AP1000輻射監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)特點分析

摘要：RMS（輻射監(jiān)測系統(tǒng)）是為確保核電站的安全運行和電廠工作人員及周圍居民免受超劑量輻照而設(shè)置的，是全球首臺三代核電AP1000數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的一套專設(shè)系統(tǒng)。文章先簡要介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，詳細展現(xiàn)其設(shè)備特點，并從系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、制造及工廠驗收等方面，分析RMS系統(tǒng)的可靠性，體現(xiàn)三代核電AP1000輻射監(jiān)測系統(tǒng)的先進技術(shù)特點。

關(guān)鍵詞：AP1000；RMS；輻射監(jiān)測；數(shù)字化

中圖分類號：X837 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0085-03

1 系統(tǒng)簡介

全球首臺三代核電AP1000數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的RMS系統(tǒng)是由美國西屋公司設(shè)計的，提供核電廠工藝流監(jiān)測、排出流監(jiān)測、氣載監(jiān)測以及對電廠各區(qū)域環(huán)境的放射性，有選擇地進行連續(xù)性監(jiān)測和顯示。每臺機組共設(shè)計41套輻射監(jiān)測儀表和一臺輻射監(jiān)測計算機通訊柜。整套系統(tǒng)通過計算機網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)將就地設(shè)備和上層控制平臺有機結(jié)合，提供了一個安全、可靠的數(shù)字化監(jiān)控環(huán)境。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，RMS系統(tǒng)主要由以下兩部分構(gòu)成：

（1）就地輻射監(jiān)測儀（包括輻射探測器、就地處理器及相關(guān)附件）。

（2）輻射監(jiān)測計算機通訊柜（由冗余的工控機、軟件及相關(guān)附件組成的通訊柜）。

就地輻射監(jiān)測儀由工藝流監(jiān)測、排出流監(jiān)測、氣載監(jiān)測和區(qū)域監(jiān)測四種類型組成，分安全相關(guān)（6套）和非安全相關(guān)（35套）兩類。其中安全相關(guān)的輻射監(jiān)測儀通過硬接線直接與PMS（保護與安全監(jiān)控系統(tǒng)）之間通訊，非安全相關(guān)的輻射監(jiān)測儀通過輻射監(jiān)測計算機通訊柜（冗余的CRP）進行數(shù)據(jù)收集后，再通過DDS（數(shù)據(jù)顯示和處理系統(tǒng)）與PLS（電廠控制系統(tǒng)）之間通訊。

3 系統(tǒng)功能

AP1000 RMS系統(tǒng)功能分為以下三部分：

3.1 安全相關(guān)功能

連續(xù)性監(jiān)測主控室進風管道放射性并提供報警信號給PMS用以隔離主控室和啟用應(yīng)急可居留系統(tǒng)，連續(xù)性監(jiān)測安全殼內(nèi)放射性并提供報警信號給PMS用以觸發(fā)專設(shè)安全設(shè)施。

3.2 其他執(zhí)照相關(guān)功能

連續(xù)性監(jiān)測電廠工藝流體、液體和氣體排出流的放射性，連續(xù)性監(jiān)測電廠氣載及指定區(qū)域的放射性，提供放射性測量數(shù)據(jù)給PLS，提供放射性信息（實時和歷史）和工藝控制功能，提供放射性異常報警以警告電廠人員，提供RMS設(shè)備故障報警，給每年要求的排出流測量和評估報告提供工藝排出流放射性數(shù)據(jù)。

3.3 非安全相關(guān)縱深防御功能

連續(xù)性監(jiān)測電廠煙囪排放到大氣的放射性物質(zhì)的含量，連續(xù)性監(jiān)測凝汽器抽真空排放到大氣的放射性物質(zhì)的含量，連續(xù)性監(jiān)測液體排放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)的含量。

4 RMS設(shè)備特點

RMS設(shè)備主要由RE（輻射探測器）、LRP（就地輻射處理器）和CRP（中央輻射處理器）組成，如設(shè)備為離線式則還應(yīng)包括取樣回路及相關(guān)附件。

4.1 RE

4.1.1 探測器類型。AP1000 RMS系統(tǒng)所使用的探測器有：碘化鈉閃爍體探測器、G-M探測器、電離室探測器、塑料閃爍體探測器和硅探測器。

4.1.2 探測器原理。

氣體探測器原理（也叫電離室探測器）：內(nèi)部充氣的密閉容器內(nèi)有相互絕緣的電極，兩極之間加有直流高壓。帶電粒子使氣體電離產(chǎn)生自由電子和正離子即離子對。離子對在電場的作用下輸出電信號，可以被測量。信號大小能反映粒子能量的強弱。電信號通過處理計算便可得出放射性數(shù)值。

閃爍計數(shù)器原理：射線照在閃爍體上后發(fā)出熒光，利用光導(dǎo)和反光材料，使大部分光子收集到光電倍增管的光陰極上。光子在對光靈敏的陰極上打出光電子，經(jīng)過光電倍增管倍增、放大，倍增后的電子在陽極上產(chǎn)生的電壓脈沖被電子線路放大和分析后記錄下來，完成對粒子的探測。

4.2 LRP

LRP是基于控制器的微處理器，布置在輻射探測器（RE）附近或滑塊上，提供輻射探測器和取樣系統(tǒng)的就地控制。LRP將輻射探測器的計數(shù)值轉(zhuǎn)化為工程單位，提供就地顯示、短期數(shù)據(jù)存儲、就地報警、分析和觸點輸入/出能力以及通過就地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（RS-485）與中央輻射處理器（CRP）之間進行通訊。

4.3 CRP

CRP是基于冗余的PC機，為非安全相關(guān)LRP以及DDS提供冗余的通訊服務(wù)。CRP在輻射監(jiān)測系統(tǒng)中起到一個承上啟下的作用。承上主要是將從LRP采集的部分數(shù)據(jù)上傳至OvationDatalink，并接受來自上層的指令和工藝信息；啟下主要是搜集和處理來自LRP的放射性數(shù)據(jù)，提供額外的診斷和維護功能，實行集中監(jiān)視和管理，同時傳遞控制信號以及電廠工藝信息到LRP。

4.4 取樣回路及附件

對于離線取樣式輻射監(jiān)測設(shè)備，除了探測器和就地處理器，還包括取樣裝置、取樣回路及清洗回路組合裝置。包含的附件如電氣控制箱、電磁閥、泵、流量計、壓力開關(guān)、過濾器、活性炭吸附器、平衡閥、手動閥、抓取器等。

取樣回路及附件為輻射監(jiān)測提供滿足設(shè)計要求的取樣流體，為放射性數(shù)據(jù)的計算提供壓力和流量依據(jù)，保證整個取樣回路壓力邊界完整。

5 技術(shù)特點分析

RMS作為AP1000數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的一個專設(shè)系統(tǒng)，其很多儀表都參與機組工藝系統(tǒng)的聯(lián)鎖與保護動作，部分儀表還參與反應(yīng)堆的停堆保護，如果出現(xiàn)故障會對機組的安全可靠性運行產(chǎn)生嚴重影響。因此，從系統(tǒng)最初的設(shè)計，到設(shè)備的選型、制造及工廠驗收等方面，都充分考慮了系統(tǒng)的可靠性。

5.1 設(shè)計可靠性分析

RMS系統(tǒng)的設(shè)計可靠性主要體現(xiàn)在以下五個方面：

5.1.1 通訊網(wǎng)絡(luò)的冗余：由冗余的CRP組成的計算機通訊網(wǎng)絡(luò)保證了在主控制器失效時能夠瞬間切換到備用控制器，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

5.1.2 供電的冗余：CRP供電系統(tǒng)設(shè)計了兩路供電線路，保證在主供電線路斷電時能夠瞬間自動切換到備用供電線路，確保設(shè)備供電的高可靠性。

5.1.3 數(shù)據(jù)存儲冗余：由探測器探測到的數(shù)據(jù)采取分級冗余存儲方式，即LRP中短期存儲、CRP中長期存儲、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器長期存儲和最終通過磁盤進行數(shù)據(jù)導(dǎo)出后永久存儲，確保了數(shù)據(jù)存儲的高可靠性。

5.1.4 重要測點的冗余：對于RMS系統(tǒng)中的重要測點，如主控室進風管道輻射監(jiān)測點設(shè)置了兩路冗余，安全殼高量程輻射監(jiān)測點設(shè)置了四路冗余，對這些測點冗余的設(shè)計確保了輻射儀表執(zhí)行保護功能的高可靠性。

5.1.5 通訊隔離：RMS就地設(shè)備劃分為安全相關(guān)和非安全相關(guān)兩類，安全相關(guān)的設(shè)備直接通過硬接線與PMS通訊，非安全相關(guān)的設(shè)備通過RS-485網(wǎng)絡(luò)與CRP通訊，再由CRP將數(shù)據(jù)信息通過DDS與PLS之間通訊，二者在物理上完全隔離，有利于避免非安全相關(guān)的信號觸發(fā)安全相關(guān)的動作，確保設(shè)備運行的高可靠性。

5.2 設(shè)備可靠性分析

RMS系統(tǒng)的設(shè)備可靠性主要體現(xiàn)在以下四個方面：

5.2.1 設(shè)備的選型：RMS系統(tǒng)絕大部分測點的設(shè)備采用國外成熟廠家的產(chǎn)品，這部分設(shè)備從最初的設(shè)計、制造、裝配、調(diào)試到驗收合格都經(jīng)過了詳細的審核和相關(guān)程序的層層把關(guān)，確保了設(shè)備長期、穩(wěn)定運行的高可靠性。

5.2.2 設(shè)備的變更：在設(shè)備制造和測試期間，為保證設(shè)備滿足設(shè)計要求，同時參考成熟產(chǎn)品的特性，對部分設(shè)備的尺寸、結(jié)構(gòu)、探測器類型、安裝方式等提出變更，并與設(shè)計方溝通確認，確保了設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能的高可靠性。

5.2.3 設(shè)備的功能：以PIG（微粒、碘、惰性氣體）監(jiān)測儀為例，整套設(shè)備就類似一個小型的工藝系統(tǒng)。取樣回路中的流體流量和管線壓力控制、泵和閥門的動作以及探測器探測到的放射性數(shù)據(jù)等都受到LRP的統(tǒng)一監(jiān)管，以確保所探測數(shù)據(jù)的高可靠性。

5.2.4 設(shè)備的驗收：設(shè)備廠家的驗收，在滿足設(shè)計要求的同時，嚴格按照驗收大綱及驗收規(guī)程執(zhí)行。對于驗收中出現(xiàn)的問題和需要技改的措施，嚴格做好記錄并實時跟蹤。驗收期間親身操作，適時增加一些誤操，對于誤操產(chǎn)生的影響以及解決措施進行記錄和分析，以確保設(shè)備質(zhì)量、功能的高可靠性。

6 結(jié)語

AP1000 RMS系統(tǒng)在確保核電站的安全運行和電廠工作人員及周圍居民免受超劑量輻照等方面發(fā)揮著重要作用，同時作為數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的一個專設(shè)系統(tǒng)，其重要性不言而喻。分析RMS系統(tǒng)的技術(shù)特點，對后續(xù)系統(tǒng)安裝、調(diào)試及維護工作都有著很強的指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1] AP1000 Radiation Monitoring System-System Specification Document， Edward W. Jaszcar.

[2] Radiation Monitoring System Data Sheet Report， R. L. Poltrino.

[3] Radiation Monitoring System， R. L. Poltrino.

[4] 白曉波.田灣核電站ARMS系統(tǒng)的可靠性設(shè)計與維修[D].遼寧工程技術(shù)大學，2004.

作者簡介：喻本松（1985-），男（土家族），湖北恩施人，三門核電有限公司助理工程師，RMS系統(tǒng)工程師，研究方向：AP1000核電項目輻射監(jiān)測維護及管理。

（責任編輯：秦遜玉）