田灣核電站外圍輻射環境監督性監測系統淺談

曹鵬濤 徐繼圓

摘 要：本文主要介紹田灣核電廠外圍輻射環境監督性監測系統，內容包括其監測點布局、監測設備組成、數據傳輸架構分析及電源保障結構等方面，展開介紹該系統技術特點，分析其保持長期穩定運行的主要因素。

關鍵詞：監測系統;電源保障;數據傳輸

近年來，我國核能發電發展迅猛，核電廠數量逐年增多，核電輻射環境監控日趨重要。江蘇省田灣核電站廠址位于江蘇省連云港市連云區田灣，廠區按8臺百萬千瓦級核電機組規劃，并留有再建4臺的余地。一期工程已建設2臺單機容量106萬千瓦的俄羅斯AES-91型壓水堆核電機組，二期工程3、4號機組也于2018年2月和12月投入商業運行。鑒于國家及江蘇核電發展及保護的背景，江蘇省核與輻射安全監督管理中心于2014年10月開工建設了田灣核電外圍輻射環境監督性監測系統，2015年10月該系統正式投入使用。

田灣核電外圍輻射環境監督性監測系統監測方式，主要采用陸地環境γ輻射劑量率連續監測、環境介質監測。陸地環境γ輻射劑量率連續監測可實時掌握核電周邊空氣γ劑量率變化情況，環境介質監測可掌握核電站周邊環境人工核素排放水平。本文將從監測子站布局、監測設備組成、數據傳輸架構分析及電源保障結構等方面詳細介紹田灣核電外圍輻射環境監督性監測系統架構組成及其保持穩定運行的技術特點。

一、監測自動站網布局

田灣核電外圍輻射環境監督性監測系統由14個監測子站組成，其中6個監測子站由上一代田灣核電監督性監測系統升級建造而成，剩余8個監測子站為新增站點。

廠前區、高公島、楊圩、連云、墟溝和新浦 6個監測子站，是由上一代田灣核電外圍輻射環境監督性監測系統已有子站升級建造而成，覆蓋了5個方位。新增的8個子站，根據田灣核電站周圍環境實際情況，在 NNE、N、WNW、WSW、W、SSW、S和SSE共 8個方向上，選址新建了柳河、連島、宿城、東巷、中云、封跳、蒿西、蒿東8個監測子站。整個系統依據γ輻射連續監測系統監測子站布點原則及選址基本要求，結合“三關鍵”、人口分布、風向等因素進行選點選點布局，具體原則如下：（1）點位周圍環境相對穩定。（2）點位設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下風向、次下風向和居民密集區設置監測子站。（3）除新浦子站對照點外，其他監測子站建設在田灣核電站煙羽應急計劃區內或附近，其中部分監測子站與田灣核電站自主運行的監測點位重疊。

除以上原則外本系統還兼顧考慮了站址的便利性、監測的長期性、系統的安全性、運行的經濟性等多方面因素。[1]田灣核電外圍輻射環境監督性監測系統14 個監測子站，在田灣核電站外圍的陸域環境形成全覆蓋，滿足國家目前對核電站外圍輻射監測站網的要求，具體分布情況詳見圖1。

二、監測系統組成

設備簡介：田灣核電監督性監測系統14個監測子站中，6個加強型子站，8為標準型子站。加強型子站監測項目包括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，標準型子站監測項目包括γ輻射劑量率、感雨及子站安防參數。

（1）主要在線監測設備：環境γ輻射劑量率是整個監測系統的核心部分，對數據的有效性、準確性和獲取率均有很高的要求。監測儀器要求具有高靈敏度精度、響應快、測量范圍寬等特點，綜合考慮后本系統選用了美國GE公司的RSDetection，其技術指標見下表。

該設備配備內置電池，可獨立續航不少于48小時，為該設備電源保障，提供硬件支持。且該設備具備多種類型數采端口，數據傳輸選擇多樣，可形成數據傳輸鏈路冗余，以保障數據捕獲率。

γ能譜監測儀選用德國ENVINET公司生產的SARA AGS911型溴化鑭譜儀。該設備可以快速識別空氣中的人工放射性核素，主要用于核輻射狀態下的早期預警，設備每5分鐘向數據中心上傳一次數據。主要參數：1.5*1.5英寸溴化鑭閃爍體探測器，劑量率測量范圍是1nsv/h～80μsv/h，能量分辨率是<3%，能量范圍30kev～3Mev。

（2）主要采樣設備。主要采樣設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行收集采樣，而后交付實驗室進行放射性核素濃度分析。

超大流量空氣采樣器采用產自芬蘭JL-900型采樣器，主要參數：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;數顯內容包括氣壓，氣流量，氣體累積流量，采樣累積時間。大流量空氣采樣器采用JL-150型采樣器，主要參數：最大功率1.5kW;最大流量150m3/h;濾紙尺寸285*235mm。

三、數據傳輸架構分析

目前多數輻射環境監測系統高氣壓電離室實時數據單一線路、單一模式的監測數據采集傳輸，如果傳輸的環節單點出現故障，數據將無法傳輸至服務器，結果導致實時監測數據捕獲率不高。

田灣核電監督性監測系統采用雙線雙模的傳輸方式，雙線數據傳輸線路互為備份，并進行故障檢測和通知，甚至在數據采集終端出現故障的極端條件下，服務器通過網絡協議直接從高氣壓電離室端獲取數據，可極大增加數據獲取率，整體架構如圖2。

田灣核電監督性監測系統使用RSDetection高氣壓電離室具備網絡TCP/IP接口、串行RS 232接口，數據采集終端同時接收來自高氣壓電離室網口與串口數據，并定時判斷數據是否接收到數據，系統優先存儲高氣壓電離室網絡端口數據，如果網口數據中斷會自動切換存儲串口數據。當數據采集終端故障，服務器通過判斷可直接通過網絡協議直接從高氣壓電離室獲取數據。雙線雙模數據傳輸方式，提升數據傳輸效率，保證高氣壓電離室實時數據不間斷傳輸。

四、電源保障結構

在線監測設備及數據采集系統多為UPS電源供電，但在使用過程中發現，如果UPS出現故障、高氣壓供電中斷或數據采集系統出現故障，均會發生大量數據丟失故障，且系統掉電后運維人員不能及時得到故障告警，導致維修時效性降低。田灣核電監督性監測系統采用電源三重保障可相互輔助準確判斷故障原因并及時發出告警通知，極大的保證高氣壓電離室實時數據不間斷傳輸，供電系統基本架構見圖3。

通過三重保障（高氣壓電離室內部供電系統、STS轉換系統、UPS）可保障高氣壓電離室數據采集系統持續供電，并通過3路運行參數，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，可準確判斷STS與高氣壓電離室間，供電線路存在異常。

五、結論

田灣核電外圍輻射環境監督性監測系統通過合理的點位設置，監測設備的深度開發，設計了雙線雙模數據傳輸方式，提升數據傳輸效率，保證在線監測設備實時數據不間斷傳輸，同時利用三重保障的電源，及其精細化的故障判斷機制，保證監測設備持續供電。系統自2015年10月投入使用以來空氣吸收劑量率（5分鐘）數據捕獲率持續保持99%以上，2016年5月至2019年5月3年間更是持續保持數據捕獲率為100%，在國內處于領先水平。

核電站外圍環境輻射監測是一項復雜的任務，隨著監測技術的不斷發展，國家對在線監測要求不斷提高，田灣核電站外圍輻射環境監督性監測系統可高質、高效地完成田灣核電站外圍輻射環境的監測任務，可為國內同類系統的建立提供值得參考和借鑒的經驗。

參考文獻：

[1]朱耀明，林明貴.寧德核電廠外圍環境γ輻射連續監測系統[J].海峽科學，2016（6）：75-78.

[2]王鳳英，朱曉翔.田灣核電站外圍環境γ輻射連續監測系統開發研究[J].中國輻射衛生，2009，18（4）：458-460.

[3]劉建，楊斌.秦山核電基地外圍環境γ輻射連續監測系統[J].輻射防護，2005，25（5）：296-304.

[4]廖建華，黃乃容.廣東省核電廠外圍自動連續監測系統淺談[J].能源與環境，2013（3）：86-88.

作者簡介：曹鵬濤（1982-），男，漢族，陜西西安人，碩士，電力電子與電力傳動專業，長期從事核與輻射監測領域工作。