一種核電廠環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)改進(jìn)的初步探討

陳政濤 凌君

摘要：福島事件后，國家核安全局組織專家對國內(nèi)在役在建核電廠進(jìn)行安全大檢查，并發(fā)布《福島事故后核電廠改進(jìn)行動(dòng)通用技術(shù)要求（試行版）》，根據(jù)要求，對在建CPR1000及EPR項(xiàng)目實(shí)施環(huán)境監(jiān)測設(shè)施改進(jìn)（PF）。在今后的項(xiàng)目中，在滿足技術(shù)要求的前提下，對廠區(qū)輻射和氣象監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

Abstract： After the Fukushima incident， the National Nuclear Safety Administration organized experts to carry out safety inspection on domestic in-service and in-building nuclear power plants， and issued a "After Fukushima nuclear power plant accident improving action general technology requirements （trial version）"， according to the requirements above， the CNPEC carry out the environmental monitoring facilities improvements （PF） on CPR1000 and EPR project. In the future project， the structure of the plant radiation and meteorological monitoring system has been optimized and improved the stability and reliability of the system.

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架；KRS系統(tǒng)；輻射監(jiān)測

Key words： network architecture；KRS System；radiation monitoring

中圖分類號：TL75+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0243-03

0 引言

廠區(qū)輻射和氣象監(jiān)測系統(tǒng)（KRS）用于監(jiān)測核電廠廠區(qū)和周圍環(huán)境的輻射水平以及氣象數(shù)據(jù)，以評價(jià)正常運(yùn)行及事故期間從核電廠釋放或泄漏出去的放射性物質(zhì)對周圍環(huán)境的影響，從而保障核電廠周圍公眾和廠區(qū)工作人員的健康和安全，同時(shí)為核應(yīng)急指揮系統(tǒng)可用的評價(jià)參數(shù)，為應(yīng)急指揮提供決策依據(jù)[1]。

1 傳統(tǒng)KRS系統(tǒng)及PF改進(jìn)項(xiàng)存在的不足

1.1 傳統(tǒng)KRS系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)存在的不足

CPR1000項(xiàng)目PF改進(jìn)項(xiàng)發(fā)生在福島核事故后。依據(jù)國務(wù)院全國核設(shè)施安全檢查對在建核電廠的安全審評要求，提出了PF改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。這種方案是對原KRS系統(tǒng)的一個(gè)補(bǔ)充，但是從硬件的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)到軟件的實(shí)現(xiàn)上來看，PF改進(jìn)項(xiàng)和原KRS系統(tǒng)既有設(shè)備重復(fù)，又缺少與原KRS系統(tǒng)整合為一體的設(shè)備及功能上的冗余，造成了部分設(shè)備的浪費(fèi)和系統(tǒng)的不兼容。

該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：當(dāng)處于非事故、非應(yīng)急情況下時(shí)，由環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的KRS中央站設(shè)備對環(huán)境γ、氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)處理、圖形顯示和報(bào)表顯示及打印。而位于應(yīng)急指揮與行動(dòng)中心的數(shù)據(jù)監(jiān)測工作站僅提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)畫面。當(dāng)處于事故（強(qiáng)臺(tái)風(fēng)、地震）情況下，各監(jiān)測站點(diǎn)設(shè)備及通訊，部分受到損毀時(shí)，原KRS系統(tǒng)無法有效運(yùn)行其功能。

1.2 傳統(tǒng)KRS系統(tǒng)及功能軟件存在的不足

傳統(tǒng)KRS軟件系統(tǒng)需對不同用戶安裝不同的客戶端軟件，如果數(shù)量大而且分布廣泛的話，給部署帶來極大的不便，而且系統(tǒng)維護(hù)和升級費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

2 KRS系統(tǒng)硬軟件優(yōu)化

2.1 KRS中央站設(shè)備配置

2.1.1 KRS中央站的主要硬件設(shè)備

環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站（兩臺(tái)）；

氣象數(shù)據(jù)采集工作站；

值班機(jī)；

氣象和γ數(shù)據(jù)圖形工作站；

KRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（兩臺(tái)）；

數(shù)據(jù)采集工作站；

數(shù)據(jù)監(jiān)測工作站；

打印機(jī)。

以上設(shè)備均采用工業(yè)計(jì)算機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是有較寬的工作溫度，性能穩(wěn)定，有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力和較高的抗沖擊能力及抗震能力（部分設(shè)備要求有抗震性能）。

2.1.2 優(yōu)化后KRS系統(tǒng)中央站主要硬件設(shè)備

環(huán)境γ數(shù)據(jù)采集工作站（兩臺(tái)）；

氣象數(shù)據(jù)采集工作站；

值班機(jī)；

氣象和γ數(shù)據(jù)圖形工作站；

KRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（兩臺(tái)）；

打印機(jī)。

KRS中央站由環(huán)境γ數(shù)據(jù)采集工作站、氣象數(shù)據(jù)采集工作站、值班機(jī)和γ數(shù)據(jù)圖形工作站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，KRS中央站接收自環(huán)境γ監(jiān)測站、氣象觀測系統(tǒng)以及環(huán)境監(jiān)測車的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)處理后儲(chǔ)存在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中。值班機(jī)、氣象和γ數(shù)據(jù)工作站可對儲(chǔ)存在服務(wù)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和顯示，亦可打印成相關(guān)的報(bào)表。

2.2 KRS中央站的系統(tǒng)架構(gòu)及功能軟件配置特點(diǎn)

2.2.1 KRS系統(tǒng)架構(gòu)軟件特點(diǎn)

傳統(tǒng)的KRS系統(tǒng)采用C/S軟件架構(gòu)（圖1）對中央站進(jìn)行管理，C/S架構(gòu)即客戶端與服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

①響應(yīng)速度快。

C/S架構(gòu)的客戶端與數(shù)據(jù)庫直接相連，沒有中間環(huán)節(jié)，所以響應(yīng)速度快。

②軟件設(shè)計(jì)個(gè)性化，可以滿足客戶個(gè)性化需求。

C/S架構(gòu)有自己的客戶端，在客戶端的設(shè)計(jì)上可以根據(jù)客戶的要求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，特別是操作界面和報(bào)表等信息。

③事物處理能力強(qiáng)大。

C/S架構(gòu)充分利用客戶端硬件設(shè)施，很多數(shù)據(jù)處理工作在客戶端完成，因此數(shù)據(jù)處理能力比較強(qiáng)大。

④分布能力差。

C/S架構(gòu)需要對每一個(gè)客戶安裝客戶端軟件，如果數(shù)量龐大而且分布廣泛的話，給部署帶來極大的不便。

⑤維護(hù)成本高昂。

如果數(shù)量龐大，對于系統(tǒng)的升級和維護(hù)都是很大的考驗(yàn)。

2.2.2 KRS系統(tǒng)功能軟件特點(diǎn)

傳統(tǒng)的KRS系統(tǒng)功能軟件多樣，不同類的工作站運(yùn)行功能也不同，如有網(wǎng)絡(luò)功能、環(huán)境γ數(shù)據(jù)采集功能、氣象數(shù)據(jù)采集功能、值班機(jī)數(shù)據(jù)顯示功能、氣象和γ數(shù)據(jù)圖形數(shù)據(jù)報(bào)表功能、數(shù)據(jù)監(jiān)測功能等。這些功能用于數(shù)據(jù)采集和處理、數(shù)據(jù)報(bào)表的處理和顯示以及數(shù)據(jù)的傳輸和交換。KRS中央站的設(shè)備屬于專機(jī)專用。

2.3 KRS中央站的主要軟件配置的優(yōu)化

各客戶端采用相同的系統(tǒng)功能及專業(yè)軟件即客戶端都安裝所有必需的功能軟件，同時(shí)各客戶端又針對性的使用專業(yè)軟件對KRS中央站進(jìn)行管理。

優(yōu)化后的方案可使設(shè)備、軟件達(dá)到功能冗余并且能夠相互支持或替代，比如，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、環(huán)境γ數(shù)據(jù)采集工作站、氣象數(shù)據(jù)采集工作站、值班機(jī)、氣象和γ數(shù)據(jù)圖形工作站可視為具有相同功能的設(shè)備（圖2）；其次可使軟件在維護(hù)上簡單方便，能夠使用網(wǎng)絡(luò)的方法對系統(tǒng)及專業(yè)軟件進(jìn)行改造升級，維護(hù)各個(gè)工作站的軟件程序。

2.4 優(yōu)化后的KRS系統(tǒng)所采用的軟件方案優(yōu)勢

①簡化客戶端安裝樣式。在各客戶端之間的軟件配置相同情況下，無需安裝區(qū)別于各個(gè)工作站的應(yīng)用程序。

②降低系統(tǒng)維護(hù)工作量。由于所用的軟件在KRS中央站的設(shè)備中是通用的，大大降低了維護(hù)和升級的工作。

優(yōu)化后的軟件優(yōu)勢在于當(dāng)其中一種或部分工作站不可用時(shí)，其正常的工作站可以通過臨時(shí)授權(quán)來代替失效的設(shè)備，從而達(dá)到功能冗余的目的，使設(shè)備的使用更加多元化。并可讓用戶在KRS系統(tǒng)的維護(hù)和系統(tǒng)升級方面減少維護(hù)和升級系統(tǒng)的時(shí)間。

3 KRS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方案優(yōu)化

3.1 CPR1000堆型原KRS系統(tǒng)方案

環(huán)境γ輻射監(jiān)測站、氣象站將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過有線（光纖）和無線（4G或VPN）傳到環(huán)境實(shí)驗(yàn)室樓中的交換機(jī)中，經(jīng)交換機(jī)傳入環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站和氣象數(shù)據(jù)采集工作站，環(huán)境監(jiān)測車則通過無線通訊方式將數(shù)據(jù)傳到氣象數(shù)據(jù)采集工作站。環(huán)境γ輻射監(jiān)測站和氣象數(shù)據(jù)采集工作站處理數(shù)據(jù)后，將形成的數(shù)據(jù)文件存入KRS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，相關(guān)數(shù)據(jù)可以隨時(shí)被調(diào)用。值班機(jī)配置環(huán)境監(jiān)測車地理信息圖形應(yīng)用軟件（GIS軟件），可以在數(shù)字化電子地圖上，實(shí)時(shí)顯示環(huán)境監(jiān)測車和各環(huán)境γ輻射監(jiān)測站的γ劑量率以及氣象站氣象數(shù)據(jù)。氣象和γ數(shù)據(jù)圖形工作站調(diào)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)，運(yùn)行服務(wù)器/客戶機(jī)數(shù)據(jù)庫前臺(tái)管理軟件，實(shí)時(shí)進(jìn)行氣象數(shù)據(jù)和環(huán)境γ數(shù)據(jù)分析處理，用人機(jī)交互方式給出每日、月、年的氣象數(shù)據(jù)報(bào)表、各種曲線和統(tǒng)計(jì)圖表。此外，應(yīng)急指揮與行動(dòng)中心樓的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與KIC（電站計(jì)算機(jī)信息和測控系統(tǒng)）進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)在主控室的監(jiān)控設(shè)備上顯示。（圖3）

3.2 改進(jìn)后KRS系統(tǒng)優(yōu)化方案

環(huán)境γ輻射監(jiān)測站，氣象站、應(yīng)急移動(dòng)組網(wǎng)[2]的γ劑量率、風(fēng)速風(fēng)向、雨量等信息經(jīng)過有線（光纖）或無線（4G）實(shí)時(shí)傳到應(yīng)急指揮與行動(dòng)中心的環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器以及氣象數(shù)據(jù)采集工作站中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)存入環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和應(yīng)急指揮與行動(dòng)中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，等待其它設(shè)備調(diào)用。環(huán)境實(shí)驗(yàn)室中的值班機(jī)配置監(jiān)測車信息圖形應(yīng)用軟件（GIS軟件），通過接收環(huán)境γ輻射監(jiān)測站和環(huán)境監(jiān)測車的γ劑量率以及氣象站的氣象數(shù)據(jù)，在數(shù)字化電子地圖上實(shí)時(shí)顯示。氣象和γ數(shù)據(jù)圖形工作站接收網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的γ環(huán)境數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，給出氣象和環(huán)境數(shù)據(jù)的各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。這樣可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳入OCS（機(jī)組運(yùn)行和控制中心）的功能。（圖3）

3.3 優(yōu)化后KRS系統(tǒng)對比原KRS系統(tǒng)的優(yōu)勢

優(yōu)化后KRS系統(tǒng)，考慮到發(fā)生災(zāi)害的情況下部分設(shè)備不能被有效利用的問題，所以在硬件網(wǎng)絡(luò)上做出了改進(jìn)，改進(jìn)后的優(yōu)勢在于：環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站、氣象數(shù)據(jù)采集工作站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1#布置在應(yīng)急指揮與行動(dòng)中心而不是環(huán)境實(shí)驗(yàn)室，這樣在正常工況下，環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站既能接收固定式環(huán)境監(jiān)測站的有線或無線的數(shù)據(jù)，又能在事故條件下（此時(shí)環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站要求具備抗震性能），接收應(yīng)急移動(dòng)環(huán)境監(jiān)測站的無線數(shù)據(jù)，并且能在部分固定式站點(diǎn)不可用的情況下，同時(shí)接收可用固定式環(huán)境監(jiān)測站和應(yīng)急移動(dòng)環(huán)境監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而保證了環(huán)境γ數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)的完整性和統(tǒng)一性，減少了使用應(yīng)急移動(dòng)環(huán)境監(jiān)測站的成本。與環(huán)境γ數(shù)據(jù)采集工作站共同組成KRS中央站的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1#，將采集并處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，與機(jī)組運(yùn)行和控制中心相連，必要時(shí)將數(shù)據(jù)傳入OCS。位于環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器2#與位于應(yīng)急指揮與行動(dòng)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1#相互熱備份、并且是功能冗余，出現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器不可用時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行不受影響。

4 結(jié)論

CPR1000堆型的項(xiàng)目中，環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站、氣象數(shù)據(jù)采集工作站、氣象和γ數(shù)據(jù)圖形工作站以及值班機(jī)的軟件各不相同，用于完成不同的數(shù)據(jù)采集和顯示。但當(dāng)某一個(gè)或幾個(gè)工作站不可用時(shí)，會(huì)對KRS系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。

通過對KRS系統(tǒng)中央站設(shè)備重新配置，改進(jìn)后的KRS系統(tǒng)的氣象數(shù)據(jù)采集工作站、環(huán)境γ輻射數(shù)據(jù)采集工作站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器1#都位于應(yīng)急指揮與行動(dòng)中心，并且要求有抗震能力，當(dāng)其中某一設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，正常的設(shè)備可以代替其工作，這使得優(yōu)化后的KRS系統(tǒng)相比于CPR1000堆型的KRS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集及處理的硬件有效利用上有所提高，使系統(tǒng)的運(yùn)行得到充分的保障。在軟件優(yōu)化方面，配置相同的應(yīng)用軟件，達(dá)到功能冗余的目的，并且在軟件升級和維護(hù)方面節(jié)省人力和時(shí)間，系統(tǒng)整體的兼容性有了改進(jìn)。

總而言之，優(yōu)化后的KRS系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

①最大限度的實(shí)現(xiàn)了在硬件和軟件方面的功能冗余；

②提高了設(shè)備的有效利用率，節(jié)約了使用成本；

③相比于PF改進(jìn)項(xiàng)后的KRS系統(tǒng)，系統(tǒng)所組成的設(shè)備更趨近于一個(gè)整體。

參考文獻(xiàn)：

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