核電廠輻射監測系統總體結構優化過程及改進方案

梁彥杰

(福建寧德核電有限公司， 福建 寧德， 355200)

核電廠輻射監測系統(KRT系統)的功能是確保核電廠的運行安全，以及工作人員和周圍居民免受超劑量的輻射——主要包括工藝監測、流出物監測、區域監測以及報警與隔離。寧德核電KRT系統的設計是以嶺澳核電一期為參考電站，以嶺澳核電二期的設計文件為參考文件進行的，其總體結構在嶺澳核電二期的基礎上進行了改進，簡化了系統結構，增強了系統的可靠性，是同類型電站中總體結構最優化的系統。

1 嶺澳核電一期的KRT系統

嶺澳核電一期的KRT系統采用模擬儀表搭建而成，主要包括探頭、測量盒、接線盒、就地顯示報警盒、INR遠程機柜，如圖1所示。

圖1 嶺澳核電一期的KRT系統總體結構

就地產生的脈沖信號通過INR機柜進行數字顯示，并在該機柜處轉換成模擬量信號、開關量信號，模擬量信號傳輸到主控側，開關量信號傳輸到繼電器機柜側。

優點：①技術比較成熟，有較長的運行經驗； ②所有固定式監測通道的下層結構從現場探頭到遠程顯示單元都是完全獨立的； ③不依賴于DCS系統。

缺點：①遠程顯示單元INR故障率高，并影響1E級通道的連鎖動作，采購成本和運行維修成本很高； ②數字化程度較低； ③缺乏冗余設計。

2 嶺澳核電二期的KRT系統

針對嶺澳核電一期的經驗反饋，嶺澳核電二期的總體結構做了一些改變。嶺澳核電二期KRT系統主要包括現場的探頭、就地處理/顯示單元、遠程顯示單元RDU及用于安裝RDU的集中機柜、信息機柜等設備。嶺澳核電二期KRT系統總體結構如圖2。

相比嶺澳核電一期，嶺澳核電二期的改進項目主要有：①將測量盒和就地顯示報警盒更改為就地處理/顯示單元LPU/LDU； ②在LP(D)U側將脈沖信號轉換成開關量、模擬量及數字信號； ③對于1E級監測通道，其測量數據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增加信息機柜。該機柜內設一臺KRT服務器(輻射監測計算機)和網絡連接設備，對本機組和共用的KRT監測通道進行集中信息顯示和控制，并與DCS系統進行通訊，所有KRT監測通道的信息都會從RDU送到KRT服務器，之后以通訊方式將數據傳送到DCS并在主控室數字化人-機界面(HMI)上顯示； ⑤增加了冗余設計。

優點：①所有固定式監測通道的下層結構從現場探頭到遠程顯示單元都是完全獨立的； ②所有固定式監測通道與DCS系統的接口都集中在電氣廠房15.5 m的集中機柜里； ③可通過集中機柜的RDU對現場就地處理(顯示)單元實現集中供電。

缺點：①RDU的功能可由就地處理(顯示)單元和KRT服務器分別實現，本方案系統結構比較復雜，增加了采購、運行和維護成本； ②由于LPU/LDU與RDU是一一對應的關系，所以從電氣廠房15.5 m到現場的就地處理單元需要敷設大量的電纜。

從嶺澳核電二期KRT系統的總體結構來看，數字化技術的應用不僅沒有簡化儀表控制結構，反而使其變得更復雜。

3 田灣核電KRT系統設計經驗反饋

田灣核電的KRT系統的總體結構中沒有使用RDU，其固定式監測通道的典型結構見圖3。

由圖3可知，各監測通道的LPU先通過RS485的通訊方式串聯起來，然后再將數據傳送到數據采集計算機。在此典型結構中，并未使用RDU。采用這種典型結構的優點是可以節省現場監測通道到數據采集計算機的電纜；缺點則是數據通訊未進行冗余設計，如果整個網絡中某處故障，則故障點之后的所有監測通道的數據無法傳送到數據采集計算機和上層結構中。

圖2 嶺澳核電二期KRT系統總體結構

4 取消RDU后的功能分析

對現有的KRT系統進行改進，取消RDU及集中機柜，則KRT系統中RDU的功能可以考慮分別由數字化儀控系統中不同部分去實現：

(1) KRT服務器都布置在電氣廠房標高15.5 m房間內，RDU遠程顯示監測道參數的功能可以在KRT服務器上實現，也可以根據運行的需要，設置遠程顯示終端；

(2) 可將記錄監測通道的運行狀態和報警信息、遠程修改監測通道閾值等功能由KRT服務器的軟件實現；

(3) 對LPU的集中供電可另設配電箱，新設置的配電箱的數量、安全等級和布置的房間與被取消的集中機柜一一對應；

(4) 原通過RDU用硬接線方式向DCS系統傳送數據的功能可以由現場的LPDU實現。

由于RDU安裝在集中機柜中，取消了RDU，相應的集中機柜也將取消。集中機柜具有報警禁止和電源轉換(將220 V交流轉換為48 V直流)的功能，取消集中機柜后，報警禁止的功能可以在KRT服務器上通過軟件實現，而48 V直流可由220 V交流在配電柜或LPU/LDU內轉換而來。

在保證KRT系統功能完整的前提下，取消RDU后，有以下優點：①可以節省采購RDU的費用； ②免除與RDU有關的運行和維護成本；③KRT系統結構簡化，系統的可靠性會有所提高； ④取消RDU后，所有監測通道通過RS485通訊口在現場串聯起來，用少量的電纜將信號送到KRT服務器中，這樣可以節省每個監測通道到RDU的長距離通訊電纜。

圖3 田灣核電的KRT系統的總體結構

5 寧德核電KRT系統總體結構

寧德核電KRT系統總體結構設計是以嶺澳核電一期為參考電站，以嶺澳核電二期的設計文件為參考文件進行的，其總體結構在嶺澳核電二期的基礎上進行了改進，但系統功能保持不變。寧德核電KRT系統總體結構如圖4。

相比嶺澳核電二期，寧德核電KRT系統總體結構改進的項目有：①輻射監測探頭和LPU/LDU的現場布置及連接方式與嶺澳核電二期保持一致，僅對每個監測通道分別增加了連接盒(JB箱)；②所有監測通道通過RS485通訊接口在現場就近串聯(不考慮監測通道的安全分級，但考慮采取合適的隔離措施)，分幾組通過RS485總線將信號傳送到KRT服務器，然后分別與KRT服務器進行數據通訊； ③各固定式監測通道的JB箱(均有2個RS485端口)之間的RS485通訊方式采用冗余設計，每組監測通道的數據將分別傳送到2臺KRT服務器； ④KRT服務器需要確保有足夠的RS485端口接收來自各組固定式監測通道的信息，而各組監測通道之間沒有聯系； ⑤用LPU/LDU取代RDU，完成部分通道與DCS之間硬接線的數據通訊。

優點：①可以節省采購RDU的費用； ②免除與RDU有關的運行和維護成本； ③KRT系統結構簡化，系統的可靠性會有所提高； ④取消RDU后，所有監測通道通過RS485通訊口在現場串聯起來，用少量的電纜將信號傳送到KRT服務器中，這樣可以節省每個監測通道到RDU的長距離通訊電纜。

不足之處在于數據通訊對KRT服務器的依賴性較高。兩臺機組共用兩臺服務器，實現冗余功能，如一臺服務器出現故障，則會大大加大數據通訊中斷的風險。考慮到KRT服務器的集中控制及數字化通訊的重要性，它的穩定性至關重要，隨著時代的發展，用性能更佳、穩定性更好的服務器或交換器進行替代，可能是KRT系統進一步優化的方向。

圖4 寧德核電KRT系統總體結構

6 結論

寧德核電KRT系統總體結構在嶺澳核電二期的基礎上，考慮嶺澳核電一期的運行經驗和田灣核電KRT系統的設計經驗反饋，充分利用數字化輻射監測設備的特點，取消了RDU和集中機柜，簡化了系統結構，增強了系統的可靠性，節省了初次采購成本和運行維修成本，而且在不需要改變探頭和LPU的現場布置，也不改變它們之間連接的情況下，還能保證KRT系統的總體功能與嶺澳核電二期一致。目前，寧德核電KRT系統總體結構的設計已作為CPR1000項目電廠輻射監測系統的標準化設計方案。