AP1000核电厂通信系统设计研究

陈 超 / 张 晨

(中国核电工程有限公司， 北京 100089)

1 概述

AP1000核电厂作为第三代核电机组，在传统成熟的压水堆核电技术基础上，引入安全系统非能动概念，在设计中采用非能动严重事故预防和缓解措施，使核电厂安全系统的设计发生了革新的变化，使核电厂安全性和可靠性显著提高。作为核电厂运行所必需的重要系统，虽然通信系统本身并不是核安全相关系统，但与核电厂安全运行和实施核事故应急计划有关，且提供核电厂运行所必需的全部通信连接，因此对其系统设计进行研究是十分必要的。

AP1000通信系统(EFS)由厂内通信和厂外通信两部分构成。

厂内通信在核电厂事故工况(除地震情况外)或异常状态(包括火灾)时，在最大噪声限度条件下为厂内人员提供可靠有效的通信手段；厂外通信在应急工况下，需保证主控室操作员、远程停堆站操作员、PPS报警站操作员和/或其他特定人员与外界应急机构及核电厂内人员的直通线路。

2 子系统设计

在正常运行、维护、瞬态情况、火灾和事故(包括失去厂外电源)状况下，EFS各子系统发挥其功能。子系统包括：无线电话及寻呼系统；呼叫通话系统；声力电话系统；自动电话系统(PABX)；应急自动电话系统(EPABX)；时钟系统；警报系统。

2.1 无线电话及寻呼系统

AP1000无线电话及寻呼系统将作为核电厂所有区域的主要通信方式。本系统覆盖核电厂内外，由无线主控单元(MCU)、无线电话终端、基站、天线及其他必要设备构成。使用人员携带无线电话终端可在核电厂任何区域进行通话。

2.2 呼叫通话系统

呼叫通话系统作为无线电话及寻呼系统的备用，使全厂通信系统更加灵活、可靠。本系统以微处理器为基础，可以播放多声调警报信号和预先录制的语音信息，同时可用于在电厂范围内的个人寻呼及公共广播，也可用于普通的语音通信。

2.3 声力电话系统

声力电话系统为某些工作人员提供特定通信手段。本系统可用于电厂检修、仪表校准、燃料更换、停堆检修及电厂停堆操作过程中的工作人员通信。

2.4 自动电话系统(PABX)

自动电话系统(PABX)提供核电厂全厂范围内的语音通话功能，与厂外通信有接口，可作为无线电话及寻呼系统备用。

图1 附属厂房通信设备间布置图

PABX系统由主机、连接电缆、终端(按键电话)及其他配套设备构成。

PABX系统提供全双工语音通信。系统具有呼叫转移和电话会议(最多5个终端用户，包括无线移动手持机)功能。

2.5 应急自动电话系统(EPABX)

应急自动电话系统(EPABX)能提供主控室、远程停堆站、技术支持中心和其他关键的操作区域之间的应急通信，并具有呼叫转移和电话会议功能。

2.6 时钟系统

时钟系统由母钟为核电厂各子项提供统一的时间脉冲，控制各子钟同步运行，显示同一标准的时间。本系统可提供精确的基准时间信号，目的是为ECS主交流电源系统的高等级继电保护及TVS闭路电视系统建立一个顺序的时间记录。PLS电厂控制系统和常规岛有其独立的时钟系统。

2.7 警报系统

警报系统独立于其他通信子系统。由遍布全厂的可发出声、光警报信号的设备组成。一个多音频信号发生器通过警报系统放大器和扬声器发出警报。高噪声区域使用闪烁的指示灯。

警报系统在主控室和远程停堆站发出信号并可进行音调选择。

2.8 通信设备间设计

EFS系统为所有电厂运行人员提供有效可靠的通信手段并可向电厂指定区域人员发出应急警报信号。因此，除用于换料及停堆的声力电话子系统设置在特定功能区域内，其他EFS系统设备遍布整个电厂。

PABX自动电话系统、EPABX应急自动电话系统、直通电话系统、无线电话及寻呼系统、呼叫通话系统为两机组共用，声力电话系统、时钟系统及警报系统为每个机组一套。可选择单个机组或双机组实现呼叫和警报功能。两机组间外部铜缆连接可防浪涌及电位差。

PABX系统交换机、EPABX系统交换机、时钟系统GPS接收装置、多音频警报发生器及呼叫通话系统合并分离柜均设置于附属厂房的通信设备间内。附属厂房通信设备间布置如图1所示。

无线电话主机MCU及呼叫通话系统的合并分离柜分别放置在不同房间或防火分区，由不同UPS系统供电。任何一个系统的失效不会影响另一个系统的正常运行。

2.9 主控室通信系统设计

主控室操作员需与所有语音通信系统进行通话。这些通信设备需放置在不同位置以避免设备故障导致系统不可用。设备接口位置不能与其他控制和指示设备接口相冲突。接口可连接多条通信线路与多方进行通话而无需更换设备，多个主控室人员可同时参与对话。正在使用的设备及通信线路识别通过音调和指示灯区分。区别于所有其他主控室能听到的警报音调。设备的音量可调。系统可满足今后核电厂的扩容需求。

3 与M310电站技术要点对比

在设计基准方面存在一致性和差异性。

1)一致性

AP1000电站及M310电站通信系统均为非安全级系统，但其中部分系统与核电机组的安全运行和实施核事故应急计划有关。功能均为在核电厂正常运行、事故工况(不包含地震)、异常状态(包含火灾)时提供厂内外通信手段。

2)差异性

M310电站通信系统可靠性是通过系统多样设置和冗余度来保证，AP1000电站系统可靠性则是通过多样通信子系统交换机中继链路的互联保证。单一故障，即使是完全独立的通信子系统丧失造成的故障亦不会影响电厂指定区域之间通信的有效性，这将提高整个系统的适应性。

AP1000电站与M310电站通信系统子系统设计及功能大体相同，但子系统设置方式存在较大差异，主要包括：

(1)无线电话及寻呼系统

AP1000无线电话及寻呼系统相对M310堆型电站通信系统为新增。并且作为AP1000电站的主要通信手段，无线电话及寻呼系统无盲区覆盖全厂，可与自动电话系统和应急自动电话系统实现无缝连接，作为有线电话网的扩充。

AP1000电站无线电话及寻呼系统在核岛的使用区域广泛，因此本系统设备对仪表控制设备的电磁干扰问题变得尤为重要，需要对设备的电磁兼容性提出要求,符合IEC6100系列标准及NRC RG1.180《对安全相关仪控系统电磁和射频干扰影响的评估导则》要求的设备才能在核岛上述区域使用，这关系到核电厂的运行安全。

其运行应对电厂其他通信系统无干扰，反之亦然。

(2)电磁干扰呼叫通话系统

将M310电站中内部对讲系统和有线广播系统的功能合并为呼叫通话系统。

同时，呼叫通话系统增加了公共广播切入功能通过拨打公共广播号码，从任意一台固定电话终端或无线电话终端可通过呼叫通话系统进行广播通知。

(3)警报系统

AP1000核电厂采用了声光警报系统，而M310核电厂仅设置声警报系统。频闪灯用于环境噪声过大使得警报声响难以达到高于环境噪声音域5dB，以及噪声强度大于110dBA的场所。

M310电站声警报系统作为有线广播系统的备用，设置方式为双机组共用，AP1000电站警报系统独立于其他通信子系统，每个机组都有一套完整的警报系统用于在机组内启动和发出警报信号。对于全厂应急事件，授权的机组能将其警报系统与其他机组警报系统合并。

同时增加了应急平台设计，在应急工况下接入核电厂既有的通信系统，使应急指挥人员能够通过统一的平台、利用既有通信系统设备的功能快速、简捷、灵活、高效地进行应急处理，并提供良好的通信保证。系统功能包括各通信子系统的接入、监控、卫星链路、统一的操作界面以及无线网络控制器的备份，如图2所示。

图2 应急平台设计图

4 结束语

AP1000电站作为三代非能动安全先进核电厂，其通信系统设计相对于M310电站亦做出很多优化，存在其先进性和可靠性。其优势包括：

(1)无线电话全厂覆盖。

(2)AP1000电站呼叫通话系统集生产调度、通信和广播功能为一体。M310电站需单独设置有线广播系统和内部对讲系统。

(3)AP1000电站采用子系统联网方式保证系统可靠性，并且在通信设备间设置切换开关，用于切换直通电话系统、时钟系统、声力电话系统、呼叫通话系统及警报系统在主控室与其他子系统的电路。

(4)系统供电方面，AP1000电站由非安全相关不间断电源系统(EDS)供电。相对于M310电站的主电源失电后由UPS蓄电池组自动切换保证半小时供电。电源可靠性明显提高。

综上所述，AP1000电站通信系统的设计有其先进、可靠、多样、便捷的优点，同时也要指出通信系统作为非安全级系统，不保证全厂断电、地震、水淹等事故工况下通信设备正常使用。因此在核事故发生时如何保证应急通信信道畅通还是需要继续研究的课题。

[1] AP1000电站设计准则(LDX-GTEC-G1-001-B302).

[2] 电气系统设计准则(LDX-GTEC-E1-001-B304).

[3] 安全相关仪控系统的电磁和射频干扰评估导则(NRC RG1.180).

[4] 核电厂电磁干扰试验导则(EPRI TR 102323).

[5] 通信系统说明书(LDX-EFS-E8-C01-B304).

[6] 陈战.AP1000后续核电项目低压接地系统设置探因分析及对策[J].电气应用，2012,06.

[7] 邓康宁,李建华.核安全备用线路失电原因分析及对策[J].电气应用，2012,06.