安全殼泄漏率在線監測系統設計

楊 萌，郭 猛，何慶鐳

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

0 引言

安全殼是核電廠防止放射性物質外泄的最后一道實體屏障，其完整性的監督手段有3 種：10 年1 次的安全殼A類整體試驗；換料大修期間的安全殼B、C 類密封性周期試驗；反應堆運行期間的安全殼泄漏在線監測。為了確保安全殼的完整性和密封性，需要定期地對安全殼進行密封性試驗。在機組正常運行期間，需要實時監視安全殼密封性的變化。核電站安全殼泄漏率在線監測系統，是為了在機組正常運行的工況下，通過監測安全殼內的濕度、溫度、壓力及殼外壓力，計算安全殼的泄漏率來監視安全殼的密封性，在泄漏率達到運行限值時，及時通知電站操作人員采取必要的行動[1-3]。本文從測點選取、接線箱及匯線箱、端子柜、供電、接地等方面介紹了安全殼泄漏在線監測系統的設計，為后續電站在該系統的設計提供了指導作用。

1 設計方案介紹

安全殼泄漏率在線監測系統（CLM）由現場測量儀表、測量信號傳輸網絡、數據采集處理、泄漏率計算和計算結果輸出等組成[3]。系統組成結構示意圖如圖1 所示。

圖1 系統組成結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of system composition

CLM 系統硬件，主要由現場側安全殼內溫度、濕度和壓力儀表、接線箱和匯線箱、端子柜CLM001AR 和數據采集，及處理機柜CLM002AR 組成。其中，安全殼內儀表設備、接線箱和匯線箱布置在反應堆廠房。CLM001AR 和CLM002AR 布置在電氣廠房電氣區。壓力、溫度、濕度儀表包括密封性試驗的儀表和在線監測的儀表。系統接線示意圖如圖2 所示。

圖2 系統接線示意圖Fig.2 System wiring diagram

安全殼內的溫度、濕度、壓力等儀表先接入對應的接線箱，接線箱與儀表一一對應，然后再由接線箱接入匯線箱，再由匯線箱接入端子柜。安全殼外的壓力表及外系統的流量計直接接入端子柜。信號進入端子柜后，需要在線監測的信號接入數據采集及處理機柜，需進行密封性試驗的信號接入安全殼密封性試驗系統的機柜。

1.1 測點選取

ACP1000 堆型相對于過去的M310 堆型發生了諸多的變化，如采用單堆布置，雙層安全殼結構，使得安全殼內的體積也相對變大。M310 堆型的安全殼密封性試驗測點網絡結構不能滿足使用要求，因此需要設計新的測點網絡以適應ACP1000 堆型。

以M310 堆型為例，殼內測點有59 個溫度測點、9 個濕度測點、1 個壓力測點，殼外有1 個壓力測點。經過重新設計后，由于ACP1000 堆型安全殼體積變大，增加殼內溫度測點13 個，濕度測點9 個；由于采用雙層安全殼設計，增加外層安全殼溫度測點14 個，濕度測點6 個，壓力測點1 個。因此，ACP1000 堆型殼內采用了86 個溫度測點、24 個濕度測點，2 個壓力測點，殼外有1 個壓力測點。特別地，增加的測點包括了環形空間的溫度和濕度測點。安全殼泄漏率在線監測系統測點在密封性試驗測點的基礎上，按照一定規則挑選出10 個溫度測點，2 個濕度測點（4 個儀表，兩用兩備）、1 個安全殼內壓力測點（兩個儀表，一用一備），1 個安全殼外壓力測點代表整個安全殼內溫度、濕度、壓力的物理特性。

圖3 測點選取示意圖Fig.3 Schematic diagram of measuring point selection

1.2 接線箱和匯線箱設計

通常，在第一次密封性試驗以前，安全殼泄漏率在線監測系統的測點位置遵照參考電站布置，機組密封性試驗后才能進行測點的修正（只修正一次）。測點的修正會帶來接線箱的位置改變和數據采集機柜的端子接線問題改變。M310 堆型的核電站在第一次密封性試驗前就布置好了在安全殼泄漏率在線監測測點的備用儀表的中間接線盒。密封性試驗后，由于測點位置的修正，會引起備用儀表中間接線盒的位置改變，而此時安全殼內的腳手架等設備已經拆除，接線盒的位置很難再挪動，造成啟堆前的工期緊張等一系列問題。在端子柜測點轉接時，由于測點位置的改變，M310 堆型的核電站需要在數據采集機柜進行測點端子的重新布置，增加了施工難度。

ACP1000 堆型在系統設計上充分考慮上述問題，備用儀表中間接線盒的布置時間選擇在第一次密封性試驗結束，安全殼泄漏率在線監測系統測點位置重新規劃后進行，避免了中間接線盒的位置挪動。

1.3 端子柜設計

測點修正后，由于測點位置的改變，M310 堆型的核電站采用普通的端子，需要在端子柜進行測點端子的重新布置。為了避免重布端子，ACP1000 堆型端子柜采用了一批一進二出的端子，待測點重新規劃后，只需將對應信號的端子與一進二出端子連接，再連接控制柜，既保證了后期密封性試驗的接口要求，又僅需在端子柜做簡單的柜內接線修改即能完成接線任務，減輕了施工難度。

1.4 供電設計

CLM 系統采用一路UPS 電源供電進行設計，進入機柜后進行電源分配。現場電壓范圍在220VAC±5%，頻率范圍為50Hz±1%。

1.4.1 機柜內部供電

機柜001AR 屬于端子轉接機柜，內部不配置電源，機柜002AR 接收來自現場的一路電源，給1 對冗余的24V 直流電源模塊供電。冗余的24V 直流電源給主控器、I/O 機架、交換機等系統用電設備供電，主控制器、交換機、機架均可接收兩路直流供電，I/O 模塊由機架供電，故不存在電源切換問題。

為了與系統電源隔離，采用設置一對24V 直流電源模塊為輔助供電單元，其中一個直流24V 電源為AI 模塊發送回路供電，另一個24V 直流電源則為DO 模塊數字觸點供電。

1.4.2 人機接口站等設備供電

工程師主機及顯示器、打印機、時鐘服務器等設備的供電來自總電源分配的一路電源。

1.5 接地設計

1.5.1 總體接地原則

CLM 系統機柜內設有接地保護地、系統地和屏蔽地，所有接地栓在與柜體連接處均采用絕緣處理。

保護地：又被稱為安全地，是為保證人身安全和電氣設備安全而設置的接地。凡控制系統的機柜、操作臺、儀表柜、電源柜等用電設備外殼在正常條件下不帶電的金屬部分，但由于各種原因可能帶危險電壓者均應該做保護接地。

系統地：又被稱為工作地，現場儀表信號回路接地應接入工作地，以避免信號回路中產生接地回路而導致干擾效應。

屏蔽地：又被稱為模擬地，它可以把現場信號傳輸時所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號精度。控制系統中信號電纜的屏蔽層應做屏蔽地，系統屏蔽線采用單端接地。

機柜與廠房接地網連接用的銅排，采用環形鼻栓固定方式，能適應相應要求的接地線截面積并能承受相應的能力，同時該銅排也用來連接柜內各部件的接地端，采用環形鼻栓固定方式。

活動部分如門，采用編制軟銅線（φ16mm2）連接，用環形接線片與固定部分連接。

1.5.2 與接地網的連接

CLM 機柜設置3 個接地樁，分別是系統地、保護地、屏蔽地。3 個接地樁通過不小于10.0mm2的接地線直接就入電廠接地網，該接入點半徑10m 內不得有防雷接地或者高電壓強電流設備的接地點。

現場機柜與接地網連接如圖4 所示。

圖4 機柜與接地網連接示意圖Fig.4 Schematic diagram of the connection between the cabinet and the grounding grid

2 總結

本文結合M310 堆型和ACP1000 堆型的不同特點，介紹了安全殼泄漏率在線監測系統在測點選取、接線箱和轉接箱的設計、端子柜的設計、供電和接地設計方面的實施方案，為后續電站該系統的設計提供了指導作用。