田灣核電站ARMS系統設計特性

(華龍國際核電有限公司，北京 100036)

田灣核電站ARMS系統是俄方設計由中方參與的系統，其設計要求不僅滿足俄方的法規標準，同時也滿足中方的法規標準。田灣核電站ARMS系統在國內首次實現了數字化，是VVER機組的重要組成部分。

輻射是核電站的重要特征，通過ARMS系統，監測和采集核電站相關系統、設施設備或區域的放射性參數，實時監測系統、設備及相關區域的放射性水平和設備運行狀態，自動連鎖或手動觸發相關工藝系統和設備的保護功能，以確保核電站系統設備、工作人員及核電站居民的輻射安全。

1 系統功能

田灣核電站輻射監測由ARMS系統、一系列便攜式儀表與實驗室設備組成，形成完整的輻射監測控制系統。其中便攜式儀表作為ARMS系統的補充測信息，實驗室設備用于流出物樣品進行測量及必要情況下對ARMS系統在線測量數據進行核對或對ARMS系統設備進行維修、校準[1]。

ARMS系統由4個相互關聯的功能子系統組成，它們分別是自動化工藝輻射監測系統(APRMS)、自動化輻射場所監測系統(ARSMS)、自動化輻射污染監測系統(ARCMS)和自動化個人輻射劑量監測系統(AIRDMS)。

APRMS子系統的設計用于監測保護屏障(構筑物、系統設備)的泄漏、指導分析放射性核素泄漏的來源、評估泄漏尺寸并預測其變化、監測主控室可居留性、監測放射性物質在環境中的釋放，監測放射性廢物的處理等。

ARSMS子系統用于監測和預計場所的輻射狀況，及時預警場所輻射狀況的惡化情況，采取措施降低人員遭受過量的照射，并阻止放射性物質的擴散。

ARCMS子系統用來對有關輻射安全的技術、組織、生活和衛生規定的效率進行評估，這些規定允許接受下列數據：違反規程、去污工作的必要性和便利性及其效率，人員個人保護和防止污染擴散的必要措施等數據。

AIDMS子系統用于對人員劑量負擔進行監督、預測、計算和計劃，并對人員進出受控區域進行監測，該監測旨在使人員的輻射水平不超過核電站各種工況下所規定的限值，并在劑量負擔最小化的基礎上優化工作流程。

2 功能實施

田灣核電站，對安全重要參數(SIP)的監測，采用冗余監測，根據參數重要性的不同，最多設置4個安全序列。 ARMS系統設置為4個安全序列，與田灣核電站其他系統設計一致。另外，ARMS系統的正常運行參數(NOP),由 2個正常序列和1個譜儀監測序列來實現。

2.1 APRMS子系統

APRMS子系統通過對下述工藝介質進行放射性測量，完成APRMS子系統的功能。

(1)燃料元件破損的監測

1)一回路冷卻劑水化學工況自動監測系統的同一管線上設置了3個監測道，1個監測道屬于正常序列，另2個監測道屬于1、4安全序列，用于正常和事故狀態下監測。

2)兩列乏燃料池里冷卻系統中各設置1個監測道，這2個監測道屬于1、4安全序列。

(2)反應堆冷卻劑系統及相連系統泄漏的監測

1)為了監測蒸汽發生器的泄漏，每套蒸汽發生器二次側出口的主蒸汽管道上設置4個γ劑量率監測道和1個泄漏率監測道，蒸汽發生器排污管線和凝結器排氣處各設置1個監測道，4個γ劑量率監測道屬于1～4安全序列并參與停堆保護功能，其余監測道屬于正常序列。

2)為了監測壓力容器的泄漏，反應堆豎井循環冷卻系統和控制棒驅動循環冷卻系統中各設置一個監測道，此2個監測道屬于正常序列；安全殼內設置了4個高量程監測道，用于事故監測，1個監測道同時滿足技術規格書要求的超設計基準參數事故工況，其他3個監測道屬于1、3、4安全序列。

3)為了監測其他一回路壓力邊界的泄漏，重要用戶中間回路冷卻水管線，這些通道屬于1～4安全序列。反應堆廠房的排風管線、蒸汽發生器系統隔間循環冷卻系統、主泵電機間循環冷卻系統都設置了若干個監測道，這些監測道屬于正常序列。

(3)廢液處理系統的監測

廢液處理系統的兩個儲存罐分別設置了1個監測道，這些監測道屬于正常序列。

(4)液體排放的監測

對排放液體采用槽式排放，排放前取樣實驗室測量，合格排放時設置1個監測道連續監測；另外，對重要用戶冷卻水系統、疏水站地下水系統都設置了監測道，以上監測道分別屬于1、4序列和正常序列。

(5)安全殼泄漏監測

雙安全殼的兩路負壓通風系統，每路設置了兩種不同類型的監測道，4個監測道分別屬于1、4安全序列。

(6)通風系統的監測

對可能存在放射性的通風系統，都設置了監測道，這些監測道屬于正常序列；另外，主控制室通風空調系統設置了4個監測道，1個監測道屬于正常序列，其他3個監測道分別屬于1、2、4安全序列。

(7)氣體排放的監測

對排放到煙囪中的放射性氣體處理系統、貯罐通風處理系統、汽輪機凝結水真空排氣系統都設置了監測道；另外，煙囪總排放口，設置了3套取樣回路，每套取樣回路設置了4種不同類型的監測道，共12個監測道分別屬于1、4安全和正常序列。

(8)過濾器放射性的監測

對多個凝汽器后機械過濾器和離子交換過濾器設置監測道，這些監測道屬于正常序列。

另外，APRMS子系統設置了一套液體監測譜儀和一套氣體監測譜儀，通過取樣回路對需要進行驗證確認的多個液體、氣體放射性進行掃描式監測，減少現場取樣實驗室測量。

2.2 ARSMS子系統

ARSMS子系統設置了47個監測道。其中，在反應堆廠房設置了1個中子劑量率監測道、12為γ劑量率監測道，其中4個監測道分別屬于1～4安全序列，其余監測道屬于正常序列；在安全廠房設置了4個γ劑量率監測道，都屬于正常序列；在輔助廠房設置了30個γ劑量率監測道，都屬于正常序列。

2.3 ARCMS子系統

田灣核電站，每個機組只有一個輻射控制區，進出輻射控制區的通道有2個，即男工作人員進出通道，女士進出通道，每個通道設置了更衣間。為了監測和控制放射性表面污染，每個通道的進出路徑不交叉，每個通道進出輻射控制區的進口和出口只有一個總進口和一個總出口，便于控制管理。在輻射控制區，設置了衣物監測儀和壁掛式手腳污染監測儀，衣物監測儀對被洗前的衣物進行分類和對被洗后衣物進行確認，手腳污染監測儀監測離開污染嚴重場所人員的手腳，衣物監測儀和手腳污染監測儀的監測信息是ARCMS子系統的補充。在控制區衛生總出口，設置了3臺出口污染監測儀(C1門)和2臺工具污染測量儀。在核電站男工作人員出口通道，設置了4臺體表污染監測儀(C2門)；在女士進出通道的出口設置1臺體表污染監測儀(C2門)。

為了控制放射性污染范圍和對放射性物質進行管理，在核電站主大門出口設置了4套人員污染監測儀和1套車輛污染監測儀，在核電站專用車輛出口設置1套車輛污染監測儀。

2.4 AIRDMS子系統

AIRDMS通過電子式個人劑量計及讀數系統、TLD劑量計及測量系統和全身計數器，完成AIRDMS子系統下列功能：

1)個人外照射劑量；

2)人體組織中放射性核素的成分以及含量；

3)對進入不同放射性控制區的工作人員進行管理；

4)記錄進入和離開控制區的人員信息。

3 系統組成結構

ARMS系統由現場級、自動化級、數據采集級、網絡通訊級、機組級和電廠級組成，詳見圖1。

圖1 ARMS組成結構圖Fig.1 Composition and structure of ARMS

現場級 設備由與介質直接接觸的取樣回路(閥門、泵(M)和管線等)、介質非直接接觸探測器(DU)和出入口污染監測儀(C2門)等組成，布置在工藝設備或監測點位的現場。

自動化級 設備由就地處理單元(LPU)、控制單元(CU)、譜儀等設備組成，布置在距離現場級設備10～50 m左右的范圍內；根據功能需要可設置一個 LPU一個或多個DU，組成一個監測道； LPU根據需要，可輸出模擬量、開關量和數字量，模擬量、開關量可通過硬接線連接到主儀控(正常儀控/安全儀控/后備盤)，參與儀控系統的控制或顯示記錄，數字量(包括譜儀和CU)通過RS485雙絞線串行連接，將眾多的數字信號通過一路電纜完成信息的傳輸，實現信息傳輸，大幅度降低了電纜的數量。

數據采集級 由多個數據數據采集站(DGS)和數據庫服務器組成。由于各監測參數安全等級的不同，安全重要參數的監測由1～4安全序列的監測道及對應的取樣回路完成，這1～4安全序列的監測道及對應的取樣回路與4個DGS對應，這4個DGS 位于控制廠房四個實體隔離的房間，每個房間設置了對應序列的供電柜，用于對應序列設備的供電；譜儀數據獲取工作站控制譜儀運行及對取樣回路的控制；正常序列監測道較多，設置了2個DGS，對正常序列監測道及對應的取樣回路進行管理和控制；數據庫服務器存儲各數據采集站的重要信息。另外，通過主儀控接口裝置(XU)，實現ARMS與主儀控實現數據通訊的交換。

網絡通訊級 由多個交換機(SWITCH)組成，多個交換機相互連接，實現通訊的冗余，提高信息傳輸的可靠性。

機組級 由機組RS(輻射安全)值班工程師工作站、機組劑量技術人員值班工作站、維護校準工作站、劑量實驗室工作站組成，實現人機互動。

電站級 由核電站RS(輻射安全)工程師工作站、TLD/WBC(熱釋光全身計數器)工作站 組成，另外，通過運行服務樓數據接口柜交換機與環境監測系統進行數據交換，這些設施設備屬于多個機組的共用部分。

APRMS、ARMS、ARCM和AIRDMS通過數字網絡有機連成一個整體，構成ARMS系統。另外，ARMS與其他系統進行數據信號交換，實現相關系統信號共享。ARMS與其他系統進行數據信號交換的主要具體數據如下：

1)ARMS參與正常儀控的開關量連鎖信息33個；

2)ARMS參與安全儀控的開關量連鎖信息22個；

3)ARMS模擬信號在MCR/SCR后備盤進行顯示記錄的參數24個；

4)ARMS模擬信號在MCR超設計基準顯示記錄區的參數1個；

5)ARMS通過XU送往儀控系統OM用于顯示的信號140余個；

6)ARMS通過XU接收的工藝系統信號470余個。

ARMS通過獲取其他系統的數據獲取，實現被監測設施、設備或系統運行數據的實時顯示(見圖2)，用于輻射測量結果的綜合分析評估；ARMS上傳眾多的信息、數據，參與相關系統的控制或信息顯示，部分ARMS數據上傳到核電站的診斷系統，作為核電站“先漏后裂”(LBB—Leak-Before-Break)監測的重要補充。

4 結論和展望

在核電站，對于含或可能含放射性物質的設施設備或系統故障及失效的監測，可采用溫度、壓力、流量等常規方法進行監測，也可以采用輻射特性的方法進行監測。一般來說，輻射特性監測與常規方法比較，具有非接觸介質、可不破壞回路密封和更加靈敏的特點，可提前預測或評估系統或設備的異常，豐富和全面的輻射測量信息，更能滿足LBB的要求。

田灣VVER核電站的ARMS系統，對眾多的系統和主設備進行了輻射測量，特別是對反應堆冷卻劑系統及其連接系統設備進行了全面的監測；同時設置了掃描式高純鍺譜儀，對重要實時工藝輻射測量數據進行精確核對測量，減少人員現場測量和取樣。機組重要輻射監測參數通過硬接線送入主儀控系統，用于系統連鎖保護及后備盤報警或記錄。另外，與主儀控系統眾多交互的數據交換，實現了ARMS系統與電站儀控系統的數據共享。

國內在役和在建核電站的輻射監測系統，大多采用M310堆型的設計理念，僅對少數設備、系統及場所進行輻射信息監測，眾多設備、系統的輻射信息需通過便攜式儀表人工現場測量或現場取樣實驗室測量來確定。

圖2 ARMS典型實時畫面Fig.2 Typical real-time display of ARMS

本文為“華龍一號”輻射監測系統的持續改進，提供了重要的參考。