秦山核電輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)信息化建設(shè)

孫埡杰 朱月龍

0 引言

隨著核電的不斷建設(shè)與運(yùn)行，公眾對核電廠周邊環(huán)境的狀況也給予了充分的關(guān)注，這對核電廠外圍環(huán)境輻射監(jiān)測工作提出了更高的要求，建設(shè)一個標(biāo)準(zhǔn)化、信息化的環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)并做好輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時公開的技術(shù)準(zhǔn)備顯得尤為必要[1-4]。

秦山是中國大陸核電的發(fā)源地，是目前我國核電機(jī)組數(shù)量最多、堆型最豐富、裝機(jī)容量最大的核電基地。由于秦山各電廠建設(shè)歷時跨度大，不斷擴(kuò)展完善的輻射環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)的建筑條件、通訊手段、監(jiān)測設(shè)備性能等都有差異，導(dǎo)致現(xiàn)場工作效率不高、維修操作復(fù)雜、備品備件繁多，隨著信息化技術(shù)的提高和監(jiān)測站點(diǎn)全面管理要求的提升，秦山核電于2018年開展了輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的信息化設(shè)計(jì)和建設(shè)工作，信息化改造完成后，實(shí)現(xiàn)了輻射環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)設(shè)備控制自動化、遠(yuǎn)程智能安防監(jiān)控信息化、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集存儲電子化、電源管理和通訊手段標(biāo)準(zhǔn)化，可以讓監(jiān)測管理人員全面實(shí)時了解各輻射環(huán)境監(jiān)測站的運(yùn)行狀況和監(jiān)測數(shù)據(jù)，為環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)公開、核應(yīng)急決策、上級監(jiān)管單位信息化要求提供了技術(shù)支持。

1 輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

秦山核電基地在用野外輻射環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)共14個，除貫穿輻射劑量率監(jiān)測外，其中的8個監(jiān)測點(diǎn)具有空氣氚、空氣碳、氣溶膠、沉降物等取放樣監(jiān)測功能，6個兼具氣象觀測功能，監(jiān)測點(diǎn)位按照近密遠(yuǎn)疏原則分布于廠址10 km范圍內(nèi)，見圖1。

圖1環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)分布圖

1.1 環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)信息化結(jié)構(gòu)

環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)現(xiàn)有環(huán)境貫穿γ輻射在線監(jiān)測儀、氣氚取樣器、氣碳取樣器、氣溶膠取樣器、超大流量氣溶膠取樣器、溴化鑭γ譜儀、氣象觀測儀表等，通過硬件改造升級，對核監(jiān)測儀表進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換匯總，建立站級數(shù)據(jù)采集平臺，將主要核監(jiān)測儀表的測量實(shí)時數(shù)據(jù)、取樣實(shí)時信息、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)以及測量過程中間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集記錄，實(shí)現(xiàn)非在線式輻射監(jiān)測儀器在測量區(qū)間的連續(xù)監(jiān)測和無人值守。同時采集監(jiān)測點(diǎn)風(fēng)機(jī)狀態(tài)信息、空調(diào)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、電源裝置、光纖交換機(jī)、無線通訊模塊的狀態(tài)信息，通過通訊或硬接線的形式接入站點(diǎn)平臺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)24小時實(shí)時監(jiān)測與智能化調(diào)節(jié)控制，以保證所有數(shù)據(jù)的實(shí)時采集上報(bào)，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定與網(wǎng)絡(luò)安全。建成后的環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)信息系統(tǒng)主要有四部分組成：

a.在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

各監(jiān)測站點(diǎn)原配置的γ輻射在線監(jiān)測系統(tǒng)和氣象觀測系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時上傳和查看功能。

b.非在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

對監(jiān)測點(diǎn)內(nèi)已有的環(huán)境監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，接入現(xiàn)場采集工控機(jī)。工控機(jī)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、匯總、聯(lián)鎖報(bào)警，實(shí)現(xiàn)一個監(jiān)測點(diǎn)一個數(shù)據(jù)子站的模式，便于掌握實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和對歷史數(shù)據(jù)的追溯。

c.設(shè)備運(yùn)行保障系統(tǒng)

對保障環(huán)境監(jiān)測設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)境條件數(shù)據(jù)（溫濕度、通風(fēng)、空調(diào)等）、電力系統(tǒng)（強(qiáng)電、UPS狀態(tài)等）以及各設(shè)備裝置運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并通過傳輸匯總、存儲，最后傳輸至秦山核電環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)中心服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程查看和控制。

d.安防系統(tǒng)

在主要監(jiān)測位置如：大門口、房間門口、以及機(jī)柜前端安裝網(wǎng)絡(luò)高清紅外攝像頭，同時在室內(nèi)安裝遠(yuǎn)控?zé)?，可遠(yuǎn)程打開照明，方便夜間查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。電子圍欄和門禁系統(tǒng)與視頻監(jiān)控形成同步聯(lián)動。視頻信號通過光纖傳輸至中心服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場環(huán)境及設(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)信息化數(shù)據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，為后續(xù)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的整體建設(shè)提供基礎(chǔ)。

1.2 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

a.物理連接架構(gòu)

在監(jiān)測站點(diǎn)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)上，利用已敷設(shè)的通訊光纜形成主網(wǎng)絡(luò)，并增加無線4G網(wǎng)絡(luò)（可升級5G）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余，將14個站級服務(wù)器采集的數(shù)據(jù)傳輸至環(huán)境監(jiān)測中心系統(tǒng)服務(wù)器。該服務(wù)器最終將數(shù)據(jù)提供給秦山核電環(huán)境監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多功能信息化數(shù)據(jù)收集。

b.軟件層級設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)依賴完整的平臺軟件架構(gòu)，整合系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)境監(jiān)測要素，完成輻射監(jiān)測數(shù)據(jù)采集平臺的建立，實(shí)現(xiàn)以站級服務(wù)器為個體中心，與中心服務(wù)器形成點(diǎn)對多的傘狀運(yùn)維模式。針對監(jiān)測系統(tǒng)的各層級需求，將整個軟件架構(gòu)分為數(shù)據(jù)資源層、基礎(chǔ)平臺層、業(yè)務(wù)控制層和展示報(bào)送層，各層分別具備相應(yīng)的模塊功能。

數(shù)據(jù)資源層：支持對各類服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、應(yīng)用系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和管理，為上層的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)監(jiān)測提供底層支持。

基礎(chǔ)平臺層：對報(bào)警引擎、報(bào)表引擎、安全認(rèn)證、公共組件等做集成和封裝，成為連接數(shù)據(jù)資源和控制層級的中間樞紐。

業(yè)務(wù)控制層：結(jié)合實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析兩方面系統(tǒng)功能需求，分別實(shí)現(xiàn)對野外環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)各軟硬件資源的監(jiān)控管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析功能，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測點(diǎn)部分控制信息的傳輸和反饋。

展示報(bào)送層：是系統(tǒng)與用戶之間的UI層，包括系統(tǒng)工況圖、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示、實(shí)時曲線、實(shí)時報(bào)警狀態(tài)、數(shù)據(jù)分析可視化界面、報(bào)表輸出等。提供直觀、易用的操作界面，能夠?qū)?shù)據(jù)價值分析的結(jié)果進(jìn)行直觀的可視化展現(xiàn)，輔助進(jìn)行決策。

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

2 系統(tǒng)運(yùn)行與優(yōu)化方向

輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)信息化改造完成后已運(yùn)行近兩年，總體運(yùn)行情況良好，對比原有監(jiān)測系統(tǒng)，改造后可以實(shí)現(xiàn)每個監(jiān)測點(diǎn)設(shè)備統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)，同時結(jié)合信息管理平臺大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境監(jiān)管方式，“多網(wǎng)合一”提升了監(jiān)測站自動化運(yùn)行水平，減少人工勞動強(qiáng)度，保障設(shè)備可靠運(yùn)行。

2.1 監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控與控制

環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)常年處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，且布點(diǎn)分散，工作人員需定期開展各監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場巡檢以確認(rèn)監(jiān)測點(diǎn)安全及了解設(shè)備運(yùn)行情況。信息化改造后，可以通過遠(yuǎn)程視頻每天對各監(jiān)測點(diǎn)現(xiàn)場進(jìn)行巡檢，結(jié)合每周的現(xiàn)場巡檢，提高了對監(jiān)測點(diǎn)安全和狀態(tài)監(jiān)控的頻度。

因監(jiān)測取放樣的需要，各取樣設(shè)備需定期開啟，原系統(tǒng)下工作人員在放樣和取樣階段記錄各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，取樣中間過程的狀態(tài)無法掌握，如遇停電或設(shè)備故障導(dǎo)致取樣中斷，則該時間段內(nèi)樣品即缺失，無法滿足環(huán)境監(jiān)測的要求。新系統(tǒng)運(yùn)行后，各監(jiān)測點(diǎn)取樣設(shè)備信息可在監(jiān)測中心實(shí)時查看，異常狀態(tài)下同步向工作人員發(fā)出報(bào)警信息以便實(shí)施遠(yuǎn)程控制或及時赴現(xiàn)場進(jìn)行消缺。近兩年未發(fā)生因設(shè)備故障導(dǎo)致的樣品取樣未完成的情況，樣品完整性得到保障。圖4為環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的界面圖。

圖2環(huán)境監(jiān)測站點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 運(yùn)行保障和工作量控制

新系統(tǒng)下各監(jiān)測點(diǎn)配備大容量UPS電源，滿足設(shè)備供電的冗余性；同時對監(jiān)測點(diǎn)環(huán)境條件的監(jiān)控，可以在溫濕度超過規(guī)定要求的情況下自動開啟通風(fēng)或空調(diào)設(shè)備，以改善現(xiàn)場環(huán)境條件，保障設(shè)備的運(yùn)行。近兩年，光纖機(jī)和流量計(jì)等溫度敏感設(shè)備未發(fā)生因溫度過高而導(dǎo)致傳輸中斷等故障。

核電廠從事野外輻射環(huán)境監(jiān)測的工作人員有限，取樣和分析的任務(wù)量大，質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)分析工作的時間被占用，勢必會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。信息化運(yùn)行后，監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)據(jù)的自動化運(yùn)行、巡檢頻度的降低和設(shè)備運(yùn)行可靠性的提升都在一定程度上減少了工作人員外勤工作的頻度和工作量，增加了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部化學(xué)分析和質(zhì)量控制的時間，確保環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量。

2.3 系統(tǒng)優(yōu)化方向

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)通過兩年的運(yùn)行和完善后，整體運(yùn)行效率和穩(wěn)定性有了很大的提高。但從需求和使用角度考慮，還需要不斷地對系統(tǒng)在多方面進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)和提高。

a.融合目前已有的應(yīng)急監(jiān)測車監(jiān)測系統(tǒng)、便攜式監(jiān)測儀表、移動基站子系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。

b.開發(fā)移動端查看和控制功能，實(shí)現(xiàn)非工作時間段報(bào)警信息的接收和處理。

c.環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對接實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測取樣信息與實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)的銜接，更大程度提高環(huán)境監(jiān)測的信息化水平。

3 結(jié)論

建立高效的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對核電站接受社會監(jiān)督、提升公眾認(rèn)可度有著積極的現(xiàn)實(shí)意義。秦山核電輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，積累和沉淀了較多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在新的信息化形勢下，順應(yīng)科技發(fā)展，主動探索和優(yōu)化輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)信息化建設(shè)，可以滿足監(jiān)管部門和公眾對核電廠輻射環(huán)境監(jiān)測的更高要求，本文介紹的秦山核電環(huán)境輻射監(jiān)測系統(tǒng)信息化建設(shè)設(shè)計(jì)思路和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可為國內(nèi)其他核電站的輻射環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)改進(jìn)提供技術(shù)參考。

圖3環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

圖4監(jiān)控系統(tǒng)界面