摘要：RMS（輻射監(jiān)測系統(tǒng)）是為確保核電站的安全運(yùn)行和電廠工作人員及周圍居民免受超劑量輻照而設(shè)置的，是全球首臺三代核電AP1000數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的一套專設(shè)系統(tǒng)。文章先簡要介紹系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，詳細(xì)展現(xiàn)其設(shè)備特點(diǎn)，并從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、制造及工廠驗(yàn)收等方面，分析RMS系統(tǒng)的可靠性，體現(xiàn)三代核電AP1000輻射監(jiān)測系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：AP1000；RMS；輻射監(jiān)測；數(shù)字化

中圖分類號：X837 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0085-03

1 系統(tǒng)簡介

全球首臺三代核電AP1000數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的RMS系統(tǒng)是由美國西屋公司設(shè)計(jì)的，提供核電廠工藝流監(jiān)測、排出流監(jiān)測、氣載監(jiān)測以及對電廠各區(qū)域環(huán)境的放射性，有選擇地進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測和顯示。每臺機(jī)組共設(shè)計(jì)41套輻射監(jiān)測儀表和一臺輻射監(jiān)測計(jì)算機(jī)通訊柜。整套系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)將就地設(shè)備和上層控制平臺有機(jī)結(jié)合，提供了一個安全、可靠的數(shù)字化監(jiān)控環(huán)境。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，RMS系統(tǒng)主要由以下兩部分構(gòu)成：

（1）就地輻射監(jiān)測儀（包括輻射探測器、就地處理器及相關(guān)附件）。

（2）輻射監(jiān)測計(jì)算機(jī)通訊柜（由冗余的工控機(jī)、軟件及相關(guān)附件組成的通訊柜）。

就地輻射監(jiān)測儀由工藝流監(jiān)測、排出流監(jiān)測、氣載監(jiān)測和區(qū)域監(jiān)測四種類型組成，分安全相關(guān)（6套）和非安全相關(guān)（35套）兩類。其中安全相關(guān)的輻射監(jiān)測儀通過硬接線直接與PMS（保護(hù)與安全監(jiān)控系統(tǒng)）之間通訊，非安全相關(guān)的輻射監(jiān)測儀通過輻射監(jiān)測計(jì)算機(jī)通訊柜（冗余的CRP）進(jìn)行數(shù)據(jù)收集后，再通過DDS（數(shù)據(jù)顯示和處理系統(tǒng)）與PLS（電廠控制系統(tǒng)）之間通訊。

3 系統(tǒng)功能

AP1000 RMS系統(tǒng)功能分為以下三部分：

3.1 安全相關(guān)功能

連續(xù)性監(jiān)測主控室進(jìn)風(fēng)管道放射性并提供報(bào)警信號給PMS用以隔離主控室和啟用應(yīng)急可居留系統(tǒng)，連續(xù)性監(jiān)測安全殼內(nèi)放射性并提供報(bào)警信號給PMS用以觸發(fā)專設(shè)安全設(shè)施。

3.2 其他執(zhí)照相關(guān)功能

連續(xù)性監(jiān)測電廠工藝流體、液體和氣體排出流的放射性，連續(xù)性監(jiān)測電廠氣載及指定區(qū)域的放射性，提供放射性測量數(shù)據(jù)給PLS，提供放射性信息（實(shí)時和歷史）和工藝控制功能，提供放射性異常報(bào)警以警告電廠人員，提供RMS設(shè)備故障報(bào)警，給每年要求的排出流測量和評估報(bào)告提供工藝排出流放射性數(shù)據(jù)。

3.3 非安全相關(guān)縱深防御功能

連續(xù)性監(jiān)測電廠煙囪排放到大氣的放射性物質(zhì)的含量，連續(xù)性監(jiān)測凝汽器抽真空排放到大氣的放射性物質(zhì)的含量，連續(xù)性監(jiān)測液體排放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)的含量。

4 RMS設(shè)備特點(diǎn)

RMS設(shè)備主要由RE（輻射探測器）、LRP（就地輻射處理器）和CRP（中央輻射處理器）組成，如設(shè)備為離線式則還應(yīng)包括取樣回路及相關(guān)附件。

4.1 RE

4.1.1 探測器類型。AP1000 RMS系統(tǒng)所使用的探測器有：碘化鈉閃爍體探測器、G-M探測器、電離室探測器、塑料閃爍體探測器和硅探測器。

4.1.2 探測器原理。

氣體探測器原理（也叫電離室探測器）：內(nèi)部充氣的密閉容器內(nèi)有相互絕緣的電極，兩極之間加有直流高壓。帶電粒子使氣體電離產(chǎn)生自由電子和正離子即離子對。離子對在電場的作用下輸出電信號，可以被測量。信號大小能反映粒子能量的強(qiáng)弱。電信號通過處理計(jì)算便可得出放射性數(shù)值。

閃爍計(jì)數(shù)器原理：射線照在閃爍體上后發(fā)出熒光，利用光導(dǎo)和反光材料，使大部分光子收集到光電倍增管的光陰極上。光子在對光靈敏的陰極上打出光電子，經(jīng)過光電倍增管倍增、放大，倍增后的電子在陽極上產(chǎn)生的電壓脈沖被電子線路放大和分析后記錄下來，完成對粒子的探測。

4.2 LRP

LRP是基于控制器的微處理器，布置在輻射探測器（RE）附近或滑塊上，提供輻射探測器和取樣系統(tǒng)的就地控制。LRP將輻射探測器的計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化為工程單位，提供就地顯示、短期數(shù)據(jù)存儲、就地報(bào)警、分析和觸點(diǎn)輸入/出能力以及通過就地區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（RS-485）與中央輻射處理器（CRP）之間進(jìn)行通訊。

4.3 CRP

CRP是基于冗余的PC機(jī)，為非安全相關(guān)LRP以及DDS提供冗余的通訊服務(wù)。CRP在輻射監(jiān)測系統(tǒng)中起到一個承上啟下的作用。承上主要是將從LRP采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)上傳至OvationDatalink，并接受來自上層的指令和工藝信息；啟下主要是搜集和處理來自LRP的放射性數(shù)據(jù)，提供額外的診斷和維護(hù)功能，實(shí)行集中監(jiān)視和管理，同時傳遞控制信號以及電廠工藝信息到LRP。

4.4 取樣回路及附件

對于離線取樣式輻射監(jiān)測設(shè)備，除了探測器和就地處理器，還包括取樣裝置、取樣回路及清洗回路組合裝置。包含的附件如電氣控制箱、電磁閥、泵、流量計(jì)、壓力開關(guān)、過濾器、活性炭吸附器、平衡閥、手動閥、抓取器等。

取樣回路及附件為輻射監(jiān)測提供滿足設(shè)計(jì)要求的取樣流體，為放射性數(shù)據(jù)的計(jì)算提供壓力和流量依據(jù)，保證整個取樣回路壓力邊界完整。

5 技術(shù)特點(diǎn)分析

RMS作為AP1000數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的一個專設(shè)系統(tǒng)，其很多儀表都參與機(jī)組工藝系統(tǒng)的聯(lián)鎖與保護(hù)動作，部分儀表還參與反應(yīng)堆的停堆保護(hù)，如果出現(xiàn)故障會對機(jī)組的安全可靠性運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，從系統(tǒng)最初的設(shè)計(jì)，到設(shè)備的選型、制造及工廠驗(yàn)收等方面，都充分考慮了系統(tǒng)的可靠性。

5.1 設(shè)計(jì)可靠性分析

RMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可靠性主要體現(xiàn)在以下五個方面：

5.1.1 通訊網(wǎng)絡(luò)的冗余：由冗余的CRP組成的計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)保證了在主控制器失效時能夠瞬間切換到備用控制器，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃浴?/p>

5.1.2 供電的冗余：CRP供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩路供電線路，保證在主供電線路斷電時能夠瞬間自動切換到備用供電線路，確保設(shè)備供電的高可靠性。

5.1.3 數(shù)據(jù)存儲冗余：由探測器探測到的數(shù)據(jù)采取分級冗余存儲方式，即LRP中短期存儲、CRP中長期存儲、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器長期存儲和最終通過磁盤進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出后永久存儲，確保了數(shù)據(jù)存儲的高可靠性。

5.1.4 重要測點(diǎn)的冗余：對于RMS系統(tǒng)中的重要測點(diǎn)，如主控室進(jìn)風(fēng)管道輻射監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置了兩路冗余，安全殼高量程輻射監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置了四路冗余，對這些測點(diǎn)冗余的設(shè)計(jì)確保了輻射儀表執(zhí)行保護(hù)功能的高可靠性。

5.1.5 通訊隔離：RMS就地設(shè)備劃分為安全相關(guān)和非安全相關(guān)兩類，安全相關(guān)的設(shè)備直接通過硬接線與PMS通訊，非安全相關(guān)的設(shè)備通過RS-485網(wǎng)絡(luò)與CRP通訊，再由CRP將數(shù)據(jù)信息通過DDS與PLS之間通訊，二者在物理上完全隔離，有利于避免非安全相關(guān)的信號觸發(fā)安全相關(guān)的動作，確保設(shè)備運(yùn)行的高可靠性。

5.2 設(shè)備可靠性分析

RMS系統(tǒng)的設(shè)備可靠性主要體現(xiàn)在以下四個方面：

5.2.1 設(shè)備的選型：RMS系統(tǒng)絕大部分測點(diǎn)的設(shè)備采用國外成熟廠家的產(chǎn)品，這部分設(shè)備從最初的設(shè)計(jì)、制造、裝配、調(diào)試到驗(yàn)收合格都經(jīng)過了詳細(xì)的審核和相關(guān)程序的層層把關(guān)，確保了設(shè)備長期、穩(wěn)定運(yùn)行的高可靠性。

5.2.2 設(shè)備的變更：在設(shè)備制造和測試期間，為保證設(shè)備滿足設(shè)計(jì)要求，同時參考成熟產(chǎn)品的特性，對部分設(shè)備的尺寸、結(jié)構(gòu)、探測器類型、安裝方式等提出變更，并與設(shè)計(jì)方溝通確認(rèn)，確保了設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能的高可靠性。

5.2.3 設(shè)備的功能：以PIG（微粒、碘、惰性氣體）監(jiān)測儀為例，整套設(shè)備就類似一個小型的工藝系統(tǒng)。取樣回路中的流體流量和管線壓力控制、泵和閥門的動作以及探測器探測到的放射性數(shù)據(jù)等都受到LRP的統(tǒng)一監(jiān)管，以確保所探測數(shù)據(jù)的高可靠性。

5.2.4 設(shè)備的驗(yàn)收：設(shè)備廠家的驗(yàn)收，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時，嚴(yán)格按照驗(yàn)收大綱及驗(yàn)收規(guī)程執(zhí)行。對于驗(yàn)收中出現(xiàn)的問題和需要技改的措施，嚴(yán)格做好記錄并實(shí)時跟蹤。驗(yàn)收期間親身操作，適時增加一些誤操，對于誤操產(chǎn)生的影響以及解決措施進(jìn)行記錄和分析，以確保設(shè)備質(zhì)量、功能的高可靠性。

6 結(jié)語

AP1000 RMS系統(tǒng)在確保核電站的安全運(yùn)行和電廠工作人員及周圍居民免受超劑量輻照等方面發(fā)揮著重要作用，同時作為數(shù)字化儀控系統(tǒng)中的一個專設(shè)系統(tǒng)，其重要性不言而喻。分析RMS系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，對后續(xù)系統(tǒng)安裝、調(diào)試及維護(hù)工作都有著很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] AP1000 Radiation Monitoring System-System Specification Document， Edward W. Jaszcar.

[2] Radiation Monitoring System Data Sheet Report， R. L. Poltrino.

[3] Radiation Monitoring System， R. L. Poltrino.

[4] 白曉波.田灣核電站ARMS系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)與維修[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2004.

作者簡介：喻本松（1985-），男（土家族），湖北恩施人，三門核電有限公司助理工程師，RMS系統(tǒng)工程師，研究方向：AP1000核電項(xiàng)目輻射監(jiān)測維護(hù)及管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）