核电厂辐射监测系统总体结构优化过程及改进方案

梁彦杰

(福建宁德核电有限公司， 福建 宁德， 355200)

核电厂辐射监测系统(KRT系统)的功能是确保核电厂的运行安全，以及工作人员和周围居民免受超剂量的辐射——主要包括工艺监测、流出物监测、区域监测以及报警与隔离。宁德核电KRT系统的设计是以岭澳核电一期为参考电站，以岭澳核电二期的设计文件为参考文件进行的，其总体结构在岭澳核电二期的基础上进行了改进，简化了系统结构，增强了系统的可靠性，是同类型电站中总体结构最优化的系统。

1 岭澳核电一期的KRT系统

岭澳核电一期的KRT系统采用模拟仪表搭建而成，主要包括探头、测量盒、接线盒、就地显示报警盒、INR远程机柜，如图1所示。

图1 岭澳核电一期的KRT系统总体结构

就地产生的脉冲信号通过INR机柜进行数字显示，并在该机柜处转换成模拟量信号、开关量信号，模拟量信号传输到主控侧，开关量信号传输到继电器机柜侧。

优点：①技术比较成熟，有较长的运行经验； ②所有固定式监测通道的下层结构从现场探头到远程显示单元都是完全独立的； ③不依赖于DCS系统。

缺点：①远程显示单元INR故障率高，并影响1E级通道的连锁动作，采购成本和运行维修成本很高； ②数字化程度较低； ③缺乏冗余设计。

2 岭澳核电二期的KRT系统

针对岭澳核电一期的经验反馈，岭澳核电二期的总体结构做了一些改变。岭澳核电二期KRT系统主要包括现场的探头、就地处理/显示单元、远程显示单元RDU及用于安装RDU的集中机柜、信息机柜等设备。岭澳核电二期KRT系统总体结构如图2。

相比岭澳核电一期，岭澳核电二期的改进项目主要有：①将测量盒和就地显示报警盒更改为就地处理/显示单元LPU/LDU； ②在LP(D)U侧将脉冲信号转换成开关量、模拟量及数字信号； ③对于1E级监测通道，其测量数据还以硬接线的方式直接从RDU传送到DCS，增加了通道的安全性能； ④增加信息机柜。该机柜内设一台KRT服务器(辐射监测计算机)和网络连接设备，对本机组和共用的KRT监测通道进行集中信息显示和控制，并与DCS系统进行通讯，所有KRT监测通道的信息都会从RDU送到KRT服务器，之后以通讯方式将数据传送到DCS并在主控室数字化人-机界面(HMI)上显示； ⑤增加了冗余设计。

优点：①所有固定式监测通道的下层结构从现场探头到远程显示单元都是完全独立的； ②所有固定式监测通道与DCS系统的接口都集中在电气厂房15.5 m的集中机柜里； ③可通过集中机柜的RDU对现场就地处理(显示)单元实现集中供电。

缺点：①RDU的功能可由就地处理(显示)单元和KRT服务器分别实现，本方案系统结构比较复杂，增加了采购、运行和维护成本； ②由于LPU/LDU与RDU是一一对应的关系，所以从电气厂房15.5 m到现场的就地处理单元需要敷设大量的电缆。

从岭澳核电二期KRT系统的总体结构来看，数字化技术的应用不仅没有简化仪表控制结构，反而使其变得更复杂。

3 田湾核电KRT系统设计经验反馈

田湾核电的KRT系统的总体结构中没有使用RDU，其固定式监测通道的典型结构见图3。

由图3可知，各监测通道的LPU先通过RS485的通讯方式串联起来，然后再将数据传送到数据采集计算机。在此典型结构中，并未使用RDU。采用这种典型结构的优点是可以节省现场监测通道到数据采集计算机的电缆；缺点则是数据通讯未进行冗余设计，如果整个网络中某处故障，则故障点之后的所有监测通道的数据无法传送到数据采集计算机和上层结构中。

图2 岭澳核电二期KRT系统总体结构

4 取消RDU后的功能分析

对现有的KRT系统进行改进，取消RDU及集中机柜，则KRT系统中RDU的功能可以考虑分别由数字化仪控系统中不同部分去实现：

(1) KRT服务器都布置在电气厂房标高15.5 m房间内，RDU远程显示监测道参数的功能可以在KRT服务器上实现，也可以根据运行的需要，设置远程显示终端；

(2) 可将记录监测通道的运行状态和报警信息、远程修改监测通道阈值等功能由KRT服务器的软件实现；

(3) 对LPU的集中供电可另设配电箱，新设置的配电箱的数量、安全等级和布置的房间与被取消的集中机柜一一对应；

(4) 原通过RDU用硬接线方式向DCS系统传送数据的功能可以由现场的LPDU实现。

由于RDU安装在集中机柜中，取消了RDU，相应的集中机柜也将取消。集中机柜具有报警禁止和电源转换(将220 V交流转换为48 V直流)的功能，取消集中机柜后，报警禁止的功能可以在KRT服务器上通过软件实现，而48 V直流可由220 V交流在配电柜或LPU/LDU内转换而来。

在保证KRT系统功能完整的前提下，取消RDU后，有以下优点：①可以节省采购RDU的费用； ②免除与RDU有关的运行和维护成本；③KRT系统结构简化，系统的可靠性会有所提高； ④取消RDU后，所有监测通道通过RS485通讯口在现场串联起来，用少量的电缆将信号送到KRT服务器中，这样可以节省每个监测通道到RDU的长距离通讯电缆。

图3 田湾核电的KRT系统的总体结构

5 宁德核电KRT系统总体结构

宁德核电KRT系统总体结构设计是以岭澳核电一期为参考电站，以岭澳核电二期的设计文件为参考文件进行的，其总体结构在岭澳核电二期的基础上进行了改进，但系统功能保持不变。宁德核电KRT系统总体结构如图4。

相比岭澳核电二期，宁德核电KRT系统总体结构改进的项目有：①辐射监测探头和LPU/LDU的现场布置及连接方式与岭澳核电二期保持一致，仅对每个监测通道分别增加了连接盒(JB箱)；②所有监测通道通过RS485通讯接口在现场就近串联(不考虑监测通道的安全分级，但考虑采取合适的隔离措施)，分几组通过RS485总线将信号传送到KRT服务器，然后分别与KRT服务器进行数据通讯； ③各固定式监测通道的JB箱(均有2个RS485端口)之间的RS485通讯方式采用冗余设计，每组监测通道的数据将分别传送到2台KRT服务器； ④KRT服务器需要确保有足够的RS485端口接收来自各组固定式监测通道的信息，而各组监测通道之间没有联系； ⑤用LPU/LDU取代RDU，完成部分通道与DCS之间硬接线的数据通讯。

优点：①可以节省采购RDU的费用； ②免除与RDU有关的运行和维护成本； ③KRT系统结构简化，系统的可靠性会有所提高； ④取消RDU后，所有监测通道通过RS485通讯口在现场串联起来，用少量的电缆将信号传送到KRT服务器中，这样可以节省每个监测通道到RDU的长距离通讯电缆。

不足之处在于数据通讯对KRT服务器的依赖性较高。两台机组共用两台服务器，实现冗余功能，如一台服务器出现故障，则会大大加大数据通讯中断的风险。考虑到KRT服务器的集中控制及数字化通讯的重要性，它的稳定性至关重要，随着时代的发展，用性能更佳、稳定性更好的服务器或交换器进行替代，可能是KRT系统进一步优化的方向。

图4 宁德核电KRT系统总体结构

6 结论

宁德核电KRT系统总体结构在岭澳核电二期的基础上，考虑岭澳核电一期的运行经验和田湾核电KRT系统的设计经验反馈，充分利用数字化辐射监测设备的特点，取消了RDU和集中机柜，简化了系统结构，增强了系统的可靠性，节省了初次采购成本和运行维修成本，而且在不需要改变探头和LPU的现场布置，也不改变它们之间连接的情况下，还能保证KRT系统的总体功能与岭澳核电二期一致。目前，宁德核电KRT系统总体结构的设计已作为CPR1000项目电厂辐射监测系统的标准化设计方案。