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(cè)系統(tǒng)(KRT系統(tǒng))的功能是確保核電廠的運(yùn)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(cè)、流出物監(jiān)測(cè)、區(qū)域監(jiān)測(cè)以及報(bào)警與隔離。寧德核電KRT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以嶺澳核電一期為參考電站，以嶺澳核電二期的設(shè)計(jì)文件為參考文件進(jìn)行的，其總體結(jié)構(gòu)在嶺澳核電二期的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，是同類型電站中總體結(jié)構(gòu)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(cè)量盒、接線盒、就地顯示報(bào)警盒、INR遠(yuǎn)程機(jī)柜，如圖1所示。

圖1 嶺澳核電一期的KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

就地產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過(guò)INR機(jī)柜進(jìn)行數(shù)字顯示，并在該機(jī)柜處轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)，模擬量信號(hào)傳輸?shù)街骺貍?cè)，開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸?shù)嚼^電器機(jī)柜側(cè)。

優(yōu)點(diǎn)：①技術(shù)比較成熟，有較長(zhǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)； ②所有固定式監(jiān)測(cè)通道的下層結(jié)構(gòu)從現(xiàn)場(chǎng)探頭到遠(yuǎn)程顯示單元都是完全獨(dú)立的； ③不依賴于DCS系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：①遠(yuǎn)程顯示單元INR故障率高，并影響1E級(jí)通道的連鎖動(dòng)作，采購(gòu)成本和運(yùn)行維修成本很高； ②數(shù)字化程度較低； ③缺乏冗余設(shè)計(jì)。

2 嶺澳核電二期的KRT系統(tǒng)

針對(duì)嶺澳核電一期的經(jīng)驗(yàn)反饋，嶺澳核電二期的總體結(jié)構(gòu)做了一些改變。嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場(chǎng)的探頭、就地處理/顯示單元、遠(yuǎn)程顯示單元RDU及用于安裝RDU的集中機(jī)柜、信息機(jī)柜等設(shè)備。嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2。

相比嶺澳核電一期，嶺澳核電二期的改進(jìn)項(xiàng)目主要有：①將測(cè)量盒和就地顯示報(bào)警盒更改為就地處理/顯示單元LPU/LDU； ②在LP(D)U側(cè)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量、模擬量及數(shù)字信號(hào)； ③對(duì)于1E級(jí)監(jiān)測(cè)通道，其測(cè)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(jī)柜。該機(jī)柜內(nèi)設(shè)一臺(tái)KRT服務(wù)器(輻射監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī))和網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，對(duì)本機(jī)組和共用的KRT監(jiān)測(cè)通道進(jìn)行集中信息顯示和控制，并與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，所有KRT監(jiān)測(cè)通道的信息都會(huì)從RDU送到KRT服務(wù)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(jī)界面(HMI)上顯示； ⑤增加了冗余設(shè)計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：①所有固定式監(jiān)測(cè)通道的下層結(jié)構(gòu)從現(xiàn)場(chǎng)探頭到遠(yuǎn)程顯示單元都是完全獨(dú)立的； ②所有固定式監(jiān)測(cè)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(jī)柜里； ③可通過(guò)集中機(jī)柜的RDU對(duì)現(xiàn)場(chǎng)就地處理(顯示)單元實(shí)現(xiàn)集中供電。

缺點(diǎn)：①RDU的功能可由就地處理(顯示)單元和KRT服務(wù)器分別實(shí)現(xiàn)，本方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，增加了采購(gòu)、運(yùn)行和維護(hù)成本； ②由于LPU/LDU與RDU是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所以從電氣廠房15.5 m到現(xiàn)場(chǎng)的就地處理單元需要敷設(shè)大量的電纜。

從嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)來(lái)看，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用不僅沒(méi)有簡(jiǎn)化儀表控制結(jié)構(gòu)，反而使其變得更復(fù)雜。

3 田灣核電KRT系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)反饋

田灣核電的KRT系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)中沒(méi)有使用RDU，其固定式監(jiān)測(cè)通道的典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

由圖3可知，各監(jiān)測(cè)通道的LPU先通過(guò)RS485的通訊方式串聯(lián)起來(lái)，然后再將數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)。在此典型結(jié)構(gòu)中，并未使用RDU。采用這種典型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)通道到數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)的電纜；缺點(diǎn)則是數(shù)據(jù)通訊未進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)，如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中某處故障，則故障點(diǎn)之后的所有監(jiān)測(cè)通道的數(shù)據(jù)無(wú)法傳送到數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)和上層結(jié)構(gòu)中。

圖2 嶺澳核電二期KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

4 取消RDU后的功能分析

對(duì)現(xiàn)有的KRT系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，取消RDU及集中機(jī)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(shí)現(xiàn)：

(1) KRT服務(wù)器都布置在電氣廠房標(biāo)高15.5 m房間內(nèi)，RDU遠(yuǎn)程顯示監(jiān)測(cè)道參數(shù)的功能可以在KRT服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)，也可以根據(jù)運(yùn)行的需要，設(shè)置遠(yuǎn)程顯示終端；

(2) 可將記錄監(jiān)測(cè)通道的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警信息、遠(yuǎn)程修改監(jiān)測(cè)通道閾值等功能由KRT服務(wù)器的軟件實(shí)現(xiàn)；

(3) 對(duì)LPU的集中供電可另設(shè)配電箱，新設(shè)置的配電箱的數(shù)量、安全等級(jí)和布置的房間與被取消的集中機(jī)柜一一對(duì)應(yīng)；

(4) 原通過(guò)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(chǎng)的LPDU實(shí)現(xiàn)。

由于RDU安裝在集中機(jī)柜中，取消了RDU，相應(yīng)的集中機(jī)柜也將取消。集中機(jī)柜具有報(bào)警禁止和電源轉(zhuǎn)換(將220 V交流轉(zhuǎn)換為48 V直流)的功能，取消集中機(jī)柜后，報(bào)警禁止的功能可以在KRT服務(wù)器上通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，而48 V直流可由220 V交流在配電柜或LPU/LDU內(nèi)轉(zhuǎn)換而來(lái)。

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(diǎn)：①可以節(jié)省采購(gòu)RDU的費(fèi)用； ②免除與RDU有關(guān)的運(yùn)行和維護(hù)成本；③KRT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，系統(tǒng)的可靠性會(huì)有所提高； ④取消RDU后，所有監(jiān)測(cè)通道通過(guò)RS485通訊口在現(xiàn)場(chǎng)串聯(lián)起來(lái)，用少量的電纜將信號(hào)送到KRT服務(wù)器中，這樣可以節(jié)省每個(gè)監(jiān)測(cè)通道到RDU的長(zhǎng)距離通訊電纜。

圖3 田灣核電的KRT系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

5 寧德核電KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

寧德核電KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以嶺澳核電一期為參考電站，以嶺澳核電二期的設(shè)計(jì)文件為參考文件進(jìn)行的，其總體結(jié)構(gòu)在嶺澳核電二期的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，但系統(tǒng)功能保持不變。寧德核電KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖4。

相比嶺澳核電二期，寧德核電KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)改進(jìn)的項(xiàng)目有：①輻射監(jiān)測(cè)探頭和LPU/LDU的現(xiàn)場(chǎng)布置及連接方式與嶺澳核電二期保持一致，僅對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)通道分別增加了連接盒(JB箱)；②所有監(jiān)測(cè)通道通過(guò)RS485通訊接口在現(xiàn)場(chǎng)就近串聯(lián)(不考慮監(jiān)測(cè)通道的安全分級(jí)，但考慮采取合適的隔離措施)，分幾組通過(guò)RS485總線將信號(hào)傳送到KRT服務(wù)器，然后分別與KRT服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊； ③各固定式監(jiān)測(cè)通道的JB箱(均有2個(gè)RS485端口)之間的RS485通訊方式采用冗余設(shè)計(jì)，每組監(jiān)測(cè)通道的數(shù)據(jù)將分別傳送到2臺(tái)KRT服務(wù)器； ④KRT服務(wù)器需要確保有足夠的RS485端口接收來(lái)自各組固定式監(jiān)測(cè)通道的信息，而各組監(jiān)測(cè)通道之間沒(méi)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(diǎn)：①可以節(jié)省采購(gòu)RDU的費(fèi)用； ②免除與RDU有關(guān)的運(yùn)行和維護(hù)成本； ③KRT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，系統(tǒng)的可靠性會(huì)有所提高； ④取消RDU后，所有監(jiān)測(cè)通道通過(guò)RS485通訊口在現(xiàn)場(chǎng)串聯(lián)起來(lái)，用少量的電纜將信號(hào)傳送到KRT服務(wù)器中，這樣可以節(jié)省每個(gè)監(jiān)測(cè)通道到RDU的長(zhǎng)距離通訊電纜。

不足之處在于數(shù)據(jù)通訊對(duì)KRT服務(wù)器的依賴性較高。兩臺(tái)機(jī)組共用兩臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)冗余功能，如一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障，則會(huì)大大加大數(shù)據(jù)通訊中斷的風(fēng)險(xiǎn)。考慮到KRT服務(wù)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(guān)重要，隨著時(shí)代的發(fā)展，用性能更佳、穩(wěn)定性更好的服務(wù)器或交換器進(jìn)行替代，可能是KRT系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化的方向。

圖4 寧德核電KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

6 結(jié)論

寧德核電KRT系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)在嶺澳核電二期的基礎(chǔ)上，考慮嶺澳核電一期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和田灣核電KRT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)反饋，充分利用數(shù)字化輻射監(jiān)測(cè)設(shè)備的特點(diǎn)，取消了RDU和集中機(jī)柜，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)省了初次采購(gòu)成本和運(yùn)行維修成本，而且在不需要改變探頭和LPU的現(xiàn)場(chǎng)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)已作為CPR1000項(xiàng)目電廠輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案。