一種核電廠環境輻射監測系統改進的初步探討

陳政濤 凌君

摘要：福島事件后，國家核安全局組織專家對國內在役在建核電廠進行安全大檢查，并發布《福島事故后核電廠改進行動通用技術要求（試行版）》，根據要求，對在建CPR1000及EPR項目實施環境監測設施改進（PF）。在今后的項目中，在滿足技術要求的前提下，對廠區輻射和氣象監測系統進行結構優化，以提高系統穩定性和可靠性。

Abstract： After the Fukushima incident， the National Nuclear Safety Administration organized experts to carry out safety inspection on domestic in-service and in-building nuclear power plants， and issued a "After Fukushima nuclear power plant accident improving action general technology requirements （trial version）"， according to the requirements above， the CNPEC carry out the environmental monitoring facilities improvements （PF） on CPR1000 and EPR project. In the future project， the structure of the plant radiation and meteorological monitoring system has been optimized and improved the stability and reliability of the system.

關鍵詞：網絡構架；KRS系統；輻射監測

Key words： network architecture；KRS System；radiation monitoring

中圖分類號：TL75+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0243-03

0 引言

廠區輻射和氣象監測系統（KRS）用于監測核電廠廠區和周圍環境的輻射水平以及氣象數據，以評價正常運行及事故期間從核電廠釋放或泄漏出去的放射性物質對周圍環境的影響，從而保障核電廠周圍公眾和廠區工作人員的健康和安全，同時為核應急指揮系統可用的評價參數，為應急指揮提供決策依據[1]。

1 傳統KRS系統及PF改進項存在的不足

1.1 傳統KRS系統硬件網絡存在的不足

CPR1000項目PF改進項發生在福島核事故后。依據國務院全國核設施安全檢查對在建核電廠的安全審評要求，提出了PF改進設計方案。這種方案是對原KRS系統的一個補充，但是從硬件的網絡架構到軟件的實現上來看，PF改進項和原KRS系統既有設備重復，又缺少與原KRS系統整合為一體的設備及功能上的冗余，造成了部分設備的浪費和系統的不兼容。

該系統的主要特點是：當處于非事故、非應急情況下時，由環境實驗室的KRS中央站設備對環境γ、氣象數據進行采集、數據處理、圖形顯示和報表顯示及打印。而位于應急指揮與行動中心的數據監測工作站僅提供監控數據的實時畫面。當處于事故（強臺風、地震）情況下，各監測站點設備及通訊，部分受到損毀時，原KRS系統無法有效運行其功能。

1.2 傳統KRS系統及功能軟件存在的不足

傳統KRS軟件系統需對不同用戶安裝不同的客戶端軟件，如果數量大而且分布廣泛的話，給部署帶來極大的不便，而且系統維護和升級費時費力。

2 KRS系統硬軟件優化

2.1 KRS中央站設備配置

2.1.1 KRS中央站的主要硬件設備

環境γ輻射數據采集工作站（兩臺）；

氣象數據采集工作站；

值班機；

氣象和γ數據圖形工作站；

KRS網絡服務器（兩臺）；

數據采集工作站；

數據監測工作站；

打印機。

以上設備均采用工業計算機，其優點是有較寬的工作溫度，性能穩定，有較強的抗電磁干擾能力和較高的抗沖擊能力及抗震能力（部分設備要求有抗震性能）。

2.1.2 優化后KRS系統中央站主要硬件設備

環境γ數據采集工作站（兩臺）；

氣象數據采集工作站；

值班機；

氣象和γ數據圖形工作站；

KRS網絡服務器（兩臺）；

打印機。

KRS中央站由環境γ數據采集工作站、氣象數據采集工作站、值班機和γ數據圖形工作站、網絡服務器及網絡設備組成，KRS中央站接收自環境γ監測站、氣象觀測系統以及環境監測車的監測數據，并將這些數據處理后儲存在網絡服務器中。值班機、氣象和γ數據工作站可對儲存在服務器中的數據進行分析和顯示，亦可打印成相關的報表。

2.2 KRS中央站的系統架構及功能軟件配置特點

2.2.1 KRS系統架構軟件特點

傳統的KRS系統采用C/S軟件架構（圖1）對中央站進行管理，C/S架構即客戶端與服務器網絡架構。

①響應速度快。

C/S架構的客戶端與數據庫直接相連，沒有中間環節，所以響應速度快。

②軟件設計個性化，可以滿足客戶個性化需求。

C/S架構有自己的客戶端，在客戶端的設計上可以根據客戶的要求進行個性化設計，特別是操作界面和報表等信息。

③事物處理能力強大。

C/S架構充分利用客戶端硬件設施，很多數據處理工作在客戶端完成，因此數據處理能力比較強大。

④分布能力差。

C/S架構需要對每一個客戶安裝客戶端軟件，如果數量龐大而且分布廣泛的話，給部署帶來極大的不便。

⑤維護成本高昂。

如果數量龐大，對于系統的升級和維護都是很大的考驗。

2.2.2 KRS系統功能軟件特點

傳統的KRS系統功能軟件多樣，不同類的工作站運行功能也不同，如有網絡功能、環境γ數據采集功能、氣象數據采集功能、值班機數據顯示功能、氣象和γ數據圖形數據報表功能、數據監測功能等。這些功能用于數據采集和處理、數據報表的處理和顯示以及數據的傳輸和交換。KRS中央站的設備屬于專機專用。

2.3 KRS中央站的主要軟件配置的優化

各客戶端采用相同的系統功能及專業軟件即客戶端都安裝所有必需的功能軟件，同時各客戶端又針對性的使用專業軟件對KRS中央站進行管理。

優化后的方案可使設備、軟件達到功能冗余并且能夠相互支持或替代，比如，網絡服務器、環境γ數據采集工作站、氣象數據采集工作站、值班機、氣象和γ數據圖形工作站可視為具有相同功能的設備（圖2）；其次可使軟件在維護上簡單方便，能夠使用網絡的方法對系統及專業軟件進行改造升級，維護各個工作站的軟件程序。

2.4 優化后的KRS系統所采用的軟件方案優勢

①簡化客戶端安裝樣式。在各客戶端之間的軟件配置相同情況下，無需安裝區別于各個工作站的應用程序。

②降低系統維護工作量。由于所用的軟件在KRS中央站的設備中是通用的，大大降低了維護和升級的工作。

優化后的軟件優勢在于當其中一種或部分工作站不可用時，其正常的工作站可以通過臨時授權來代替失效的設備，從而達到功能冗余的目的，使設備的使用更加多元化。并可讓用戶在KRS系統的維護和系統升級方面減少維護和升級系統的時間。

3 KRS系統網絡數據傳輸方案優化

3.1 CPR1000堆型原KRS系統方案

環境γ輻射監測站、氣象站將現場采集的數據通過有線（光纖）和無線（4G或VPN）傳到環境實驗室樓中的交換機中，經交換機傳入環境γ輻射數據采集工作站和氣象數據采集工作站，環境監測車則通過無線通訊方式將數據傳到氣象數據采集工作站。環境γ輻射監測站和氣象數據采集工作站處理數據后，將形成的數據文件存入KRS網絡服務器數據庫，相關數據可以隨時被調用。值班機配置環境監測車地理信息圖形應用軟件（GIS軟件），可以在數字化電子地圖上，實時顯示環境監測車和各環境γ輻射監測站的γ劑量率以及氣象站氣象數據。氣象和γ數據圖形工作站調用服務器的數據，運行服務器/客戶機數據庫前臺管理軟件，實時進行氣象數據和環境γ數據分析處理，用人機交互方式給出每日、月、年的氣象數據報表、各種曲線和統計圖表。此外，應急指揮與行動中心樓的應急網絡服務器與KIC（電站計算機信息和測控系統）進行網絡連接，實現監測數據在主控室的監控設備上顯示。（圖3）

3.2 改進后KRS系統優化方案

環境γ輻射監測站，氣象站、應急移動組網[2]的γ劑量率、風速風向、雨量等信息經過有線（光纖）或無線（4G）實時傳到應急指揮與行動中心的環境γ輻射數據采集工作站，網絡服務器以及氣象數據采集工作站中進行數據處理，處理后的數據存入環境實驗室和應急指揮與行動中心的網絡服務器中，等待其它設備調用。環境實驗室中的值班機配置監測車信息圖形應用軟件（GIS軟件），通過接收環境γ輻射監測站和環境監測車的γ劑量率以及氣象站的氣象數據，在數字化電子地圖上實時顯示。氣象和γ數據圖形工作站接收網絡服務器的γ環境數據和氣象數據，給出氣象和環境數據的各種統計報表。這樣可以實現監測數據從網絡服務器傳入OCS（機組運行和控制中心）的功能。（圖3）

3.3 優化后KRS系統對比原KRS系統的優勢

優化后KRS系統，考慮到發生災害的情況下部分設備不能被有效利用的問題，所以在硬件網絡上做出了改進，改進后的優勢在于：環境γ輻射數據采集工作站、氣象數據采集工作站、網絡服務器1#布置在應急指揮與行動中心而不是環境實驗室，這樣在正常工況下，環境γ輻射數據采集工作站既能接收固定式環境監測站的有線或無線的數據，又能在事故條件下（此時環境γ輻射數據采集工作站要求具備抗震性能），接收應急移動環境監測站的無線數據，并且能在部分固定式站點不可用的情況下，同時接收可用固定式環境監測站和應急移動環境監測站的監測數據，從而保證了環境γ數據、氣象數據的完整性和統一性，減少了使用應急移動環境監測站的成本。與環境γ數據采集工作站共同組成KRS中央站的網絡服務器1#，將采集并處理后的數據存儲，與機組運行和控制中心相連，必要時將數據傳入OCS。位于環境實驗室的設備網絡服務器2#與位于應急指揮與行動中心網絡服務器1#相互熱備份、并且是功能冗余，出現一臺服務器不可用時，整個系統的運行不受影響。

4 結論

CPR1000堆型的項目中，環境γ輻射數據采集工作站、氣象數據采集工作站、氣象和γ數據圖形工作站以及值班機的軟件各不相同，用于完成不同的數據采集和顯示。但當某一個或幾個工作站不可用時，會對KRS系統的運行產生影響。

通過對KRS系統中央站設備重新配置，改進后的KRS系統的氣象數據采集工作站、環境γ輻射數據采集工作站、網絡服務器1#都位于應急指揮與行動中心，并且要求有抗震能力，當其中某一設備出現故障時，正常的設備可以代替其工作，這使得優化后的KRS系統相比于CPR1000堆型的KRS系統在數據采集及處理的硬件有效利用上有所提高，使系統的運行得到充分的保障。在軟件優化方面，配置相同的應用軟件，達到功能冗余的目的，并且在軟件升級和維護方面節省人力和時間，系統整體的兼容性有了改進。

總而言之，優化后的KRS系統具有如下優勢：

①最大限度的實現了在硬件和軟件方面的功能冗余；

②提高了設備的有效利用率，節約了使用成本；

③相比于PF改進項后的KRS系統，系統所組成的設備更趨近于一個整體。

參考文獻：

[1]汪偉.核事故應急輻射環境實時移動監測系J統研究[J].核電子學與探測技術，2006（26）：91-94.

[2]凌君.核事故應急移動監測系統方案的探討[J].核科學與工程，2012，32（增刊2）：15-19.

[3]余少杰，張靜，郝銳.核電廠輻射監測系統特點及發展趨勢分析[J].輻射防護通訊，2014（04）.