核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)總體結構優(yōu)化過程及改進方案

梁彥杰

(福建寧德核電有限公司， 福建 寧德， 355200)

核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)(KRT系統(tǒng))的功能是確保核電廠的運行安全，以及工作人員和周圍居民免受超劑量的輻射——主要包括工藝監(jiān)測、流出物監(jiān)測、區(qū)域監(jiān)測以及報警與隔離。寧德核電KRT系統(tǒng)的設計是以嶺澳核電一期為參考電站，以嶺澳核電二期的設計文件為參考文件進行的，其總體結構在嶺澳核電二期的基礎上進行了改進，簡化了系統(tǒng)結構，增強了系統(tǒng)的可靠性，是同類型電站中總體結構最優(yōu)化的系統(tǒng)。

1 嶺澳核電一期的KRT系統(tǒng)

嶺澳核電一期的KRT系統(tǒng)采用模擬儀表搭建而成，主要包括探頭、測量盒、接線盒、就地顯示報警盒、INR遠程機柜，如圖1所示。

圖1 嶺澳核電一期的KRT系統(tǒng)總體結構

就地產(chǎn)生的脈沖信號通過INR機柜進行數(shù)字顯示，并在該機柜處轉換成模擬量信號、開關量信號，模擬量信號傳輸?shù)街骺貍?，開關量信號傳輸?shù)嚼^電器機柜側。

優(yōu)點：①技術比較成熟，有較長的運行經(jīng)驗； ②所有固定式監(jiān)測通道的下層結構從現(xiàn)場探頭到遠程顯示單元都是完全獨立的； ③不依賴于DCS系統(tǒng)。

缺點：①遠程顯示單元INR故障率高，并影響1E級通道的連鎖動作，采購成本和運行維修成本很高； ②數(shù)字化程度較低； ③缺乏冗余設計。

2 嶺澳核電二期的KRT系統(tǒng)

針對嶺澳核電一期的經(jīng)驗反饋，嶺澳核電二期的總體結構做了一些改變。嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場的探頭、就地處理/顯示單元、遠程顯示單元RDU及用于安裝RDU的集中機柜、信息機柜等設備。嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)總體結構如圖2。

相比嶺澳核電一期，嶺澳核電二期的改進項目主要有：①將測量盒和就地顯示報警盒更改為就地處理/顯示單元LPU/LDU； ②在LP(D)U側將脈沖信號轉換成開關量、模擬量及數(shù)字信號； ③對于1E級監(jiān)測通道，其測量數(shù)據(jù)還以硬接線的方式直接從RDU傳送到DCS，增加了通道的安全性能； ④增加信息機柜。該機柜內(nèi)設一臺KRT服務器(輻射監(jiān)測計算機)和網(wǎng)絡連接設備，對本機組和共用的KRT監(jiān)測通道進行集中信息顯示和控制，并與DCS系統(tǒng)進行通訊，所有KRT監(jiān)測通道的信息都會從RDU送到KRT服務器，之后以通訊方式將數(shù)據(jù)傳送到DCS并在主控室數(shù)字化人-機界面(HMI)上顯示； ⑤增加了冗余設計。

優(yōu)點：①所有固定式監(jiān)測通道的下層結構從現(xiàn)場探頭到遠程顯示單元都是完全獨立的； ②所有固定式監(jiān)測通道與DCS系統(tǒng)的接口都集中在電氣廠房15.5 m的集中機柜里； ③可通過集中機柜的RDU對現(xiàn)場就地處理(顯示)單元實現(xiàn)集中供電。

缺點：①RDU的功能可由就地處理(顯示)單元和KRT服務器分別實現(xiàn)，本方案系統(tǒng)結構比較復雜，增加了采購、運行和維護成本； ②由于LPU/LDU與RDU是一一對應的關系，所以從電氣廠房15.5 m到現(xiàn)場的就地處理單元需要敷設大量的電纜。

從嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)的總體結構來看，數(shù)字化技術的應用不僅沒有簡化儀表控制結構，反而使其變得更復雜。

3 田灣核電KRT系統(tǒng)設計經(jīng)驗反饋

田灣核電的KRT系統(tǒng)的總體結構中沒有使用RDU，其固定式監(jiān)測通道的典型結構見圖3。

由圖3可知，各監(jiān)測通道的LPU先通過RS485的通訊方式串聯(lián)起來，然后再將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集計算機。在此典型結構中，并未使用RDU。采用這種典型結構的優(yōu)點是可以節(jié)省現(xiàn)場監(jiān)測通道到數(shù)據(jù)采集計算機的電纜；缺點則是數(shù)據(jù)通訊未進行冗余設計，如果整個網(wǎng)絡中某處故障，則故障點之后的所有監(jiān)測通道的數(shù)據(jù)無法傳送到數(shù)據(jù)采集計算機和上層結構中。

圖2 嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)總體結構

4 取消RDU后的功能分析

對現(xiàn)有的KRT系統(tǒng)進行改進，取消RDU及集中機柜，則KRT系統(tǒng)中RDU的功能可以考慮分別由數(shù)字化儀控系統(tǒng)中不同部分去實現(xiàn)：

(1) KRT服務器都布置在電氣廠房標高15.5 m房間內(nèi)，RDU遠程顯示監(jiān)測道參數(shù)的功能可以在KRT服務器上實現(xiàn)，也可以根據(jù)運行的需要，設置遠程顯示終端；

(2) 可將記錄監(jiān)測通道的運行狀態(tài)和報警信息、遠程修改監(jiān)測通道閾值等功能由KRT服務器的軟件實現(xiàn)；

(3) 對LPU的集中供電可另設配電箱，新設置的配電箱的數(shù)量、安全等級和布置的房間與被取消的集中機柜一一對應；

(4) 原通過RDU用硬接線方式向DCS系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的功能可以由現(xiàn)場的LPDU實現(xiàn)。

由于RDU安裝在集中機柜中，取消了RDU，相應的集中機柜也將取消。集中機柜具有報警禁止和電源轉換(將220 V交流轉換為48 V直流)的功能，取消集中機柜后，報警禁止的功能可以在KRT服務器上通過軟件實現(xiàn)，而48 V直流可由220 V交流在配電柜或LPU/LDU內(nèi)轉換而來。

在保證KRT系統(tǒng)功能完整的前提下，取消RDU后，有以下優(yōu)點：①可以節(jié)省采購RDU的費用； ②免除與RDU有關的運行和維護成本；③KRT系統(tǒng)結構簡化，系統(tǒng)的可靠性會有所提高； ④取消RDU后，所有監(jiān)測通道通過RS485通訊口在現(xiàn)場串聯(lián)起來，用少量的電纜將信號送到KRT服務器中，這樣可以節(jié)省每個監(jiān)測通道到RDU的長距離通訊電纜。

圖3 田灣核電的KRT系統(tǒng)的總體結構

5 寧德核電KRT系統(tǒng)總體結構

寧德核電KRT系統(tǒng)總體結構設計是以嶺澳核電一期為參考電站，以嶺澳核電二期的設計文件為參考文件進行的，其總體結構在嶺澳核電二期的基礎上進行了改進，但系統(tǒng)功能保持不變。寧德核電KRT系統(tǒng)總體結構如圖4。

相比嶺澳核電二期，寧德核電KRT系統(tǒng)總體結構改進的項目有：①輻射監(jiān)測探頭和LPU/LDU的現(xiàn)場布置及連接方式與嶺澳核電二期保持一致，僅對每個監(jiān)測通道分別增加了連接盒(JB箱)；②所有監(jiān)測通道通過RS485通訊接口在現(xiàn)場就近串聯(lián)(不考慮監(jiān)測通道的安全分級，但考慮采取合適的隔離措施)，分幾組通過RS485總線將信號傳送到KRT服務器，然后分別與KRT服務器進行數(shù)據(jù)通訊； ③各固定式監(jiān)測通道的JB箱(均有2個RS485端口)之間的RS485通訊方式采用冗余設計，每組監(jiān)測通道的數(shù)據(jù)將分別傳送到2臺KRT服務器； ④KRT服務器需要確保有足夠的RS485端口接收來自各組固定式監(jiān)測通道的信息，而各組監(jiān)測通道之間沒有聯(lián)系； ⑤用LPU/LDU取代RDU，完成部分通道與DCS之間硬接線的數(shù)據(jù)通訊。

優(yōu)點：①可以節(jié)省采購RDU的費用； ②免除與RDU有關的運行和維護成本； ③KRT系統(tǒng)結構簡化，系統(tǒng)的可靠性會有所提高； ④取消RDU后，所有監(jiān)測通道通過RS485通訊口在現(xiàn)場串聯(lián)起來，用少量的電纜將信號傳送到KRT服務器中，這樣可以節(jié)省每個監(jiān)測通道到RDU的長距離通訊電纜。

不足之處在于數(shù)據(jù)通訊對KRT服務器的依賴性較高。兩臺機組共用兩臺服務器，實現(xiàn)冗余功能，如一臺服務器出現(xiàn)故障，則會大大加大數(shù)據(jù)通訊中斷的風險?？紤]到KRT服務器的集中控制及數(shù)字化通訊的重要性，它的穩(wěn)定性至關重要，隨著時代的發(fā)展，用性能更佳、穩(wěn)定性更好的服務器或交換器進行替代，可能是KRT系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方向。

圖4 寧德核電KRT系統(tǒng)總體結構

6 結論

寧德核電KRT系統(tǒng)總體結構在嶺澳核電二期的基礎上，考慮嶺澳核電一期的運行經(jīng)驗和田灣核電KRT系統(tǒng)的設計經(jīng)驗反饋，充分利用數(shù)字化輻射監(jiān)測設備的特點，取消了RDU和集中機柜，簡化了系統(tǒng)結構，增強了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)省了初次采購成本和運行維修成本，而且在不需要改變探頭和LPU的現(xiàn)場布置，也不改變它們之間連接的情況下，還能保證KRT系統(tǒng)的總體功能與嶺澳核電二期一致。目前，寧德核電KRT系統(tǒng)總體結構的設計已作為CPR1000項目電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)的標準化設計方案。