AP1000核電廠通信系統(tǒng)設計研究

陳 超 / 張 晨

(中國核電工程有限公司， 北京 100089)

1 概述

AP1000核電廠作為第三代核電機組，在傳統(tǒng)成熟的壓水堆核電技術基礎上，引入安全系統(tǒng)非能動概念，在設計中采用非能動嚴重事故預防和緩解措施，使核電廠安全系統(tǒng)的設計發(fā)生了革新的變化，使核電廠安全性和可靠性顯著提高。作為核電廠運行所必需的重要系統(tǒng)，雖然通信系統(tǒng)本身并不是核安全相關系統(tǒng)，但與核電廠安全運行和實施核事故應急計劃有關，且提供核電廠運行所必需的全部通信連接，因此對其系統(tǒng)設計進行研究是十分必要的。

AP1000通信系統(tǒng)(EFS)由廠內通信和廠外通信兩部分構成。

廠內通信在核電廠事故工況(除地震情況外)或異常狀態(tài)(包括火災)時，在最大噪聲限度條件下為廠內人員提供可靠有效的通信手段；廠外通信在應急工況下，需保證主控室操作員、遠程停堆站操作員、PPS報警站操作員和/或其他特定人員與外界應急機構及核電廠內人員的直通線路。

2 子系統(tǒng)設計

在正常運行、維護、瞬態(tài)情況、火災和事故(包括失去廠外電源)狀況下，EFS各子系統(tǒng)發(fā)揮其功能。子系統(tǒng)包括：無線電話及尋呼系統(tǒng)；呼叫通話系統(tǒng)；聲力電話系統(tǒng)；自動電話系統(tǒng)(PABX)；應急自動電話系統(tǒng)(EPABX)；時鐘系統(tǒng)；警報系統(tǒng)。

2.1 無線電話及尋呼系統(tǒng)

AP1000無線電話及尋呼系統(tǒng)將作為核電廠所有區(qū)域的主要通信方式。本系統(tǒng)覆蓋核電廠內外，由無線主控單元(MCU)、無線電話終端、基站、天線及其他必要設備構成。使用人員攜帶無線電話終端可在核電廠任何區(qū)域進行通話。

2.2 呼叫通話系統(tǒng)

呼叫通話系統(tǒng)作為無線電話及尋呼系統(tǒng)的備用，使全廠通信系統(tǒng)更加靈活、可靠。本系統(tǒng)以微處理器為基礎，可以播放多聲調警報信號和預先錄制的語音信息，同時可用于在電廠范圍內的個人尋呼及公共廣播，也可用于普通的語音通信。

2.3 聲力電話系統(tǒng)

聲力電話系統(tǒng)為某些工作人員提供特定通信手段。本系統(tǒng)可用于電廠檢修、儀表校準、燃料更換、停堆檢修及電廠停堆操作過程中的工作人員通信。

2.4 自動電話系統(tǒng)(PABX)

自動電話系統(tǒng)(PABX)提供核電廠全廠范圍內的語音通話功能，與廠外通信有接口，可作為無線電話及尋呼系統(tǒng)備用。

圖1 附屬廠房通信設備間布置圖

PABX系統(tǒng)由主機、連接電纜、終端(按鍵電話)及其他配套設備構成。

PABX系統(tǒng)提供全雙工語音通信。系統(tǒng)具有呼叫轉移和電話會議(最多5個終端用戶，包括無線移動手持機)功能。

2.5 應急自動電話系統(tǒng)(EPABX)

應急自動電話系統(tǒng)(EPABX)能提供主控室、遠程停堆站、技術支持中心和其他關鍵的操作區(qū)域之間的應急通信，并具有呼叫轉移和電話會議功能。

2.6 時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)由母鐘為核電廠各子項提供統(tǒng)一的時間脈沖，控制各子鐘同步運行，顯示同一標準的時間。本系統(tǒng)可提供精確的基準時間信號，目的是為ECS主交流電源系統(tǒng)的高等級繼電保護及TVS閉路電視系統(tǒng)建立一個順序的時間記錄。PLS電廠控制系統(tǒng)和常規(guī)島有其獨立的時鐘系統(tǒng)。

2.7 警報系統(tǒng)

警報系統(tǒng)獨立于其他通信子系統(tǒng)。由遍布全廠的可發(fā)出聲、光警報信號的設備組成。一個多音頻信號發(fā)生器通過警報系統(tǒng)放大器和揚聲器發(fā)出警報。高噪聲區(qū)域使用閃爍的指示燈。

警報系統(tǒng)在主控室和遠程停堆站發(fā)出信號并可進行音調選擇。

2.8 通信設備間設計

EFS系統(tǒng)為所有電廠運行人員提供有效可靠的通信手段并可向電廠指定區(qū)域人員發(fā)出應急警報信號。因此，除用于換料及停堆的聲力電話子系統(tǒng)設置在特定功能區(qū)域內，其他EFS系統(tǒng)設備遍布整個電廠。

PABX自動電話系統(tǒng)、EPABX應急自動電話系統(tǒng)、直通電話系統(tǒng)、無線電話及尋呼系統(tǒng)、呼叫通話系統(tǒng)為兩機組共用，聲力電話系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)及警報系統(tǒng)為每個機組一套。可選擇單個機組或雙機組實現(xiàn)呼叫和警報功能。兩機組間外部銅纜連接可防浪涌及電位差。

PABX系統(tǒng)交換機、EPABX系統(tǒng)交換機、時鐘系統(tǒng)GPS接收裝置、多音頻警報發(fā)生器及呼叫通話系統(tǒng)合并分離柜均設置于附屬廠房的通信設備間內。附屬廠房通信設備間布置如圖1所示。

無線電話主機MCU及呼叫通話系統(tǒng)的合并分離柜分別放置在不同房間或防火分區(qū)，由不同UPS系統(tǒng)供電。任何一個系統(tǒng)的失效不會影響另一個系統(tǒng)的正常運行。

2.9 主控室通信系統(tǒng)設計

主控室操作員需與所有語音通信系統(tǒng)進行通話。這些通信設備需放置在不同位置以避免設備故障導致系統(tǒng)不可用。設備接口位置不能與其他控制和指示設備接口相沖突。接口可連接多條通信線路與多方進行通話而無需更換設備，多個主控室人員可同時參與對話。正在使用的設備及通信線路識別通過音調和指示燈區(qū)分。區(qū)別于所有其他主控室能聽到的警報音調。設備的音量可調。系統(tǒng)可滿足今后核電廠的擴容需求。

3 與M310電站技術要點對比

在設計基準方面存在一致性和差異性。

1)一致性

AP1000電站及M310電站通信系統(tǒng)均為非安全級系統(tǒng)，但其中部分系統(tǒng)與核電機組的安全運行和實施核事故應急計劃有關。功能均為在核電廠正常運行、事故工況(不包含地震)、異常狀態(tài)(包含火災)時提供廠內外通信手段。

2)差異性

M310電站通信系統(tǒng)可靠性是通過系統(tǒng)多樣設置和冗余度來保證，AP1000電站系統(tǒng)可靠性則是通過多樣通信子系統(tǒng)交換機中繼鏈路的互聯(lián)保證。單一故障，即使是完全獨立的通信子系統(tǒng)喪失造成的故障亦不會影響電廠指定區(qū)域之間通信的有效性，這將提高整個系統(tǒng)的適應性。

AP1000電站與M310電站通信系統(tǒng)子系統(tǒng)設計及功能大體相同，但子系統(tǒng)設置方式存在較大差異，主要包括：

(1)無線電話及尋呼系統(tǒng)

AP1000無線電話及尋呼系統(tǒng)相對M310堆型電站通信系統(tǒng)為新增。并且作為AP1000電站的主要通信手段，無線電話及尋呼系統(tǒng)無盲區(qū)覆蓋全廠，可與自動電話系統(tǒng)和應急自動電話系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接，作為有線電話網(wǎng)的擴充。

AP1000電站無線電話及尋呼系統(tǒng)在核島的使用區(qū)域廣泛，因此本系統(tǒng)設備對儀表控制設備的電磁干擾問題變得尤為重要，需要對設備的電磁兼容性提出要求,符合IEC6100系列標準及NRC RG1.180《對安全相關儀控系統(tǒng)電磁和射頻干擾影響的評估導則》要求的設備才能在核島上述區(qū)域使用，這關系到核電廠的運行安全。

其運行應對電廠其他通信系統(tǒng)無干擾，反之亦然。

(2)電磁干擾呼叫通話系統(tǒng)

將M310電站中內部對講系統(tǒng)和有線廣播系統(tǒng)的功能合并為呼叫通話系統(tǒng)。

同時，呼叫通話系統(tǒng)增加了公共廣播切入功能通過撥打公共廣播號碼，從任意一臺固定電話終端或無線電話終端可通過呼叫通話系統(tǒng)進行廣播通知。

(3)警報系統(tǒng)

AP1000核電廠采用了聲光警報系統(tǒng)，而M310核電廠僅設置聲警報系統(tǒng)。頻閃燈用于環(huán)境噪聲過大使得警報聲響難以達到高于環(huán)境噪聲音域5dB，以及噪聲強度大于110dBA的場所。

M310電站聲警報系統(tǒng)作為有線廣播系統(tǒng)的備用，設置方式為雙機組共用，AP1000電站警報系統(tǒng)獨立于其他通信子系統(tǒng)，每個機組都有一套完整的警報系統(tǒng)用于在機組內啟動和發(fā)出警報信號。對于全廠應急事件，授權的機組能將其警報系統(tǒng)與其他機組警報系統(tǒng)合并。

同時增加了應急平臺設計，在應急工況下接入核電廠既有的通信系統(tǒng)，使應急指揮人員能夠通過統(tǒng)一的平臺、利用既有通信系統(tǒng)設備的功能快速、簡捷、靈活、高效地進行應急處理，并提供良好的通信保證。系統(tǒng)功能包括各通信子系統(tǒng)的接入、監(jiān)控、衛(wèi)星鏈路、統(tǒng)一的操作界面以及無線網(wǎng)絡控制器的備份，如圖2所示。

圖2 應急平臺設計圖

4 結束語

AP1000電站作為三代非能動安全先進核電廠，其通信系統(tǒng)設計相對于M310電站亦做出很多優(yōu)化，存在其先進性和可靠性。其優(yōu)勢包括：

(1)無線電話全廠覆蓋。

(2)AP1000電站呼叫通話系統(tǒng)集生產(chǎn)調度、通信和廣播功能為一體。M310電站需單獨設置有線廣播系統(tǒng)和內部對講系統(tǒng)。

(3)AP1000電站采用子系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方式保證系統(tǒng)可靠性，并且在通信設備間設置切換開關，用于切換直通電話系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、聲力電話系統(tǒng)、呼叫通話系統(tǒng)及警報系統(tǒng)在主控室與其他子系統(tǒng)的電路。

(4)系統(tǒng)供電方面，AP1000電站由非安全相關不間斷電源系統(tǒng)(EDS)供電。相對于M310電站的主電源失電后由UPS蓄電池組自動切換保證半小時供電。電源可靠性明顯提高。

綜上所述，AP1000電站通信系統(tǒng)的設計有其先進、可靠、多樣、便捷的優(yōu)點，同時也要指出通信系統(tǒng)作為非安全級系統(tǒng)，不保證全廠斷電、地震、水淹等事故工況下通信設備正常使用。因此在核事故發(fā)生時如何保證應急通信信道暢通還是需要繼續(xù)研究的課題。

[1] AP1000電站設計準則(LDX-GTEC-G1-001-B302).

[2] 電氣系統(tǒng)設計準則(LDX-GTEC-E1-001-B304).

[3] 安全相關儀控系統(tǒng)的電磁和射頻干擾評估導則(NRC RG1.180).

[4] 核電廠電磁干擾試驗導則(EPRI TR 102323).

[5] 通信系統(tǒng)說明書(LDX-EFS-E8-C01-B304).

[6] 陳戰(zhàn).AP1000后續(xù)核電項目低壓接地系統(tǒng)設置探因分析及對策[J].電氣應用，2012,06.

[7] 鄧康寧,李建華.核安全備用線路失電原因分析及對策[J].電氣應用，2012,06.