田灣核電站自動輻射監測系統設計

孫元君，趙衛軍

（中國核電工程有限公司，北京 100840）

田灣核電站自動輻射監測系統（ARMS）是儀控系統的重要組成部分，它是俄方和西門子公司設計、中國核電工程有限公司作為后援單位的共同成果。根據其功能的不同，ARMS分為工藝監測（APRMS）、場所監測（ARSMS）、沾污監測（ARCMS）和個人劑量監測（AIRMS）。該系統主要用來判斷工藝回路運行是否正常，核電廠各層屏障是否完整，防止工作人員受到高輻射照射和體表沾污，自動啟動隔離設備或其他系統，減少放射性事故產生的廢液和廢氣造成的污染，最終實現輻射防護和安全最優化。

田灣核電站一期工程由兩臺機組組成，每個機組都有獨立的輻射監測控制室（MRMR），每個機組的輻射監測控制室不僅能集中顯示兩臺機組ARMS系統的信息，而且能控制各自的ARMS系統。兩臺機組輻射監測控制室的信息通過電站級網絡設備，實現信息相互共享。

ARMS系統與儀控系統是相對獨立的，兩者之間通過XU和硬接線相連。通過XU的參數為613個，其中，從ARMS系統傳輸到儀控系統的參數為144個，從儀控系統傳輸到ARMS系統的參數為469個；通過硬接線的開關量58個、模擬量25個，它們全都是從ARMS系統傳輸到儀控系統的參數，這些參數中的開關量參與儀控系統的連鎖、保護，而模擬量用于顯示記錄。

1 ARMS設計要求[1]

1.1 ARMS設計總體要求

1）在正常運行和應急狀態下能完成工藝輻射監測、場所監測的所有功能;

2）下層設備可獨立完成對ARMS系統輻射參數的監測、所采集信息的初步處理、超閾值報警、監測信息的簡單顯示以及和上層的信息交換;

3）在信息采集地可使用就地計算機完成系統的功能;

4）儀控系統和ARMS系統之間可進行信息交換，完成APRMS、ARSMS、AIRMS和ARCMS系統的一系列功能;

5）ARMS系統的各個子系統之間可以進行信息交換;

6）ARMS系統需把信息輸送到位于不同廠區的7個工作站（機組工程師站、機組劑量站、維護校準站、劑量實驗室站、全廠工程師站、全廠TLD/WBC熱釋光及全身內照射站）;

7）ARMS屬于分布式信息處理系統，中心數據庫與ARMS系統局域網相連。

1.2 ARMS運行時需實現的功能

1.2.1 主要功能

1）信息的采集和初步處理；

2）測量結果的記錄和備份；

3）信息處理和超閾值報警；

4）基于模擬計算的信息處理；

5）信息輸出；

6）數據庫管理；

7）與ARMS系統外部用戶進行信息交換。

1.2.2 輔助功能

1）執行機構的控制；

2）軟件和硬件的診斷；

3）刻度和試驗程序；

4）對無授權訪問信息和設備的保護。

由于ARMS設計要求具體復雜，傳統的模擬信息設計不能實現上述功能，ARMS數字化設計成為必然的選擇。

2 ARMS組成結構[2]

由于ARMS確定為數字化設計方案，ARMS組成結構分為軟件和硬件；其中軟件主要包括操作系統Windows/Linux，應用軟件為Visual C，數據庫為Oracle；另外ARMS的硬件組成結構分為上、下兩層，下層分為現場級、自動化級；上層分為數據采集級、網絡通訊級、機組級和電站級。ARMS硬件各部分的主要技術要求及功能如下。

2.1 ARMS下層

ARMS下層分為現場級、自動化級，由下列設備裝置組成：

1）探測器裝置（DD）或探測器單元（DU）和提供測量數據處理的就地處理單元或就地顯示單元（LPU）；根據設計的要求，DD或DU產生的模擬信號通過LPU可轉化為數字信號、開關量信號或直接輸出模擬信號。

DD或DU所使用的探測器類型有閃爍體探測器、半導體探測器、電離室、正比計數器四類；1號、2號機組每個機組的固定式DD或DU為182臺，1號、2號機組公用的固定式DD或DU為9臺；一些典型DD或DU的測量范圍如下：

— 在線中放液體活度測量儀：3.7×107～3.7×1014Bq/m3。

— 離線低放液體活度測量儀：3.7×103～3.7×109Bq/m3。

— 惰性氣體活度測量儀：3.7×103～3.7×109Bq/m3。

— 設計基準事故及超設計基準事故的高量程γ測量儀：10-2～3.7×105Gy/h。

— 低量程區域γ測量儀：10-8～3.7×102Gy/h。

2）用于執行機構控制的數字控制裝置（CU）以及受CU控制的可動部件（M），如電動閥、電磁閥和泵，其中每個機組取樣泵6臺，用于氣體取樣回路。

除此之外，還有一些特殊的下層設備：

1）掃描式液體、氣體γ譜儀各1臺，為高純鍺γ譜儀。

2）實驗室譜儀及WBC全身污染監測儀。

3）個人劑量計及其讀出器。

4）監測人員離開放射性控制區的C2門。

5）人員和車輛污染監測設備，該設備屬于1號、2號機組公用的探測器裝置或探測器單元，總共6臺。

下層設備裝置中具有處理功能的部件，對信息進行初步處理可生成開關量信號、數字信號或直接輸出模擬信號，其中數字信號通過ARMS的上層設備傳輸到I&C的TXP或TXS，開關量信號和模擬信號直接傳輸到I&C的相關部件中；另外，下層設備裝置具有接收、執行上層設備裝置的控制命令。

2.2 ARMS上層

ARMS上層分為數據采集級、網絡通訊級、機組級和電站級，由下列設備裝置組成：

1）數據采集站：采用工業計算機，每個機組7臺；其中4臺用于安全重要參數（SIP）數據的采集，安裝在4個不同的房間，分別屬于1、2、3、4 SIP；另外3臺用于正常運行參數（NOP）數據的采集，其中2臺用于1、2 NOP數據的采集，1臺用于掃描式γ譜儀數據的采集。在設計中，根據SIP的不同，對同一參數可設一道、二道、三道或四道獨立的監測道，如監測蒸汽發生器泄漏的主蒸汽管，在同一位置設置了4個獨立的監測道，此4個獨立監測道分別屬于1、2、3、4 SIP，其數據對應地送到1、2、3、4 SIP數據采集站，保證其獲得的數據可信可靠。

2）數據庫服務器：提供ARMS實時數據和歷史數據，實時數據按一定的要求存儲變成歷史數據，定期用移動硬盤下載ARMS歷史數據。

3）網絡通訊設備：6臺SWITCH，1臺路由器，實現網絡通訊。

4）機組級及電站級工作站：不同的工作站通過網絡通訊設備，實現資源共享和遠程控制。

2.3 與外部接口

1) 外部連接單元（XU）：屬于儀控系統設備，ARMS上層和儀控系統進行數據交換需經過帶防火墻的XU。

2）環境監測：通過ARMS電站級SWITCH，ARMS同環境監測（AREMS）進行數據交換。AREMS的環境γ監測及氣象監測數據實時地傳送到ARMS中，ARMS排出流參數也可實時地傳送到AREMS服務器中，ARMS根據需要可調用環境監測的數據。

3) 輔助鍋爐水：輔助鍋爐水用于辦公室供暖，加熱蒸汽來自核電廠二回路乏蒸汽，為了保證辦公室供暖的放射性安全，對供暖水設置了3道輻射監測道，這3道輻射監測道的數據通過路由器進入ARMS。

4) 便攜式儀表數據：便攜式儀表測的數據，可在劑量實驗室工作站輸入ARMS。

3 工作站功能分配

工作站是ARMS上層的組成部分，用于顯示和控制。田灣核電站在ARMS中設計了如下工作站：

1) 機組工程師站：監測、控制機組相關系統的輻射參數。

2) 機組劑量站：監測、控制進出衛生出入口人員的個人劑量。

3) 維護校準站：編制ARMS設備維護和校準的計劃。

4) 劑量實驗室站：獲取實驗室數據。

5) 電廠工程師站：監測電廠相關系統的輻射參數。

6) 電廠TLD/WBC工作站：獲取個人內、外照射的數據。

工作站的結構和它們的功能可按用戶的要求來設計。由于田灣核電站ARMS使用了分布結構，工作站的數量可以改變，它們的功能也可以重新分配。

每一個工作站都有就地數據庫，能實現快速存取、檢索和查詢，并可把這些信息打印出來。

4 結束語

田灣核電站ARMS功能分類完整，采用了現代數字化設計方案，實現了分散控制和集中管理，避免了集中控制產生的風險；ARMS運行時圖表直觀方便，便于運行人員操作管理ARMS，為后續核電廠輻射監測系統的設計起到了示范作用。

[1]馬一.連云港核電廠工程核島儀表和控制系統：第七卷[R].北京：核工業第二研究設計院設計文件，1999.（MA Yi.Lianyungang NPP Instrument and control system of nuclear island volume 7 [R].Beijing：BINE，1999.）

[2] S.Onufrienko.Lianyungang NPP Technical Design Part 3 Technological Solutions 3-8 Radiation Monitoring within the NPP fence [R].Saint Petersburg：Saint Petersburg Research and Design Institute，1999.