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            活動鏈接：2013年控制網(wǎng)技術(shù)專題---新時代的安全變革


                         
                             北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司總工程師 白濤 

  《自動化博覽》：自日本福島核電站泄漏事件以來，核電站的安全問題已提高到了國家戰(zhàn)略層面，儀控系統(tǒng)作為保障核電站安全的中樞，其安全性都包括哪些方面？它如何來保障核電站的安全運(yùn)行？

   白濤：談到核電站儀控安全性主要考慮功能安全、信息安全和電氣安全。核電站的運(yùn)行狀態(tài)分為：正常運(yùn)行、預(yù)計運(yùn)行事件、設(shè)計基準(zhǔn)事件和超設(shè)計基準(zhǔn)事故，功能安全就是要確保核電站在發(fā)生設(shè)計基準(zhǔn)事件以及超設(shè)計基準(zhǔn)事故時儀控系統(tǒng)安全功能不喪失，維持核電站處于安全狀態(tài)；信息安全就是確保儀控系統(tǒng)不受外部惡意破壞而影響安全；電氣安全就是不因電氣原因?qū)θ藛T、設(shè)備、財產(chǎn)、環(huán)境等造成影響。

   儀控系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)兩大部分，控制系統(tǒng)是維持核電站的正常運(yùn)行并限制核電站的預(yù)計運(yùn)行事件防止其發(fā)展成更嚴(yán)重的事件，保護(hù)系統(tǒng)是在核電站處于設(shè)計基準(zhǔn)事件時啟動反應(yīng)堆停堆和專設(shè)安全設(shè)施以確保核電站安全。為了確保儀控系統(tǒng)的安全性，儀控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)滿足單一故障準(zhǔn)則、故障安全準(zhǔn)則、多樣性準(zhǔn)則、縱深防御準(zhǔn)則、獨(dú)立性與隔離準(zhǔn)則等設(shè)計準(zhǔn)則要求，同時還需考慮儀控系統(tǒng)整體可靠性、高度自診斷、冗余、系統(tǒng)負(fù)荷、試驗(yàn)與校準(zhǔn)、設(shè)備質(zhì)量和質(zhì)量鑒定、接近控制、人因工程等要求。對于數(shù)字化儀控系統(tǒng)還要確保滿足：系統(tǒng)確定性、完整性、驗(yàn)證與確認(rèn)、數(shù)據(jù)通訊安全、商品級計算機(jī)質(zhì)量鑒定、軟件共因故障等防御要求。

   《自動化博覽》：以近年來的核電站泄漏事故之鑒，中國政府在保障核電站安全方面做了哪些工作？是否推出了具有針對性的法律法規(guī)或者標(biāo)準(zhǔn)？目前應(yīng)用情況如何？ 廣利核是否參與了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定當(dāng)中？

   白濤：我國政府始終把核安全放在一切工作的首位，提出了“安全第一，質(zhì)量第一”和“預(yù)防為主”的要求。“安全第一”的原則一直貫穿核工業(yè)一切工作的始終。安全第一，要求在核電廠各項工作中特別是核安全與其他問題產(chǎn)生沖突時，始終把核安全作為第一出發(fā)點(diǎn)。預(yù)防為主，就是對影響核安全的人員、機(jī)具、材料、方法和環(huán)境實(shí)施全過程的全面監(jiān)控，把事故隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

   福島事件屬于超設(shè)計基準(zhǔn)事故，發(fā)生概率極低，一旦發(fā)生需要立即啟動相關(guān)應(yīng)急程序。福島事件后，我國針對已投入運(yùn)行的核電站進(jìn)行了全面的審查分析和整改，并在儀控系統(tǒng)設(shè)計上加大了對獨(dú)立性和多樣性等方面的設(shè)計考慮以降低超設(shè)計基準(zhǔn)事故發(fā)生概率。同時能源局作為國家核電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)制修訂的歸口單位，已經(jīng)啟動了三代標(biāo)準(zhǔn)需求的研究，并取得了階段性成果。福島事件后能源局積極響應(yīng)國家對于標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)提出的新的要求，截至2012年共下達(dá)了112項與儀控電相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。我公司作為核電領(lǐng)域的儀控設(shè)備供應(yīng)商也有職責(zé)和義務(wù)參與到核電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作中。廣利核公司將在核電領(lǐng)域中取得的工作經(jīng)驗(yàn)與國際先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合同時參考國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)承擔(dān)或參與了十余項核電儀控方面標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。截止到2011年底公司共完成了4項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，2012年，廣利核公司繼續(xù)承擔(dān)6項標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，目前正在穩(wěn)步推進(jìn)中。今年，它也正在積極推進(jìn)將相關(guān)成熟經(jīng)驗(yàn)固化，進(jìn)而形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)工作。

   《自動化博覽》：眾所周知，核電用的控制系統(tǒng)設(shè)備分為兩類，一類是通用設(shè)備，一類則是核電專用的安全系統(tǒng)平臺。通用設(shè)備我國早已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，但是安全級DCS的技術(shù)門檻高，研發(fā)成本高，能給我們講講目前我國安全級DCS安全系統(tǒng)平臺的研發(fā)情況嗎？據(jù)悉，廣利核在此方面也取得了階段性的成果，可否為我們簡單介紹一下？其主要優(yōu)勢在哪里？是否已經(jīng)有成功應(yīng)用？

   白濤：廣利核公司從成立之初就關(guān)注并積極開展核安全級DCS的國產(chǎn)化工作。公司于2006年正式啟動核安全級數(shù)字化儀控平臺（FirmSys）的研制工作。在經(jīng)歷了可行性分析、產(chǎn)品預(yù)研、概念樣機(jī)、驗(yàn)證樣機(jī)階段后，于2010年10月完成第一代產(chǎn)品發(fā)布，并于2012年12月完成平臺的設(shè)備鑒定工作。

   FirmSys平臺是廣利核公司完全獨(dú)立自主研發(fā)的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平。FirmSys在產(chǎn)品研制過程中以CPR1000核電站需求為輸入，并結(jié)合了三代以及四代等先進(jìn)反應(yīng)堆需求不斷完善和豐富產(chǎn)品功能。平臺即將通過功能安全SIL3的評估，產(chǎn)品在可靠性、安全性、故障容錯、故障安全、自診斷及結(jié)構(gòu)抗震方面做了重點(diǎn)的設(shè)計考慮。

   FirmSys平臺已經(jīng)于2010年首次實(shí)現(xiàn)在寧德1、2號機(jī)組PX泵房項目中的降級應(yīng)用，并穩(wěn)定運(yùn)行2年。后續(xù)將在石島灣高溫氣冷堆安全控制保護(hù)系統(tǒng)、大亞灣核電站RIC系統(tǒng)、嶺澳核電站應(yīng)急柴油機(jī)采集系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，最終將應(yīng)用于陽江5、6號的反應(yīng)堆控制保護(hù)系統(tǒng)中。

   《自動化博覽》：未來我國發(fā)展核安全儀控系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)和機(jī)遇？廣利核為此做了怎樣的準(zhǔn)備？

   白濤：國家已經(jīng)確立了積極發(fā)展核電的戰(zhàn)略，預(yù)計到2020年要完成8000萬千瓦裝機(jī)容量。目前我國新建、在建核電站項目中，核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)仍然被國外公司壟斷。據(jù)國外媒體的報道，針對Siemens控制系統(tǒng)的Stuxnet病毒攻擊伊朗核設(shè)施，造成核電站設(shè)備損壞，懷疑是因?yàn)樵诳刂圃O(shè)備中被植入惡意代碼。這個案例向我們提出了警示：我國必須實(shí)現(xiàn)大型先進(jìn)壓水堆關(guān)鍵設(shè)備的全面自主化和國產(chǎn)化，擺脫核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)平臺依賴進(jìn)口的局面。立足國內(nèi)，在已經(jīng)具有的技術(shù)基礎(chǔ)上，全面掌握滿足二代改進(jìn)型壓水堆和三代大型先進(jìn)壓水堆要求的數(shù)字化儀控系統(tǒng)平臺自主設(shè)計和制造的核心技術(shù)，是保證國家安全的需要。

   核安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)的設(shè)備鑒定和軟件驗(yàn)證與確認(rèn)技術(shù)是確保核電站儀控系統(tǒng)具有高可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前國內(nèi)的核安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)審查體系還不夠完善，這就使得我國自主研制開發(fā)的核安全級數(shù)字化儀控設(shè)備面臨重大的技術(shù)瓶頸。國家核安全法規(guī)對于核安全級設(shè)備的設(shè)計和制造有嚴(yán)格的規(guī)定，如請國外機(jī)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)證將面臨著費(fèi)用巨大、時間長，且面臨關(guān)鍵技術(shù)泄密的風(fēng)險。因此必須在國內(nèi)開展核安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，建立全面的、可信賴的技術(shù)審查和產(chǎn)品認(rèn)定體系，實(shí)現(xiàn)從設(shè)備設(shè)計、產(chǎn)品制造、工程設(shè)計、系統(tǒng)集成、技術(shù)審查的完整產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)體系，掌握核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)核安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)的全面自主化。

   廣利核公司自主研發(fā)的安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)平臺（FirmSys）目前已經(jīng)在2010年10月完成了產(chǎn)品發(fā)布。為了保證FirmSys平臺能夠順利應(yīng)用于核電廠安全級保護(hù)系統(tǒng)，公司通過降級使用、安全級系統(tǒng)應(yīng)用等多種途徑不斷的對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化。目前安全級產(chǎn)品正在和清華合作的高溫氣冷堆項目中開展研究，為產(chǎn)品適用于更多堆型奠定基礎(chǔ)。2011年～2013年，承擔(dān)國家科技重大專項“自主知識產(chǎn)權(quán)的核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)平臺研制”，是研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可用于二代改進(jìn)型和三代壓水堆的數(shù)字化儀控系統(tǒng)平臺，是實(shí)現(xiàn)我國大型先進(jìn)壓水堆核電站重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化和自主化目標(biāo)的關(guān)鍵步驟，也是掌握核電儀控核心技術(shù)的必由之路。基于上述已有的堅實(shí)核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)研發(fā)基礎(chǔ)和工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，廣利核的目標(biāo)是通過陽江5、6號機(jī)組控制保護(hù)系統(tǒng)，完全的實(shí)現(xiàn)安全級儀控系統(tǒng)的國產(chǎn)化。

   《自動化博覽》：信息安全也已經(jīng)成為不可忽視的焦點(diǎn)問題，在核電站中尤其如此，您如何看待信息安全的問題？廣利核在保障核電站信息安全方面做了哪些工作？

   白濤：隨著核電站控制系統(tǒng)中計算機(jī)技術(shù)的引入，核電站的信息安全問題也隨之而來，所謂信息安全就是防止非法的攻擊和病毒的傳播，保證計算機(jī)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的正常運(yùn)作，保證信息不被非法訪問和篡改。核電領(lǐng)域目前正迫切需要加強(qiáng)信息安全的研究，來防止核電儀控系統(tǒng)受到惡意攻擊而影響安全，針對核電儀控系統(tǒng)的信息安全，以下談幾點(diǎn)看法：

   首先，信息不安全，會導(dǎo)致安全功能的多種基本原則失效，具體表現(xiàn)為：在需要時不能自動執(zhí)行預(yù)定安全功能，存在非預(yù)期的自動功能和行為，手動控制等后備防護(hù)手段受到干擾和無法執(zhí)行，設(shè)備或是系統(tǒng)失效時不能導(dǎo)向安全等基本原則；其次，保障信息安全面臨著諸多挑戰(zhàn)，如泄密途徑多，系統(tǒng)設(shè)備類別多、外設(shè)接口多，導(dǎo)致侵入途徑多，再加之受到被動防護(hù)、實(shí)時入侵檢測的副作用等防護(hù)局限性影響，導(dǎo)致信息安全的保障面臨很多困難。此外，核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)信息安全又呈現(xiàn)新特點(diǎn)，如：不完全以竊取信息和破壞計算機(jī)系統(tǒng)本體為目的，轉(zhuǎn)而以破壞工業(yè)控制系統(tǒng)的被控對象為目的，還有針對特定工業(yè)生產(chǎn)控制系統(tǒng)進(jìn)行攻擊，這些行為不會在測試環(huán)境中出現(xiàn)等特定。

   作為核電儀控領(lǐng)域的制造商，廣利核公司也在信息安全方面做了很多研究。在核安全級儀控系統(tǒng)平臺Firmsys研制過程中，廣利核公司針對儀控信息安全特點(diǎn)，開展了信息安全方面的研究。在管理機(jī)制和工作平臺建設(shè)方面，實(shí)施信息系統(tǒng)等級保護(hù)，加強(qiáng)信息安全過程監(jiān)控，進(jìn)行保密和信息安全培訓(xùn)，提高全員信息安全意識，提升核電信息系統(tǒng)的安全保護(hù)能力。在產(chǎn)品的研發(fā)過程中，通過開展信息安全審查和驗(yàn)證， 針對產(chǎn)品的整個生命周期進(jìn)行信息安全分析、信息安全設(shè)計等活動來保障核電儀控系統(tǒng)的信息安全。例如：在系統(tǒng)接口的設(shè)計方面，考慮系統(tǒng)構(gòu)成各部分的靜態(tài)確認(rèn)，并實(shí)施身份鑒別；在敏感信息的處理方面，采用多種信息完整性校驗(yàn)方法；在軟件設(shè)計方面，不使用商用操作系統(tǒng)和功能庫，100%白盒化，采用加密算法、通信協(xié)議、信息完整性校驗(yàn)算法，降低實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。由于國內(nèi)在信息安全方面的起步較晚，目前尚沒有成熟的關(guān)于核電儀控系統(tǒng)信息安全的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。因此，我國迫切需要發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)的、滿足信息安全要求的核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)，并逐步完善并制訂核電領(lǐng)域信息安全方面的標(biāo)準(zhǔn)。

   《自動化博覽》：您如何看待未來核安全儀控系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展趨勢？

  白濤：核安全級儀控系統(tǒng)是核電站的“控制中樞”和“神經(jīng)中樞”，從上個世紀(jì)六十年代到現(xiàn)在其依次經(jīng)歷了模擬系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)加數(shù)字系統(tǒng)、全數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展過程。與模擬控制技術(shù)相比，數(shù)字化控制技術(shù)具有明顯的先進(jìn)性及優(yōu)勢，對于提高核電站運(yùn)行的安全性、可靠性、可用性以及經(jīng)濟(jì)性，改善核電廠的安全狀況及穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低設(shè)備的維修成本具有重要的意義。隨著以AP1000、EPR等為代表的高安全等級三代核電站廣泛應(yīng)用，以及以CAP1400、ACPR1000+、HTR為代表的先進(jìn)堆型國產(chǎn)化研制，給數(shù)字化儀控系統(tǒng)的國產(chǎn)化大發(fā)展提供了寬闊的空間。

   與數(shù)字化儀控系統(tǒng)密切相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）安全級DCS平臺系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)（系統(tǒng)可靠性設(shè)計技術(shù)、系統(tǒng)自診斷設(shè)計技術(shù)）；（2）安全網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)（點(diǎn)對點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)、多點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)）；（3）安全軟件設(shè)計技術(shù)（嵌入式操作系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù)、基于形式化方法的圖形化算法組態(tài)環(huán)境設(shè)計技術(shù)）；（4）高可靠抗惡劣環(huán)境硬件設(shè)計技術(shù)（低功耗設(shè)計技術(shù)、電磁兼容性設(shè)計技術(shù)）；（5）機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)（系統(tǒng)抗震設(shè)計技術(shù)）；（6）驗(yàn)證與確認(rèn)技術(shù)（軟件專項分析技術(shù)、形式化驗(yàn)證技術(shù)、故障插入測試技術(shù)）。作為儀控設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)采用積極、謹(jǐn)慎的態(tài)度來看待這些關(guān)鍵技術(shù)，通過多點(diǎn)環(huán)網(wǎng)等優(yōu)秀設(shè)計技術(shù)來提升可用性和安全性指標(biāo)，通過形式化等多種驗(yàn)證方法來執(zhí)行質(zhì)量控制和驗(yàn)證確認(rèn)，嚴(yán)格控制不使用未經(jīng)廣泛認(rèn)可的技術(shù)、不使用未經(jīng)可信驗(yàn)證的技術(shù)，由此才能使儀控系統(tǒng)得以健康可持續(xù)發(fā)展。 

   摘自《自動化博覽》2013年3月刊