技术通讯,1980,(1):66-79.

摘自《自动化博览》2025年12月刊