田灣核電站自動輻射監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

孫元君，趙衛(wèi)軍

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

田灣核電站自動輻射監(jiān)測系統(tǒng)（ARMS）是儀控系統(tǒng)的重要組成部分，它是俄方和西門子公司設(shè)計、中國核電工程有限公司作為后援單位的共同成果。根據(jù)其功能的不同，ARMS分為工藝監(jiān)測（APRMS）、場所監(jiān)測（ARSMS）、沾污監(jiān)測（ARCMS）和個人劑量監(jiān)測（AIRMS）。該系統(tǒng)主要用來判斷工藝回路運(yùn)行是否正常，核電廠各層屏障是否完整，防止工作人員受到高輻射照射和體表沾污，自動啟動隔離設(shè)備或其他系統(tǒng)，減少放射性事故產(chǎn)生的廢液和廢氣造成的污染，最終實現(xiàn)輻射防護(hù)和安全最優(yōu)化。

田灣核電站一期工程由兩臺機(jī)組組成，每個機(jī)組都有獨(dú)立的輻射監(jiān)測控制室（MRMR），每個機(jī)組的輻射監(jiān)測控制室不僅能集中顯示兩臺機(jī)組ARMS系統(tǒng)的信息，而且能控制各自的ARMS系統(tǒng)。兩臺機(jī)組輻射監(jiān)測控制室的信息通過電站級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實現(xiàn)信息相互共享。

ARMS系統(tǒng)與儀控系統(tǒng)是相對獨(dú)立的，兩者之間通過XU和硬接線相連。通過XU的參數(shù)為613個，其中，從ARMS系統(tǒng)傳輸?shù)絻x控系統(tǒng)的參數(shù)為144個，從儀控系統(tǒng)傳輸?shù)紸RMS系統(tǒng)的參數(shù)為469個；通過硬接線的開關(guān)量58個、模擬量25個，它們?nèi)际菑腁RMS系統(tǒng)傳輸?shù)絻x控系統(tǒng)的參數(shù)，這些參數(shù)中的開關(guān)量參與儀控系統(tǒng)的連鎖、保護(hù)，而模擬量用于顯示記錄。

1 ARMS設(shè)計要求[1]

1.1 ARMS設(shè)計總體要求

1）在正常運(yùn)行和應(yīng)急狀態(tài)下能完成工藝輻射監(jiān)測、場所監(jiān)測的所有功能;

2）下層設(shè)備可獨(dú)立完成對ARMS系統(tǒng)輻射參數(shù)的監(jiān)測、所采集信息的初步處理、超閾值報警、監(jiān)測信息的簡單顯示以及和上層的信息交換;

3）在信息采集地可使用就地計算機(jī)完成系統(tǒng)的功能;

4）儀控系統(tǒng)和ARMS系統(tǒng)之間可進(jìn)行信息交換，完成APRMS、ARSMS、AIRMS和ARCMS系統(tǒng)的一系列功能;

5）ARMS系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)之間可以進(jìn)行信息交換;

6）ARMS系統(tǒng)需把信息輸送到位于不同廠區(qū)的7個工作站（機(jī)組工程師站、機(jī)組劑量站、維護(hù)校準(zhǔn)站、劑量實驗室站、全廠工程師站、全廠TLD/WBC熱釋光及全身內(nèi)照射站）;

7）ARMS屬于分布式信息處理系統(tǒng)，中心數(shù)據(jù)庫與ARMS系統(tǒng)局域網(wǎng)相連。

1.2 ARMS運(yùn)行時需實現(xiàn)的功能

1.2.1 主要功能

1）信息的采集和初步處理；

2）測量結(jié)果的記錄和備份；

3）信息處理和超閾值報警；

4）基于模擬計算的信息處理；

5）信息輸出；

6）數(shù)據(jù)庫管理；

7）與ARMS系統(tǒng)外部用戶進(jìn)行信息交換。

1.2.2 輔助功能

1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制；

2）軟件和硬件的診斷；

3）刻度和試驗程序；

4）對無授權(quán)訪問信息和設(shè)備的保護(hù)。

由于ARMS設(shè)計要求具體復(fù)雜，傳統(tǒng)的模擬信息設(shè)計不能實現(xiàn)上述功能，ARMS數(shù)字化設(shè)計成為必然的選擇。

2 ARMS組成結(jié)構(gòu)[2]

由于ARMS確定為數(shù)字化設(shè)計方案，ARMS組成結(jié)構(gòu)分為軟件和硬件；其中軟件主要包括操作系統(tǒng)Windows/Linux，應(yīng)用軟件為Visual C，數(shù)據(jù)庫為Oracle；另外ARMS的硬件組成結(jié)構(gòu)分為上、下兩層，下層分為現(xiàn)場級、自動化級；上層分為數(shù)據(jù)采集級、網(wǎng)絡(luò)通訊級、機(jī)組級和電站級。ARMS硬件各部分的主要技術(shù)要求及功能如下。

2.1 ARMS下層

ARMS下層分為現(xiàn)場級、自動化級，由下列設(shè)備裝置組成：

1）探測器裝置（DD）或探測器單元（DU）和提供測量數(shù)據(jù)處理的就地處理單元或就地顯示單元（LPU）；根據(jù)設(shè)計的要求，DD或DU產(chǎn)生的模擬信號通過LPU可轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號、開關(guān)量信號或直接輸出模擬信號。

DD或DU所使用的探測器類型有閃爍體探測器、半導(dǎo)體探測器、電離室、正比計數(shù)器四類；1號、2號機(jī)組每個機(jī)組的固定式DD或DU為182臺，1號、2號機(jī)組公用的固定式DD或DU為9臺；一些典型DD或DU的測量范圍如下：

— 在線中放液體活度測量儀：3.7×107～3.7×1014Bq/m3。

— 離線低放液體活度測量儀：3.7×103～3.7×109Bq/m3。

— 惰性氣體活度測量儀：3.7×103～3.7×109Bq/m3。

— 設(shè)計基準(zhǔn)事故及超設(shè)計基準(zhǔn)事故的高量程γ測量儀：10-2～3.7×105Gy/h。

— 低量程區(qū)域γ測量儀：10-8～3.7×102Gy/h。

2）用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的數(shù)字控制裝置（CU）以及受CU控制的可動部件（M），如電動閥、電磁閥和泵，其中每個機(jī)組取樣泵6臺，用于氣體取樣回路。

除此之外，還有一些特殊的下層設(shè)備：

1）掃描式液體、氣體γ譜儀各1臺，為高純鍺γ譜儀。

2）實驗室譜儀及WBC全身污染監(jiān)測儀。

3）個人劑量計及其讀出器。

4）監(jiān)測人員離開放射性控制區(qū)的C2門。

5）人員和車輛污染監(jiān)測設(shè)備，該設(shè)備屬于1號、2號機(jī)組公用的探測器裝置或探測器單元，總共6臺。

下層設(shè)備裝置中具有處理功能的部件，對信息進(jìn)行初步處理可生成開關(guān)量信號、數(shù)字信號或直接輸出模擬信號，其中數(shù)字信號通過ARMS的上層設(shè)備傳輸?shù)絀&C的TXP或TXS，開關(guān)量信號和模擬信號直接傳輸?shù)絀&C的相關(guān)部件中；另外，下層設(shè)備裝置具有接收、執(zhí)行上層設(shè)備裝置的控制命令。

2.2 ARMS上層

ARMS上層分為數(shù)據(jù)采集級、網(wǎng)絡(luò)通訊級、機(jī)組級和電站級，由下列設(shè)備裝置組成：

1）數(shù)據(jù)采集站：采用工業(yè)計算機(jī)，每個機(jī)組7臺；其中4臺用于安全重要參數(shù)（SIP）數(shù)據(jù)的采集，安裝在4個不同的房間，分別屬于1、2、3、4 SIP；另外3臺用于正常運(yùn)行參數(shù)（NOP）數(shù)據(jù)的采集，其中2臺用于1、2 NOP數(shù)據(jù)的采集，1臺用于掃描式γ譜儀數(shù)據(jù)的采集。在設(shè)計中，根據(jù)SIP的不同，對同一參數(shù)可設(shè)一道、二道、三道或四道獨(dú)立的監(jiān)測道，如監(jiān)測蒸汽發(fā)生器泄漏的主蒸汽管，在同一位置設(shè)置了4個獨(dú)立的監(jiān)測道，此4個獨(dú)立監(jiān)測道分別屬于1、2、3、4 SIP，其數(shù)據(jù)對應(yīng)地送到1、2、3、4 SIP數(shù)據(jù)采集站，保證其獲得的數(shù)據(jù)可信可靠。

2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：提供ARMS實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)按一定的要求存儲變成歷史數(shù)據(jù)，定期用移動硬盤下載ARMS歷史數(shù)據(jù)。

3）網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備：6臺SWITCH，1臺路由器，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。

4）機(jī)組級及電站級工作站：不同的工作站通過網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，實現(xiàn)資源共享和遠(yuǎn)程控制。

2.3 與外部接口

1) 外部連接單元（XU）：屬于儀控系統(tǒng)設(shè)備，ARMS上層和儀控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換需經(jīng)過帶防火墻的XU。

2）環(huán)境監(jiān)測：通過ARMS電站級SWITCH，ARMS同環(huán)境監(jiān)測（AREMS）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。AREMS的環(huán)境γ監(jiān)測及氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)實時地傳送到ARMS中，ARMS排出流參數(shù)也可實時地傳送到AREMS服務(wù)器中，ARMS根據(jù)需要可調(diào)用環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

3) 輔助鍋爐水：輔助鍋爐水用于辦公室供暖，加熱蒸汽來自核電廠二回路乏蒸汽，為了保證辦公室供暖的放射性安全，對供暖水設(shè)置了3道輻射監(jiān)測道，這3道輻射監(jiān)測道的數(shù)據(jù)通過路由器進(jìn)入ARMS。

4) 便攜式儀表數(shù)據(jù)：便攜式儀表測的數(shù)據(jù)，可在劑量實驗室工作站輸入ARMS。

3 工作站功能分配

工作站是ARMS上層的組成部分，用于顯示和控制。田灣核電站在ARMS中設(shè)計了如下工作站：

1) 機(jī)組工程師站：監(jiān)測、控制機(jī)組相關(guān)系統(tǒng)的輻射參數(shù)。

2) 機(jī)組劑量站：監(jiān)測、控制進(jìn)出衛(wèi)生出入口人員的個人劑量。

3) 維護(hù)校準(zhǔn)站：編制ARMS設(shè)備維護(hù)和校準(zhǔn)的計劃。

4) 劑量實驗室站：獲取實驗室數(shù)據(jù)。

5) 電廠工程師站：監(jiān)測電廠相關(guān)系統(tǒng)的輻射參數(shù)。

6) 電廠TLD/WBC工作站：獲取個人內(nèi)、外照射的數(shù)據(jù)。

工作站的結(jié)構(gòu)和它們的功能可按用戶的要求來設(shè)計。由于田灣核電站ARMS使用了分布結(jié)構(gòu)，工作站的數(shù)量可以改變，它們的功能也可以重新分配。

每一個工作站都有就地數(shù)據(jù)庫，能實現(xiàn)快速存取、檢索和查詢，并可把這些信息打印出來。

4 結(jié)束語

田灣核電站ARMS功能分類完整，采用了現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計方案，實現(xiàn)了分散控制和集中管理，避免了集中控制產(chǎn)生的風(fēng)險；ARMS運(yùn)行時圖表直觀方便，便于運(yùn)行人員操作管理ARMS，為后續(xù)核電廠輻射監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計起到了示范作用。

[1]馬一.連云港核電廠工程核島儀表和控制系統(tǒng)：第七卷[R].北京：核工業(yè)第二研究設(shè)計院設(shè)計文件，1999.（MA Yi.Lianyungang NPP Instrument and control system of nuclear island volume 7 [R].Beijing：BINE，1999.）

[2] S.Onufrienko.Lianyungang NPP Technical Design Part 3 Technological Solutions 3-8 Radiation Monitoring within the NPP fence [R].Saint Petersburg：Saint Petersburg Research and Design Institute，1999.