安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊 萌，郭 猛，何慶鐳

（中國(guó)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(zhì)外泄的最后一道實(shí)體屏障，其完整性的監(jiān)督手段有3 種：10 年1 次的安全殼A類整體試驗(yàn)；換料大修期間的安全殼B、C 類密封性周期試驗(yàn)；反應(yīng)堆運(yùn)行期間的安全殼泄漏在線監(jiān)測(cè)。為了確保安全殼的完整性和密封性，需要定期地對(duì)安全殼進(jìn)行密封性試驗(yàn)。在機(jī)組正常運(yùn)行期間，需要實(shí)時(shí)監(jiān)視安全殼密封性的變化。核電站安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是為了在機(jī)組正常運(yùn)行的工況下，通過(guò)監(jiān)測(cè)安全殼內(nèi)的濕度、溫度、壓力及殼外壓力，計(jì)算安全殼的泄漏率來(lái)監(jiān)視安全殼的密封性，在泄漏率達(dá)到運(yùn)行限值時(shí)，及時(shí)通知電站操作人員采取必要的行動(dòng)[1-3]。本文從測(cè)點(diǎn)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為后續(xù)電站在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)作用。

1 設(shè)計(jì)方案介紹

安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CLM）由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表、測(cè)量信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集處理、泄漏率計(jì)算和計(jì)算結(jié)果輸出等組成[3]。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of system composition

CLM 系統(tǒng)硬件，主要由現(xiàn)場(chǎng)側(cè)安全殼內(nèi)溫度、濕度和壓力儀表、接線箱和匯線箱、端子柜CLM001AR 和數(shù)據(jù)采集，及處理機(jī)柜CLM002AR 組成。其中，安全殼內(nèi)儀表設(shè)備、接線箱和匯線箱布置在反應(yīng)堆廠房。CLM001AR 和CLM002AR 布置在電氣廠房電氣區(qū)。壓力、溫度、濕度儀表包括密封性試驗(yàn)的儀表和在線監(jiān)測(cè)的儀表。系統(tǒng)接線示意圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)接線示意圖Fig.2 System wiring diagram

安全殼內(nèi)的溫度、濕度、壓力等儀表先接入對(duì)應(yīng)的接線箱，接線箱與儀表一一對(duì)應(yīng)，然后再由接線箱接入?yún)R線箱，再由匯線箱接入端子柜。安全殼外的壓力表及外系統(tǒng)的流量計(jì)直接接入端子柜。信號(hào)進(jìn)入端子柜后，需要在線監(jiān)測(cè)的信號(hào)接入數(shù)據(jù)采集及處理機(jī)柜，需進(jìn)行密封性試驗(yàn)的信號(hào)接入安全殼密封性試驗(yàn)系統(tǒng)的機(jī)柜。

1.1 測(cè)點(diǎn)選取

ACP1000 堆型相對(duì)于過(guò)去的M310 堆型發(fā)生了諸多的變化，如采用單堆布置，雙層安全殼結(jié)構(gòu)，使得安全殼內(nèi)的體積也相對(duì)變大。M310 堆型的安全殼密封性試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能滿足使用要求，因此需要設(shè)計(jì)新的測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)以適應(yīng)ACP1000 堆型。

以M310 堆型為例，殼內(nèi)測(cè)點(diǎn)有59 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)、9 個(gè)濕度測(cè)點(diǎn)、1 個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，殼外有1 個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)后，由于ACP1000 堆型安全殼體積變大，增加殼內(nèi)溫度測(cè)點(diǎn)13 個(gè)，濕度測(cè)點(diǎn)9 個(gè)；由于采用雙層安全殼設(shè)計(jì)，增加外層安全殼溫度測(cè)點(diǎn)14 個(gè)，濕度測(cè)點(diǎn)6 個(gè)，壓力測(cè)點(diǎn)1 個(gè)。因此，ACP1000 堆型殼內(nèi)采用了86 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)、24 個(gè)濕度測(cè)點(diǎn)，2 個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)，殼外有1 個(gè)壓力測(cè)點(diǎn)。特別地，增加的測(cè)點(diǎn)包括了環(huán)形空間的溫度和濕度測(cè)點(diǎn)。安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)在密封性試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，按照一定規(guī)則挑選出10 個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，2 個(gè)濕度測(cè)點(diǎn)（4 個(gè)儀表，兩用兩備）、1 個(gè)安全殼內(nèi)壓力測(cè)點(diǎn)（兩個(gè)儀表，一用一備），1 個(gè)安全殼外壓力測(cè)點(diǎn)代表整個(gè)安全殼內(nèi)溫度、濕度、壓力的物理特性。

圖3 測(cè)點(diǎn)選取示意圖Fig.3 Schematic diagram of measuring point selection

1.2 接線箱和匯線箱設(shè)計(jì)

通常，在第一次密封性試驗(yàn)以前，安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)位置遵照參考電站布置，機(jī)組密封性試驗(yàn)后才能進(jìn)行測(cè)點(diǎn)的修正（只修正一次）。測(cè)點(diǎn)的修正會(huì)帶來(lái)接線箱的位置改變和數(shù)據(jù)采集機(jī)柜的端子接線問(wèn)題改變。M310 堆型的核電站在第一次密封性試驗(yàn)前就布置好了在安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的備用儀表的中間接線盒。密封性試驗(yàn)后，由于測(cè)點(diǎn)位置的修正，會(huì)引起備用儀表中間接線盒的位置改變，而此時(shí)安全殼內(nèi)的腳手架等設(shè)備已經(jīng)拆除，接線盒的位置很難再挪動(dòng)，造成啟堆前的工期緊張等一系列問(wèn)題。在端子柜測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)接時(shí)，由于測(cè)點(diǎn)位置的改變，M310 堆型的核電站需要在數(shù)據(jù)采集機(jī)柜進(jìn)行測(cè)點(diǎn)端子的重新布置，增加了施工難度。

ACP1000 堆型在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上充分考慮上述問(wèn)題，備用儀表中間接線盒的布置時(shí)間選擇在第一次密封性試驗(yàn)結(jié)束，安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)位置重新規(guī)劃后進(jìn)行，避免了中間接線盒的位置挪動(dòng)。

1.3 端子柜設(shè)計(jì)

測(cè)點(diǎn)修正后，由于測(cè)點(diǎn)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(jìn)行測(cè)點(diǎn)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(jìn)二出的端子，待測(cè)點(diǎn)重新規(guī)劃后，只需將對(duì)應(yīng)信號(hào)的端子與一進(jìn)二出端子連接，再連接控制柜，既保證了后期密封性試驗(yàn)的接口要求，又僅需在端子柜做簡(jiǎn)單的柜內(nèi)接線修改即能完成接線任務(wù)，減輕了施工難度。

1.4 供電設(shè)計(jì)

CLM 系統(tǒng)采用一路UPS 電源供電進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)入機(jī)柜后進(jìn)行電源分配。現(xiàn)場(chǎng)電壓范圍在220VAC±5%，頻率范圍為50Hz±1%。

1.4.1 機(jī)柜內(nèi)部供電

機(jī)柜001AR 屬于端子轉(zhuǎn)接機(jī)柜，內(nèi)部不配置電源，機(jī)柜002AR 接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的一路電源，給1 對(duì)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(jī)架、交換機(jī)等系統(tǒng)用電設(shè)備供電，主控制器、交換機(jī)、機(jī)架均可接收兩路直流供電，I/O 模塊由機(jī)架供電，故不存在電源切換問(wèn)題。

為了與系統(tǒng)電源隔離，采用設(shè)置一對(duì)24V 直流電源模塊為輔助供電單元，其中一個(gè)直流24V 電源為AI 模塊發(fā)送回路供電，另一個(gè)24V 直流電源則為DO 模塊數(shù)字觸點(diǎn)供電。

1.4.2 人機(jī)接口站等設(shè)備供電

工程師主機(jī)及顯示器、打印機(jī)、時(shí)鐘服務(wù)器等設(shè)備的供電來(lái)自總電源分配的一路電源。

1.5 接地設(shè)計(jì)

1.5.1 總體接地原則

CLM 系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)設(shè)有接地保護(hù)地、系統(tǒng)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(hù)地：又被稱為安全地，是為保證人身安全和電氣設(shè)備安全而設(shè)置的接地。凡控制系統(tǒng)的機(jī)柜、操作臺(tái)、儀表柜、電源柜等用電設(shè)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(xiǎn)電壓者均應(yīng)該做保護(hù)接地。

系統(tǒng)地：又被稱為工作地，現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)回路接地應(yīng)接入工作地，以避免信號(hào)回路中產(chǎn)生接地回路而導(dǎo)致干擾效應(yīng)。

屏蔽地：又被稱為模擬地，它可以把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)傳輸時(shí)所受到的干擾屏蔽掉，以提高信號(hào)精度。控制系統(tǒng)中信號(hào)電纜的屏蔽層應(yīng)做屏蔽地，系統(tǒng)屏蔽線采用單端接地。

機(jī)柜與廠房接地網(wǎng)連接用的銅排，采用環(huán)形鼻栓固定方式，能適應(yīng)相應(yīng)要求的接地線截面積并能承受相應(yīng)的能力，同時(shí)該銅排也用來(lái)連接柜內(nèi)各部件的接地端，采用環(huán)形鼻栓固定方式。

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

1.5.2 與接地網(wǎng)的連接

CLM 機(jī)柜設(shè)置3 個(gè)接地樁，分別是系統(tǒng)地、保護(hù)地、屏蔽地。3 個(gè)接地樁通過(guò)不小于10.0mm2的接地線直接就入電廠接地網(wǎng)，該接入點(diǎn)半徑10m 內(nèi)不得有防雷接地或者高電壓強(qiáng)電流設(shè)備的接地點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜與接地網(wǎng)連接如圖4 所示。

圖4 機(jī)柜與接地網(wǎng)連接示意圖Fig.4 Schematic diagram of the connection between the cabinet and the grounding grid

2 總結(jié)

本文結(jié)合M310 堆型和ACP1000 堆型的不同特點(diǎn)，介紹了安全殼泄漏率在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在測(cè)點(diǎn)選取、接線箱和轉(zhuǎn)接箱的設(shè)計(jì)、端子柜的設(shè)計(jì)、供電和接地設(shè)計(jì)方面的實(shí)施方案，為后續(xù)電站該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)作用。