田灣核電站外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)淺談

曹鵬濤 徐繼圓

摘 要：本文主要介紹田灣核電廠外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，內(nèi)容包括其監(jiān)測(cè)點(diǎn)布局、監(jiān)測(cè)設(shè)備組成、數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)分析及電源保障結(jié)構(gòu)等方面，展開介紹該系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)，分析其保持長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)系統(tǒng);電源保障;數(shù)據(jù)傳輸

近年來，我國(guó)核能發(fā)電發(fā)展迅猛，核電廠數(shù)量逐年增多，核電輻射環(huán)境監(jiān)控日趨重要。江蘇省田灣核電站廠址位于江蘇省連云港市連云區(qū)田灣，廠區(qū)按8臺(tái)百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組規(guī)劃，并留有再建4臺(tái)的余地。一期工程已建設(shè)2臺(tái)單機(jī)容量106萬千瓦的俄羅斯AES-91型壓水堆核電機(jī)組，二期工程3、4號(hào)機(jī)組也于2018年2月和12月投入商業(yè)運(yùn)行。鑒于國(guó)家及江蘇核電發(fā)展及保護(hù)的背景，江蘇省核與輻射安全監(jiān)督管理中心于2014年10月開工建設(shè)了田灣核電外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2015年10月該系統(tǒng)正式投入使用。

田灣核電外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式，主要采用陸地環(huán)境γ輻射劑量率連續(xù)監(jiān)測(cè)、環(huán)境介質(zhì)監(jiān)測(cè)。陸地環(huán)境γ輻射劑量率連續(xù)監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)掌握核電周邊空氣γ劑量率變化情況，環(huán)境介質(zhì)監(jiān)測(cè)可掌握核電站周邊環(huán)境人工核素排放水平。本文將從監(jiān)測(cè)子站布局、監(jiān)測(cè)設(shè)備組成、數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)分析及電源保障結(jié)構(gòu)等方面詳細(xì)介紹田灣核電外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)組成及其保持穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)特點(diǎn)。

一、監(jiān)測(cè)自動(dòng)站網(wǎng)布局

田灣核電外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由14個(gè)監(jiān)測(cè)子站組成，其中6個(gè)監(jiān)測(cè)子站由上一代田灣核電監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)升級(jí)建造而成，剩余8個(gè)監(jiān)測(cè)子站為新增站點(diǎn)。

廠前區(qū)、高公島、楊圩、連云、墟溝和新浦 6個(gè)監(jiān)測(cè)子站，是由上一代田灣核電外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已有子站升級(jí)建造而成，覆蓋了5個(gè)方位。新增的8個(gè)子站，根據(jù)田灣核電站周圍環(huán)境實(shí)際情況，在 NNE、N、WNW、WSW、W、SSW、S和SSE共 8個(gè)方向上，選址新建了柳河、連島、宿城、東巷、中云、封跳、蒿西、蒿東8個(gè)監(jiān)測(cè)子站。整個(gè)系統(tǒng)依據(jù)γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)子站布點(diǎn)原則及選址基本要求，結(jié)合“三關(guān)鍵”、人口分布、風(fēng)向等因素進(jìn)行選點(diǎn)選點(diǎn)布局，具體原則如下：（1）點(diǎn)位周圍環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。（2）點(diǎn)位設(shè)置考慮了陸地代表性及居民劑量代表性，在田灣核電站各堆址主導(dǎo)下風(fēng)向、次下風(fēng)向和居民密集區(qū)設(shè)置監(jiān)測(cè)子站。（3）除新浦子站對(duì)照點(diǎn)外，其他監(jiān)測(cè)子站建設(shè)在田灣核電站煙羽應(yīng)急計(jì)劃區(qū)內(nèi)或附近，其中部分監(jiān)測(cè)子站與田灣核電站自主運(yùn)行的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位重疊。

除以上原則外本系統(tǒng)還兼顧考慮了站址的便利性、監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)期性、系統(tǒng)的安全性、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等多方面因素。[1]田灣核電外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)14 個(gè)監(jiān)測(cè)子站，在田灣核電站外圍的陸域環(huán)境形成全覆蓋，滿足國(guó)家目前對(duì)核電站外圍輻射監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的要求，具體分布情況詳見圖1。

二、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

設(shè)備簡(jiǎn)介：田灣核電監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)14個(gè)監(jiān)測(cè)子站中，6個(gè)加強(qiáng)型子站，8為標(biāo)準(zhǔn)型子站。加強(qiáng)型子站監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括γ輻射劑量率、溴化鑭、氣溶膠、碘、碳-14、氚、干濕沉降、感雨及氣象參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)型子站監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括γ輻射劑量率、感雨及子站安防參數(shù)。

（1）主要在線監(jiān)測(cè)設(shè)備：環(huán)境γ輻射劑量率是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，對(duì)數(shù)據(jù)的有效性、準(zhǔn)確性和獲取率均有很高的要求。監(jiān)測(cè)儀器要求具有高靈敏度精度、響應(yīng)快、測(cè)量范圍寬等特點(diǎn)，綜合考慮后本系統(tǒng)選用了美國(guó)GE公司的RSDetection，其技術(shù)指標(biāo)見下表。

該設(shè)備配備內(nèi)置電池，可獨(dú)立續(xù)航不少于48小時(shí)，為該設(shè)備電源保障，提供硬件支持。且該設(shè)備具備多種類型數(shù)采端口，數(shù)據(jù)傳輸選擇多樣，可形成數(shù)據(jù)傳輸鏈路冗余，以保障數(shù)據(jù)捕獲率。

γ能譜監(jiān)測(cè)儀選用德國(guó)ENVINET公司生產(chǎn)的SARA AGS911型溴化鑭譜儀。該設(shè)備可以快速識(shí)別空氣中的人工放射性核素，主要用于核輻射狀態(tài)下的早期預(yù)警，設(shè)備每5分鐘向數(shù)據(jù)中心上傳一次數(shù)據(jù)。主要參數(shù)：1.5*1.5英寸溴化鑭閃爍體探測(cè)器，劑量率測(cè)量范圍是1nsv/h～80μsv/h，能量分辨率是<3%，能量范圍30kev～3Mev。

（2）主要采樣設(shè)備。主要采樣設(shè)備包括超大流量氣溶膠采樣器、大流量氣溶膠采樣器、碘采樣器、降雨降塵采樣器等，功能主要是對(duì)空氣中的懸浮微粒、水蒸氣、自然降落于地面的塵埃及降水等進(jìn)行收集采樣，而后交付實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行放射性核素濃度分析。

超大流量空氣采樣器采用產(chǎn)自芬蘭JL-900型采樣器，主要參數(shù)：功耗6kW/9kW（額定/最大）;流量300～900m3/h;濾紙尺寸570*460mm，有效尺寸530*420mm;數(shù)顯內(nèi)容包括氣壓，氣流量，氣體累積流量，采樣累積時(shí)間。大流量空氣采樣器采用JL-150型采樣器，主要參數(shù)：最大功率1.5kW;最大流量150m3/h;濾紙尺寸285*235mm。

三、數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)分析

目前多數(shù)輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)高氣壓電離室實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)單一線路、單一模式的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集傳輸，如果傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)單點(diǎn)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)將無法傳輸至服務(wù)器，結(jié)果導(dǎo)致實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)捕獲率不高。

田灣核電監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用雙線雙模的傳輸方式，雙線數(shù)據(jù)傳輸線路互為備份，并進(jìn)行故障檢測(cè)和通知，甚至在數(shù)據(jù)采集終端出現(xiàn)故障的極端條件下，服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議直接從高氣壓電離室端獲取數(shù)據(jù)，可極大增加數(shù)據(jù)獲取率，整體架構(gòu)如圖2。

田灣核電監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用RSDetection高氣壓電離室具備網(wǎng)絡(luò)TCP/IP接口、串行RS 232接口，數(shù)據(jù)采集終端同時(shí)接收來自高氣壓電離室網(wǎng)口與串口數(shù)據(jù)，并定時(shí)判斷數(shù)據(jù)是否接收到數(shù)據(jù)，系統(tǒng)優(yōu)先存儲(chǔ)高氣壓電離室網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)據(jù)，如果網(wǎng)口數(shù)據(jù)中斷會(huì)自動(dòng)切換存儲(chǔ)串口數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)采集終端故障，服務(wù)器通過判斷可直接通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議直接從高氣壓電離室獲取數(shù)據(jù)。雙線雙模數(shù)據(jù)傳輸方式，提升數(shù)據(jù)傳輸效率，保證高氣壓電離室實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不間斷傳輸。

四、電源保障結(jié)構(gòu)

在線監(jiān)測(cè)設(shè)備及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多為UPS電源供電，但在使用過程中發(fā)現(xiàn)，如果UPS出現(xiàn)故障、高氣壓供電中斷或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障，均會(huì)發(fā)生大量數(shù)據(jù)丟失故障，且系統(tǒng)掉電后運(yùn)維人員不能及時(shí)得到故障告警，導(dǎo)致維修時(shí)效性降低。田灣核電監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用電源三重保障可相互輔助準(zhǔn)確判斷故障原因并及時(shí)發(fā)出告警通知，極大的保證高氣壓電離室實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不間斷傳輸，供電系統(tǒng)基本架構(gòu)見圖3。

通過三重保障（高氣壓電離室內(nèi)部供電系統(tǒng)、STS轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、UPS）可保障高氣壓電離室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)持續(xù)供電，并通過3路運(yùn)行參數(shù)，讓故障判斷更為具體化，例如STS工作正常，而高氣壓電離室供電異常，可準(zhǔn)確判斷STS與高氣壓電離室間，供電線路存在異常。

五、結(jié)論

田灣核電外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過合理的點(diǎn)位設(shè)置，監(jiān)測(cè)設(shè)備的深度開發(fā)，設(shè)計(jì)了雙線雙模數(shù)據(jù)傳輸方式，提升數(shù)據(jù)傳輸效率，保證在線監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不間斷傳輸，同時(shí)利用三重保障的電源，及其精細(xì)化的故障判斷機(jī)制，保證監(jiān)測(cè)設(shè)備持續(xù)供電。系統(tǒng)自2015年10月投入使用以來空氣吸收劑量率（5分鐘）數(shù)據(jù)捕獲率持續(xù)保持99%以上，2016年5月至2019年5月3年間更是持續(xù)保持?jǐn)?shù)據(jù)捕獲率為100%，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

核電站外圍環(huán)境輻射監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)家對(duì)在線監(jiān)測(cè)要求不斷提高，田灣核電站外圍輻射環(huán)境監(jiān)督性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可高質(zhì)、高效地完成田灣核電站外圍輻射環(huán)境的監(jiān)測(cè)任務(wù)，可為國(guó)內(nèi)同類系統(tǒng)的建立提供值得參考和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱耀明，林明貴.寧德核電廠外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].海峽科學(xué)，2016（6）：75-78.

[2]王鳳英，朱曉翔.田灣核電站外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)研究[J].中國(guó)輻射衛(wèi)生，2009，18（4）：458-460.

[3]劉建，楊斌.秦山核電基地外圍環(huán)境γ輻射連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].輻射防護(hù)，2005，25（5）：296-304.

[4]廖建華，黃乃容.廣東省核電廠外圍自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)淺談[J].能源與環(huán)境，2013（3）：86-88.

作者簡(jiǎn)介：曹鵬濤（1982-），男，漢族，陜西西安人，碩士，電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)，長(zhǎng)期從事核與輻射監(jiān)測(cè)領(lǐng)域工作。