核電站實物保護(hù)綜合入侵探測系統(tǒng)

程 漢

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

核電站對于外部或內(nèi)部敵手非法入侵的防范，首先始于入侵探測系統(tǒng)，它是防止外界入侵的關(guān)鍵所在。實物保護(hù)入侵探測系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)就是采用各種技術(shù)手段和措施不斷地改善系統(tǒng)參數(shù)和運行狀況，提升入侵探測系統(tǒng)可靠性，進(jìn)而保證技防設(shè)施能夠成功地防御和抵擋敵手的入侵行為。某核電站實物保護(hù)入侵探測系統(tǒng)主要依據(jù)《核設(shè)施實物保護(hù)（試行）》（HAD 501/02—1998）設(shè)計，所有防區(qū)只設(shè)計了一種探測手段，在探測感知入侵的可靠性上存在不同的薄弱環(huán)節(jié)且大部分都屬于固有缺陷，無法解決誤報警多的問題，因此需要設(shè)計一種綜合入侵探測系統(tǒng)來提高實物保護(hù)入侵探測系統(tǒng)探測感知入侵的可靠性，以便盡早地探知外界入侵，最大限度實現(xiàn)對敵手入侵的準(zhǔn)確報警，確保核電站安全。

1 核電站實物保護(hù)綜合入侵探測系統(tǒng)整體設(shè)計

以保護(hù)區(qū)為例，實物保護(hù)綜合入侵探測系統(tǒng)整體設(shè)計主要分為雙道圍欄屏障、隔離帶防護(hù)和出入口及建筑物的防護(hù)等3個方面。

（1）雙道圍欄屏障。保護(hù)區(qū)周界由雙道過塑鋼絲防爆網(wǎng)圍城，兩道圍欄間設(shè)置6 m 隔離帶，圍欄在設(shè)置保護(hù)區(qū)人員和車輛出入口的地方有斷開。保護(hù)區(qū)周界圍欄需要防攀爬和防切割，因此探測器應(yīng)該選用平面式的探測器。外側(cè)圍欄可以選用振動電纜或者張力探測器。振動電纜能夠很好地探測到圍欄上發(fā)生的振動，且自帶防剪切報警功能。張力鐵絲網(wǎng)處于緊繃狀態(tài)，感應(yīng)絲通過夾片分別于張力鐵絲網(wǎng)和探測器相連，剪切或攀爬都能造成感應(yīng)絲壓力發(fā)生變化從而觸發(fā)報警。沿周界屏障布置視頻監(jiān)控，確保整個保護(hù)區(qū)周界無監(jiān)控死角。

（2）隔離帶防護(hù)。隔離帶內(nèi)空曠區(qū)域布置微波探測器，微波探測區(qū)域呈紡錘狀，兩端存在盲區(qū)，因此微波的探測區(qū)域需要交叉，工程上根據(jù)盲區(qū)高度確定需要交叉的長度。拐角處布置多普勒探測器，多普勒探測器探測區(qū)域為累椎體狀，需根據(jù)拐角地形調(diào)節(jié)探測區(qū)域。另外為了防止兩組相鄰的微波間產(chǎn)生干擾，需使兩組微波分別使用不同且相差較大的頻率。

（3）出入口及建筑物防護(hù)。人員和車輛出入口采用線式探測器，如主動紅外等，設(shè)計的建筑物窗戶上可配置玻璃破碎探測器，房間門或空曠走廊可采用雙鑒探測器（多普勒和被動紅外組合），紅外要求可自動撤布防以免車輛正常通行引起誤報。

某核電站實物保護(hù)入侵探測系統(tǒng)在保護(hù)區(qū)雙道圍欄屏障的外圍欄上布置了振動電纜探測器，雙道圍欄中間6 m 的隔離帶內(nèi)設(shè)有交叉組合布置的微波探測器，圍欄拐角處選用多普勒探測器進(jìn)行補充探測，人員和車輛出入口處布置主動紅外探測器，以達(dá)到均衡防護(hù)的目的。

2 核電站實物保護(hù)綜合入侵探測系統(tǒng)防區(qū)劃分設(shè)計

某核電站保護(hù)區(qū)周界按照法規(guī)要求，在相鄰探測防區(qū)不存在盲區(qū)的條件下，按照單探測防區(qū)長度低于100 m 的原則，依地形設(shè)計將整個保護(hù)區(qū)周界劃分為64 個探測防區(qū)，其中陸面保護(hù)區(qū)雙道圍欄內(nèi)設(shè)為微波探測器防區(qū)；拐角處等作為多普勒探測器防區(qū)，使用多普勒反射探測器進(jìn)行盲區(qū)覆蓋；車道及貨運門處設(shè)為紅外探測器防區(qū)。海墻段的保護(hù)區(qū)周界全部設(shè)為張力探測器防區(qū)。在上述所有探測防區(qū)（微波、多普勒、紅外、張力探測器防區(qū)）一一對應(yīng)設(shè)置振動電纜探測器，為了便于防區(qū)報警后的CCTV 聯(lián)動監(jiān)控以及實物保護(hù)集成管理平臺的電子地圖報警顯示同一段實體防區(qū)，振動電纜防區(qū)的劃分設(shè)定與微波、多普勒、紅外、張力等探測防區(qū)一致。每個防區(qū)圍欄斜撐和豎直面的振動電纜以及對應(yīng)的微波多普勒或張力等探測器都?xì)w為一個防區(qū)，稱為綜合探測防區(qū)。

3 核電站實物保護(hù)綜合入侵探測系統(tǒng)探測器布置設(shè)計

3.1 微波探測器布置設(shè)計

微波探測器布置在保護(hù)區(qū)周界雙層圍欄之間并離開外圍欄一定的距離以防止敵手由圍欄頂部從微波束頂端越過從而躲避探測。微波探測防區(qū)內(nèi)地形需保持平整，地面橫向保持一定的坡度便于排水的同時在防區(qū)內(nèi)增加排水暗渠，在暗渠表面鋪設(shè)碎石，防止產(chǎn)生積水。微波探測器本身及防區(qū)內(nèi)的周界圍欄需加固，避免晃動引發(fā)誤報警。發(fā)射端和接收端之間需保持嚴(yán)格準(zhǔn)直，間距設(shè)計為不超過80 m，安裝高度應(yīng)能使得該防區(qū)獲得最佳的有效探測范圍且防區(qū)探測寬度不小于6 m。為防止發(fā)射和接收兩端產(chǎn)生探測盲區(qū)，兩對微波探測器之間為交叉布置，相鄰微波探測器之間頻率差盡量拉大，以減少微波探測器之間的互相干擾。

3.2 多普勒探測器布置設(shè)計

多普勒探測器在核電站保護(hù)區(qū)周界一般只用于周界圍欄拐角或圍欄與出入口的邊界等“盲區(qū)”的補盲探測。當(dāng)其覆蓋段的前端為非墻體或非固體阻擋物時，無法阻止探測波延伸，會出現(xiàn)滿足探測寬度但探測超防區(qū)現(xiàn)象，此類問題一般見于保護(hù)區(qū)車輛出入口處的周界圍欄內(nèi)的末端多普勒防區(qū)，普通圍欄門無法阻止探測波延伸，當(dāng)人員、車輛經(jīng)過其探測范圍時，會產(chǎn)生大量誤報警。人們模擬各種材料的固體阻擋物進(jìn)行測試，最終確認(rèn)鐵質(zhì)阻擋物且厚度超過30 mm 的屏蔽效果最佳，故可以有針對性地在多普勒探測防區(qū)覆蓋段的最前端增加厚度超過30 mm 的鐵質(zhì)固體阻擋物。

3.3 紅外探測器布置設(shè)計

某核電站采用多束主動紅外探測器，將垂直排列的幾組紅外發(fā)射器和對應(yīng)用于接收紅外光的幾組接收器集成組合使用形成紅外光柵欄，在探測防區(qū)任何位置紅外光柵欄最下方的紅外束離地不得超過15 cm，最上方的紅外束需高于地面以上2.5 m，束與束間的距離不大于20 cm。發(fā)射器與接收器應(yīng)牢固安裝以防振動引起誤報警，兩者之間最大距離不得超過80 m。紅外光柵欄下方地面應(yīng)采取混凝土固化或者其他防挖加固措施以防止敵手以挖掘溝道的方式越過紅外探測器實施入侵，其上可用環(huán)保塑料短草坪覆蓋以減少泥水反濺引起誤報。發(fā)射和接收立柱上設(shè)置壓力傳感裝置，防止敵手借助紅外立柱從其上方越過。

3.4 張力探測器布置設(shè)計

為確保探測器應(yīng)能可靠地探測敵手爬越圍欄、切割圍欄、將圍欄的鐵絲網(wǎng)線上抬或下壓15 cm 以上等入侵行為，張力鐵絲需分布均勻，間距不得超過10 cm，感應(yīng)絲需用圓形錨片將張力鐵絲牢牢夾住。安裝張力探測器的周界外側(cè)圍欄必須固定牢固，為避免敵手以挖掘溝道的方式躲避探測，圍欄底部地面應(yīng)采取混凝土固化或者其他防挖措施進(jìn)行加固，加固厚度不低于15 cm，加固區(qū)域?qū)挾炔恍∮? m。

3.5 振動電纜探測器布置設(shè)計

核電站保護(hù)區(qū)周界圍欄有兩道隔離網(wǎng)組成，單道隔離網(wǎng)分兩段：高2.5 m 的豎直面和長0.8 m 的斜撐面，為了及時地探測到入侵動作，需要在圍欄的豎直面和斜撐面均布置振動電纜，為了有效感知入侵振動，斜撐面的電纜走向采用“梯形”方式鋪設(shè)安裝、豎直面的電纜安裝在1.4 m 左右高度，電纜本體使用專用綁扎帶綁縛在圍欄鐵絲網(wǎng)上。對于不經(jīng)常使用的周界巡檢門，采用振動電纜在門扇上環(huán)繞的方式布置，電纜在門的鉸鏈處基本垂直地面確保開門時電纜不彎折。門扇上的振動電纜可通過提高靈敏度門限和增加觸發(fā)報警的事件次數(shù)并縮短檢測事件窗的間隔時間以達(dá)到正常開門不會觸發(fā)報警的目的。實踐證明此種布置方案在門開啟時可以完全避免誤報警，對于周界貨運門的入侵探測設(shè)備布置提供了良好的實踐經(jīng)驗。

3.6 綜合探測防區(qū)探測器布置設(shè)計

某核電站選用振動電纜在每個探測防區(qū)配置第二種入侵探測手段，與原有探測手段組合形成綜合入侵探測系統(tǒng)。下面以振動電纜和微波探測器組合布置為例進(jìn)行說明，在保護(hù)區(qū)周界外圍欄上安裝的振動電纜其防區(qū)劃分與微波保持一致，每80 m為一個防區(qū)，與之配套的微波交叉布置在雙道圍欄中間，每對微波探測器有效探測區(qū)間與振動電纜一致.

從雙道圍欄的外側(cè)圍欄開始的任何攀爬剪切翻越或者突破圍欄的行為，都會被振動電纜探測器探測感知到，產(chǎn)生的入侵探測信號傳輸至保安控制中心進(jìn)入自身的管理服務(wù)器和實保集成管理平臺作為需要關(guān)注的預(yù)警事件消息進(jìn)行顯示和管理控制的同時，顯示發(fā)生入侵行為精確位置，自動聯(lián)動已在軟件平臺里事先綁定的攝像機(jī)顯示入侵點實時畫面，此時可由值班人員根據(jù)聯(lián)動的攝像機(jī)畫面人工復(fù)核判斷是否為真實入侵，也可由集成管理平臺自動比對同一防區(qū)近段時間（N 秒可根據(jù)現(xiàn)場實際情況修改設(shè)定）關(guān)注的事件記錄，此時如果敵手已翻越第一層圍欄，繼續(xù)行進(jìn)的途中必然進(jìn)入微波的電磁場探測區(qū)域進(jìn)而再次觸發(fā)告警。保衛(wèi)控制中心的保安值班人員根據(jù)告警信息結(jié)合聯(lián)動圖像可直接確認(rèn)為入侵報警，根據(jù)相應(yīng)程序指令立即響應(yīng)啟動反恐流程。

3.7 核電站實物保護(hù)綜合入侵探測系統(tǒng)信號鏈路設(shè)計

各防區(qū)任何類型的入侵探測設(shè)備產(chǎn)生的入侵探測信號經(jīng)由實物保護(hù)系統(tǒng)專網(wǎng)傳輸給保安控制中心后經(jīng)繼電器輸出分為二，一路到視頻矩陣報警單元聯(lián)動CCTV 視頻監(jiān)控畫面，一路到報警輸入模塊，經(jīng)過周界報警控制器后進(jìn)入集成管理平臺。此時可由值班員人工復(fù)核判斷是否為真實入侵報警，也可由集成管理平臺自動比對同一防區(qū)鄰近時間段內(nèi)（N 秒可根據(jù)現(xiàn)場實際情況修改設(shè)定）預(yù)警的事件記錄，通過與門邏輯設(shè)定，判定是否為真實入侵報警，若為真實入侵報警，則觸發(fā)報警信號用于實現(xiàn)實物保護(hù)集成管理平臺上電子地圖顯示、報警事件顯示和記錄、啟動聲光報警以及軟硬聯(lián)動等管理控制，同時也用于數(shù)字視頻系統(tǒng)進(jìn)行報警錄像的控制。如該防區(qū)近期沒有關(guān)注的事件記錄或者判定報警為虛假報警，則將該報警轉(zhuǎn)為需要關(guān)注的事件消息預(yù)警進(jìn)入相應(yīng)的堆棧并提示保安人員保持關(guān)注，等待下一個同防區(qū)的消息比對和判定。振動電纜探測器除以RS485 通信方式實現(xiàn)上述功能外，還以RS422 通信方式將入侵探測信號傳輸至保安控制中心設(shè)備間的串口服務(wù)器后直接進(jìn)入振動電纜系統(tǒng)管理服務(wù)器，與原有的實保集成管理平臺并行運行，來實現(xiàn)獨立的冗余控制和管理。

4 結(jié)論

基于某核電站工程實踐設(shè)計的綜合入侵探測系統(tǒng)采用平行設(shè)計的理念，每個探測防區(qū)使用不同種類的探測器，各探測器產(chǎn)生的報警信號分為兩路獨立運行，有效解決某核電站保護(hù)區(qū)周界圍欄上各探測防區(qū)都只有單手段探測無法完全解決誤報警多且沒有冗余探測的問題。該綜合入侵探測系統(tǒng)完成建安施工和調(diào)試投用后，連續(xù)的探測概率測試結(jié)果證明該系統(tǒng)設(shè)計符合《核設(shè)施實物保護(hù)》（HAD 501/02—2018）要求，系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計證明該系統(tǒng)能夠確保探測概率滿足法規(guī)要求，同時能夠有效降低誤報率。經(jīng)過了近兩年的運行檢驗，該實物保護(hù)綜合入侵探測系統(tǒng)功能正常、運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)雙重冗余探測的同時提高了可靠性。