5G在核電行業的業務場景研究

吳銀偉，郭 璇（中國核電工程有限公司，北京 100035）

0 引言

目前國內外核電廠的主要通信手段仍為有線通信，調試、檢修、巡檢人員無法擺脫固定電話線纜的束縛，且各生產崗位的通信需求量巨大，工作的靈活性和高效性受到了很大的限制，通信業務的智能化水平較低。同時，隨著5G、物聯網、工業互聯網、人工智能等新技術的不斷發展，在核電廠中引入以上新技術，通過信息化和智能化技術與核電廠工業技術之間的融合，提升核電廠的數字化、智能化水平，已成為智慧核電發展的重要方向和關鍵突破口。

作為核電廠信息傳輸的主動脈、產業轉型升級的加速器、智能化建設的新基石，在核電廠建設5G 無線通信網絡來承載智慧核電的各類智能應用的需求是非常迫切的。對核電廠可利用5G 無線通信網絡實現的智能應用進行充分挖掘，可為核電廠5G無線通信網絡規劃提供充實的基礎資料。

1 核電廠無線通信網絡建設現狀

目前國內雖然已經有部分核電站建設了無線通信系統，但主要目標是實現核電廠無線語音通信功能。隨著無線通信技術和智能化技術的發展，各核電廠都在不斷推進高速無線通信網絡建設，在實現移動語音通信的基礎上，不斷挖掘新型智能應用，實現無線通信網絡應用價值的最大化。

核電廠須選擇滿足核電廠智能化發展需求的無線通信技術作為核電廠的新型基礎設施，推動核電廠的智能化、智慧化。ITU 定義了5G 三大應用場景：增強型移動寬帶、海量機器通信和超高可靠低時延，這三大應用場景都可助力核電廠實現更多的智能應用。

a）增強移動寬帶應用。例如無線視頻的應用，在核電廠高劑量區域及人員不易到達區域部署無線攝像機，利用AR/VR實現員工培訓。

b）海量機器通信應用。例如目前三門核電已經實現的遠程智能輻射監測系統，在線監測非介入式傳感器實現設備健康管理。

c）超高可靠低時延。例如實現機器人的智能巡檢等應用。

5G 應用場景和核電廠各類智能業務需求是非常契合的。

2 核電廠無線通信網絡業務場景

2.1 概述

根據核電廠運行維護特點，核電廠內基于無線通信系統的業務場景主要包括三大類：移動應用類、數據采集類和過程控制類。

2.2 移動應用類業務

移動應用類業務場景主要包括：先進融合通信系統、智能巡檢、智能維修、智能運行操作、移動辦公、在線培訓及遠程專家診斷等。

a）先進融合通信系統。依托無線通信系統，建設富媒體集群調度平臺，提供語音、短信、圖片、視頻等富媒體通信能力。融合核電廠有線通信系統，提供點對點通話、多方通話、語音和視頻會議、通知發布等功能，為核電廠提供有效的現場通信、通知、調度和指揮功能，并支撐核應急、消防應急和核安保突發事件應急情況下的指揮調度工作。

b）智能巡檢。巡檢人員可通過移動終端，實時錄入在巡檢、操作過程中發現的問題和缺陷，上傳照片、視頻、巡檢數據，記錄巡檢情況。

c）智能維修。通過移動終端實現取票、還票，電子化工作包，實現維修規程、圖紙查詢電子化，質量、安全控制點的見證遠程觀察指導。

d）智能運行操作。實現運行規程、圖紙、操作單等數字化移動應用，提升運行操作工作效率。

e）移動辦公。多個業務平臺的辦公應用環境擴展到生產現場，方便生產人員辦理相關事務，提高生產管理效率。

f）在線培訓及遠程專家診斷。疑難操作遠程指導，便于實現專家遠程在線支持。維修人員攜帶視頻設備或AR 眼鏡，全程實時回傳操作影像，并保持語音通話，維修過程中如果涉及設備的異常情況或者現場人員對現場缺陷無法判斷，可以調用視頻診斷功能，建立視頻診斷會議室，和內外部專家一起召開視頻會議，實現現場工作實施視頻協同。

2.3 數據采集類業務

數據采集類業務場景主要包括：智能配電網、智慧消防、智能輻射防護和監測、視頻圖像數據、工業總線數據無線傳輸及物聯網數據采集等。

a）智能配電網。通過5G 網絡進行智能化中低壓開關柜設備健康監測數據的傳輸，滿足一體化配電管理需求。在安全可靠的基礎上，提高配電系統管理效率，降低管理及維護費用，提供配電設備健康狀態分析，實現電力系統實時監控及能耗軌跡透明度管理，通過專家大腦平臺化優化電網運行效率。

b）智慧消防。基于5G 網絡建設智慧消防集成管理平臺，實現部分消防系統狀態實時監控，消防器材管理，消防隱患管理，消防授權培訓，消防應急救援，消防隊日常管理，消防許可證辦理等功能。通過數據采集、分類、融合、計算及后續預警研判，實現科學決策和實施。5G網絡為其提供通信指揮調度功能，通過配備的個人移動終端實現管理平臺移動辦公。

c）智能輻射防護和監測。部分區域的固定式劑量率監測儀的設置，以及一定數量的便攜式的γ 輻射劑量率儀，通過5G無線網絡實現現場劑量率測量的實時傳輸和后臺的數據管理，減少人員數據調用、讀取和錄入等的工作量；表面沾污監測系統通過5G網絡實時上傳設備當前的測量值、設備運行狀態、運行維護狀態等。

d）視頻圖像數據、工業總線數據無線傳輸及物聯網數據采集。便捷部署固定式無線攝像機或移動式無線攝像機，可實現對關鍵重要設備和區域實施連續視頻監控，對關鍵敏感區域進行出入管理；對重要作業現場、臨時施工點、事故點和維修過程進行臨時視頻監控；對邊遠區域、危險區域實施無人巡檢和少人巡檢，智能巡檢；對現場人員行為進行監督，對人員裝具佩戴情況進行監督。海量物聯網數據接入，可實現智能運維與健康管理系統基礎數據采集與傳輸網絡；為廠區智能化管理提供技術支撐，如智慧交通、智慧水務、倉儲管理等。

2.4 過程控制類業務

過程控制類業務場景主要包括DCS 系統過程控制、燃料操作與貯存系統過程控制等。

a）DCS 系統過程控制。將目前通過有線通信形式傳輸的DCS 系統狀態監測和控制信號通過無線通信形式進行傳輸。

b）燃料操作與貯存系統。通過無線方式實現設備之間，以及設備與遠端控制室之間進行語音、視頻、設備信息、控制指令等數據的交換。

3 建議

通過梳理核電廠無線通信系統業務場景需求，建議核電廠無線通信網絡業務承載分3個階段實現。

第1 階段實現移動應用類業務，此類業務僅需進行各類軟件開發，對核電廠其他工藝系統及設備影響較小。

第2 階段實現數據采集類業務，此類業務除需具備無線通信網絡外，還需其他工藝系統設備本身具備無線通信傳輸功能，或通過工業無線通信網關實現有線通信到無線通信的轉變。

第3 階段實現控制類業務，由于核電廠核安全的重要性，任何情況下都需要保證核安全，新技術的應用需經過大量的試驗驗證，保證系統的安全、可靠、穩定運行。

后續核電廠建設5G無線通信系統，需在核電廠無線通信業務需求的基礎上，對核電廠業務需求進行深入分析，并充分利用5G技術特點，對核電廠5G網絡進行合理規劃。