AP1000核電廠通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

陳 超 / 張 晨

(中國(guó)核電工程有限公司， 北京 100089)

1 概述

AP1000核電廠作為第三代核電機(jī)組，在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術(shù)基礎(chǔ)上，引入安全系統(tǒng)非能動(dòng)概念，在設(shè)計(jì)中采用非能動(dòng)嚴(yán)重事故預(yù)防和緩解措施，使核電廠安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)生了革新的變化，使核電廠安全性和可靠性顯著提高。作為核電廠運(yùn)行所必需的重要系統(tǒng)，雖然通信系統(tǒng)本身并不是核安全相關(guān)系統(tǒng)，但與核電廠安全運(yùn)行和實(shí)施核事故應(yīng)急計(jì)劃有關(guān)，且提供核電廠運(yùn)行所必需的全部通信連接，因此對(duì)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是十分必要的。

AP1000通信系統(tǒng)(EFS)由廠內(nèi)通信和廠外通信兩部分構(gòu)成。

廠內(nèi)通信在核電廠事故工況(除地震情況外)或異常狀態(tài)(包括火災(zāi))時(shí)，在最大噪聲限度條件下為廠內(nèi)人員提供可靠有效的通信手段；廠外通信在應(yīng)急工況下，需保證主控室操作員、遠(yuǎn)程停堆站操作員、PPS報(bào)警站操作員和/或其他特定人員與外界應(yīng)急機(jī)構(gòu)及核電廠內(nèi)人員的直通線路。

2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在正常運(yùn)行、維護(hù)、瞬態(tài)情況、火災(zāi)和事故(包括失去廠外電源)狀況下，EFS各子系統(tǒng)發(fā)揮其功能。子系統(tǒng)包括：無線電話及尋呼系統(tǒng)；呼叫通話系統(tǒng)；聲力電話系統(tǒng)；自動(dòng)電話系統(tǒng)(PABX)；應(yīng)急自動(dòng)電話系統(tǒng)(EPABX)；時(shí)鐘系統(tǒng)；警報(bào)系統(tǒng)。

2.1 無線電話及尋呼系統(tǒng)

AP1000無線電話及尋呼系統(tǒng)將作為核電廠所有區(qū)域的主要通信方式。本系統(tǒng)覆蓋核電廠內(nèi)外，由無線主控單元(MCU)、無線電話終端、基站、天線及其他必要設(shè)備構(gòu)成。使用人員攜帶無線電話終端可在核電廠任何區(qū)域進(jìn)行通話。

2.2 呼叫通話系統(tǒng)

呼叫通話系統(tǒng)作為無線電話及尋呼系統(tǒng)的備用，使全廠通信系統(tǒng)更加靈活、可靠。本系統(tǒng)以微處理器為基礎(chǔ)，可以播放多聲調(diào)警報(bào)信號(hào)和預(yù)先錄制的語音信息，同時(shí)可用于在電廠范圍內(nèi)的個(gè)人尋呼及公共廣播，也可用于普通的語音通信。

2.3 聲力電話系統(tǒng)

聲力電話系統(tǒng)為某些工作人員提供特定通信手段。本系統(tǒng)可用于電廠檢修、儀表校準(zhǔn)、燃料更換、停堆檢修及電廠停堆操作過程中的工作人員通信。

2.4 自動(dòng)電話系統(tǒng)(PABX)

自動(dòng)電話系統(tǒng)(PABX)提供核電廠全廠范圍內(nèi)的語音通話功能，與廠外通信有接口，可作為無線電話及尋呼系統(tǒng)備用。

圖1 附屬?gòu)S房通信設(shè)備間布置圖

PABX系統(tǒng)由主機(jī)、連接電纜、終端(按鍵電話)及其他配套設(shè)備構(gòu)成。

PABX系統(tǒng)提供全雙工語音通信。系統(tǒng)具有呼叫轉(zhuǎn)移和電話會(huì)議(最多5個(gè)終端用戶，包括無線移動(dòng)手持機(jī))功能。

2.5 應(yīng)急自動(dòng)電話系統(tǒng)(EPABX)

應(yīng)急自動(dòng)電話系統(tǒng)(EPABX)能提供主控室、遠(yuǎn)程停堆站、技術(shù)支持中心和其他關(guān)鍵的操作區(qū)域之間的應(yīng)急通信，并具有呼叫轉(zhuǎn)移和電話會(huì)議功能。

2.6 時(shí)鐘系統(tǒng)

時(shí)鐘系統(tǒng)由母鐘為核電廠各子項(xiàng)提供統(tǒng)一的時(shí)間脈沖，控制各子鐘同步運(yùn)行，顯示同一標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間。本系統(tǒng)可提供精確的基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，目的是為ECS主交流電源系統(tǒng)的高等級(jí)繼電保護(hù)及TVS閉路電視系統(tǒng)建立一個(gè)順序的時(shí)間記錄。PLS電廠控制系統(tǒng)和常規(guī)島有其獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)。

2.7 警報(bào)系統(tǒng)

警報(bào)系統(tǒng)獨(dú)立于其他通信子系統(tǒng)。由遍布全廠的可發(fā)出聲、光警報(bào)信號(hào)的設(shè)備組成。一個(gè)多音頻信號(hào)發(fā)生器通過警報(bào)系統(tǒng)放大器和揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)。高噪聲區(qū)域使用閃爍的指示燈。

警報(bào)系統(tǒng)在主控室和遠(yuǎn)程停堆站發(fā)出信號(hào)并可進(jìn)行音調(diào)選擇。

2.8 通信設(shè)備間設(shè)計(jì)

EFS系統(tǒng)為所有電廠運(yùn)行人員提供有效可靠的通信手段并可向電廠指定區(qū)域人員發(fā)出應(yīng)急警報(bào)信號(hào)。因此，除用于換料及停堆的聲力電話子系統(tǒng)設(shè)置在特定功能區(qū)域內(nèi)，其他EFS系統(tǒng)設(shè)備遍布整個(gè)電廠。

PABX自動(dòng)電話系統(tǒng)、EPABX應(yīng)急自動(dòng)電話系統(tǒng)、直通電話系統(tǒng)、無線電話及尋呼系統(tǒng)、呼叫通話系統(tǒng)為兩機(jī)組共用，聲力電話系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)及警報(bào)系統(tǒng)為每個(gè)機(jī)組一套。可選擇單個(gè)機(jī)組或雙機(jī)組實(shí)現(xiàn)呼叫和警報(bào)功能。兩機(jī)組間外部銅纜連接可防浪涌及電位差。

PABX系統(tǒng)交換機(jī)、EPABX系統(tǒng)交換機(jī)、時(shí)鐘系統(tǒng)GPS接收裝置、多音頻警報(bào)發(fā)生器及呼叫通話系統(tǒng)合并分離柜均設(shè)置于附屬?gòu)S房的通信設(shè)備間內(nèi)。附屬?gòu)S房通信設(shè)備間布置如圖1所示。

無線電話主機(jī)MCU及呼叫通話系統(tǒng)的合并分離柜分別放置在不同房間或防火分區(qū)，由不同UPS系統(tǒng)供電。任何一個(gè)系統(tǒng)的失效不會(huì)影響另一個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.9 主控室通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主控室操作員需與所有語音通信系統(tǒng)進(jìn)行通話。這些通信設(shè)備需放置在不同位置以避免設(shè)備故障導(dǎo)致系統(tǒng)不可用。設(shè)備接口位置不能與其他控制和指示設(shè)備接口相沖突。接口可連接多條通信線路與多方進(jìn)行通話而無需更換設(shè)備，多個(gè)主控室人員可同時(shí)參與對(duì)話。正在使用的設(shè)備及通信線路識(shí)別通過音調(diào)和指示燈區(qū)分。區(qū)別于所有其他主控室能聽到的警報(bào)音調(diào)。設(shè)備的音量可調(diào)。系統(tǒng)可滿足今后核電廠的擴(kuò)容需求。

3 與M310電站技術(shù)要點(diǎn)對(duì)比

在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)方面存在一致性和差異性。

1)一致性

AP1000電站及M310電站通信系統(tǒng)均為非安全級(jí)系統(tǒng)，但其中部分系統(tǒng)與核電機(jī)組的安全運(yùn)行和實(shí)施核事故應(yīng)急計(jì)劃有關(guān)。功能均為在核電廠正常運(yùn)行、事故工況(不包含地震)、異常狀態(tài)(包含火災(zāi))時(shí)提供廠內(nèi)外通信手段。

2)差異性

M310電站通信系統(tǒng)可靠性是通過系統(tǒng)多樣設(shè)置和冗余度來保證，AP1000電站系統(tǒng)可靠性則是通過多樣通信子系統(tǒng)交換機(jī)中繼鏈路的互聯(lián)保證。單一故障，即使是完全獨(dú)立的通信子系統(tǒng)喪失造成的故障亦不會(huì)影響電廠指定區(qū)域之間通信的有效性，這將提高整個(gè)系統(tǒng)的適應(yīng)性。

AP1000電站與M310電站通信系統(tǒng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能大體相同，但子系統(tǒng)設(shè)置方式存在較大差異，主要包括：

(1)無線電話及尋呼系統(tǒng)

AP1000無線電話及尋呼系統(tǒng)相對(duì)M310堆型電站通信系統(tǒng)為新增。并且作為AP1000電站的主要通信手段，無線電話及尋呼系統(tǒng)無盲區(qū)覆蓋全廠，可與自動(dòng)電話系統(tǒng)和應(yīng)急自動(dòng)電話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接，作為有線電話網(wǎng)的擴(kuò)充。

AP1000電站無線電話及尋呼系統(tǒng)在核島的使用區(qū)域廣泛，因此本系統(tǒng)設(shè)備對(duì)儀表控制設(shè)備的電磁干擾問題變得尤為重要，需要對(duì)設(shè)備的電磁兼容性提出要求,符合IEC6100系列標(biāo)準(zhǔn)及NRC RG1.180《對(duì)安全相關(guān)儀控系統(tǒng)電磁和射頻干擾影響的評(píng)估導(dǎo)則》要求的設(shè)備才能在核島上述區(qū)域使用，這關(guān)系到核電廠的運(yùn)行安全。

其運(yùn)行應(yīng)對(duì)電廠其他通信系統(tǒng)無干擾，反之亦然。

(2)電磁干擾呼叫通話系統(tǒng)

將M310電站中內(nèi)部對(duì)講系統(tǒng)和有線廣播系統(tǒng)的功能合并為呼叫通話系統(tǒng)。

同時(shí)，呼叫通話系統(tǒng)增加了公共廣播切入功能通過撥打公共廣播號(hào)碼，從任意一臺(tái)固定電話終端或無線電話終端可通過呼叫通話系統(tǒng)進(jìn)行廣播通知。

(3)警報(bào)系統(tǒng)

AP1000核電廠采用了聲光警報(bào)系統(tǒng)，而M310核電廠僅設(shè)置聲警報(bào)系統(tǒng)。頻閃燈用于環(huán)境噪聲過大使得警報(bào)聲響難以達(dá)到高于環(huán)境噪聲音域5dB，以及噪聲強(qiáng)度大于110dBA的場(chǎng)所。

M310電站聲警報(bào)系統(tǒng)作為有線廣播系統(tǒng)的備用，設(shè)置方式為雙機(jī)組共用，AP1000電站警報(bào)系統(tǒng)獨(dú)立于其他通信子系統(tǒng)，每個(gè)機(jī)組都有一套完整的警報(bào)系統(tǒng)用于在機(jī)組內(nèi)啟動(dòng)和發(fā)出警報(bào)信號(hào)。對(duì)于全廠應(yīng)急事件，授權(quán)的機(jī)組能將其警報(bào)系統(tǒng)與其他機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)合并。

同時(shí)增加了應(yīng)急平臺(tái)設(shè)計(jì)，在應(yīng)急工況下接入核電廠既有的通信系統(tǒng)，使應(yīng)急指揮人員能夠通過統(tǒng)一的平臺(tái)、利用既有通信系統(tǒng)設(shè)備的功能快速、簡(jiǎn)捷、靈活、高效地進(jìn)行應(yīng)急處理，并提供良好的通信保證。系統(tǒng)功能包括各通信子系統(tǒng)的接入、監(jiān)控、衛(wèi)星鏈路、統(tǒng)一的操作界面以及無線網(wǎng)絡(luò)控制器的備份，如圖2所示。

圖2 應(yīng)急平臺(tái)設(shè)計(jì)圖

4 結(jié)束語

AP1000電站作為三代非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠，其通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對(duì)于M310電站亦做出很多優(yōu)化，存在其先進(jìn)性和可靠性。其優(yōu)勢(shì)包括：

(1)無線電話全廠覆蓋。

(2)AP1000電站呼叫通話系統(tǒng)集生產(chǎn)調(diào)度、通信和廣播功能為一體。M310電站需單獨(dú)設(shè)置有線廣播系統(tǒng)和內(nèi)部對(duì)講系統(tǒng)。

(3)AP1000電站采用子系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方式保證系統(tǒng)可靠性，并且在通信設(shè)備間設(shè)置切換開關(guān)，用于切換直通電話系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、聲力電話系統(tǒng)、呼叫通話系統(tǒng)及警報(bào)系統(tǒng)在主控室與其他子系統(tǒng)的電路。

(4)系統(tǒng)供電方面，AP1000電站由非安全相關(guān)不間斷電源系統(tǒng)(EDS)供電。相對(duì)于M310電站的主電源失電后由UPS蓄電池組自動(dòng)切換保證半小時(shí)供電。電源可靠性明顯提高。

綜上所述，AP1000電站通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有其先進(jìn)、可靠、多樣、便捷的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也要指出通信系統(tǒng)作為非安全級(jí)系統(tǒng)，不保證全廠斷電、地震、水淹等事故工況下通信設(shè)備正常使用。因此在核事故發(fā)生時(shí)如何保證應(yīng)急通信信道暢通還是需要繼續(xù)研究的課題。

[1] AP1000電站設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(LDX-GTEC-G1-001-B302).

[2] 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(LDX-GTEC-E1-001-B304).

[3] 安全相關(guān)儀控系統(tǒng)的電磁和射頻干擾評(píng)估導(dǎo)則(NRC RG1.180).

[4] 核電廠電磁干擾試驗(yàn)導(dǎo)則(EPRI TR 102323).

[5] 通信系統(tǒng)說明書(LDX-EFS-E8-C01-B304).

[6] 陳戰(zhàn).AP1000后續(xù)核電項(xiàng)目低壓接地系統(tǒng)設(shè)置探因分析及對(duì)策[J].電氣應(yīng)用，2012,06.

[7] 鄧康寧,李建華.核安全備用線路失電原因分析及對(duì)策[J].電氣應(yīng)用，2012,06.