田湾核电站自动辐射监测系统设计

孙元君，赵卫军

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

田湾核电站自动辐射监测系统（ARMS）是仪控系统的重要组成部分，它是俄方和西门子公司设计、中国核电工程有限公司作为后援单位的共同成果。根据其功能的不同，ARMS分为工艺监测（APRMS）、场所监测（ARSMS）、沾污监测（ARCMS）和个人剂量监测（AIRMS）。该系统主要用来判断工艺回路运行是否正常，核电厂各层屏障是否完整，防止工作人员受到高辐射照射和体表沾污，自动启动隔离设备或其他系统，减少放射性事故产生的废液和废气造成的污染，最终实现辐射防护和安全最优化。

田湾核电站一期工程由两台机组组成，每个机组都有独立的辐射监测控制室（MRMR），每个机组的辐射监测控制室不仅能集中显示两台机组ARMS系统的信息，而且能控制各自的ARMS系统。两台机组辐射监测控制室的信息通过电站级网络设备，实现信息相互共享。

ARMS系统与仪控系统是相对独立的，两者之间通过XU和硬接线相连。通过XU的参数为613个，其中，从ARMS系统传输到仪控系统的参数为144个，从仪控系统传输到ARMS系统的参数为469个；通过硬接线的开关量58个、模拟量25个，它们全都是从ARMS系统传输到仪控系统的参数，这些参数中的开关量参与仪控系统的连锁、保护，而模拟量用于显示记录。

1 ARMS设计要求[1]

1.1 ARMS设计总体要求

1）在正常运行和应急状态下能完成工艺辐射监测、场所监测的所有功能;

2）下层设备可独立完成对ARMS系统辐射参数的监测、所采集信息的初步处理、超阈值报警、监测信息的简单显示以及和上层的信息交换;

3）在信息采集地可使用就地计算机完成系统的功能;

4）仪控系统和ARMS系统之间可进行信息交换，完成APRMS、ARSMS、AIRMS和ARCMS系统的一系列功能;

5）ARMS系统的各个子系统之间可以进行信息交换;

6）ARMS系统需把信息输送到位于不同厂区的7个工作站（机组工程师站、机组剂量站、维护校准站、剂量实验室站、全厂工程师站、全厂TLD/WBC热释光及全身内照射站）;

7）ARMS属于分布式信息处理系统，中心数据库与ARMS系统局域网相连。

1.2 ARMS运行时需实现的功能

1.2.1 主要功能

1）信息的采集和初步处理；

2）测量结果的记录和备份；

3）信息处理和超阈值报警；

4）基于模拟计算的信息处理；

5）信息输出；

6）数据库管理；

7）与ARMS系统外部用户进行信息交换。

1.2.2 辅助功能

1）执行机构的控制；

2）软件和硬件的诊断；

3）刻度和试验程序；

4）对无授权访问信息和设备的保护。

由于ARMS设计要求具体复杂，传统的模拟信息设计不能实现上述功能，ARMS数字化设计成为必然的选择。

2 ARMS组成结构[2]

由于ARMS确定为数字化设计方案，ARMS组成结构分为软件和硬件；其中软件主要包括操作系统Windows/Linux，应用软件为Visual C，数据库为Oracle；另外ARMS的硬件组成结构分为上、下两层，下层分为现场级、自动化级；上层分为数据采集级、网络通讯级、机组级和电站级。ARMS硬件各部分的主要技术要求及功能如下。

2.1 ARMS下层

ARMS下层分为现场级、自动化级，由下列设备装置组成：

1）探测器装置（DD）或探测器单元（DU）和提供测量数据处理的就地处理单元或就地显示单元（LPU）；根据设计的要求，DD或DU产生的模拟信号通过LPU可转化为数字信号、开关量信号或直接输出模拟信号。

DD或DU所使用的探测器类型有闪烁体探测器、半导体探测器、电离室、正比计数器四类；1号、2号机组每个机组的固定式DD或DU为182台，1号、2号机组公用的固定式DD或DU为9台；一些典型DD或DU的测量范围如下：

— 在线中放液体活度测量仪：3.7×107～3.7×1014Bq/m3。

— 离线低放液体活度测量仪：3.7×103～3.7×109Bq/m3。

— 惰性气体活度测量仪：3.7×103～3.7×109Bq/m3。

— 设计基准事故及超设计基准事故的高量程γ测量仪：10-2～3.7×105Gy/h。

— 低量程区域γ测量仪：10-8～3.7×102Gy/h。

2）用于执行机构控制的数字控制装置（CU）以及受CU控制的可动部件（M），如电动阀、电磁阀和泵，其中每个机组取样泵6台，用于气体取样回路。

除此之外，还有一些特殊的下层设备：

1）扫描式液体、气体γ谱仪各1台，为高纯锗γ谱仪。

2）实验室谱仪及WBC全身污染监测仪。

3）个人剂量计及其读出器。

4）监测人员离开放射性控制区的C2门。

5）人员和车辆污染监测设备，该设备属于1号、2号机组公用的探测器装置或探测器单元，总共6台。

下层设备装置中具有处理功能的部件，对信息进行初步处理可生成开关量信号、数字信号或直接输出模拟信号，其中数字信号通过ARMS的上层设备传输到I&C的TXP或TXS，开关量信号和模拟信号直接传输到I&C的相关部件中；另外，下层设备装置具有接收、执行上层设备装置的控制命令。

2.2 ARMS上层

ARMS上层分为数据采集级、网络通讯级、机组级和电站级，由下列设备装置组成：

1）数据采集站：采用工业计算机，每个机组7台；其中4台用于安全重要参数（SIP）数据的采集，安装在4个不同的房间，分别属于1、2、3、4 SIP；另外3台用于正常运行参数（NOP）数据的采集，其中2台用于1、2 NOP数据的采集，1台用于扫描式γ谱仪数据的采集。在设计中，根据SIP的不同，对同一参数可设一道、二道、三道或四道独立的监测道，如监测蒸汽发生器泄漏的主蒸汽管，在同一位置设置了4个独立的监测道，此4个独立监测道分别属于1、2、3、4 SIP，其数据对应地送到1、2、3、4 SIP数据采集站，保证其获得的数据可信可靠。

2）数据库服务器：提供ARMS实时数据和历史数据，实时数据按一定的要求存储变成历史数据，定期用移动硬盘下载ARMS历史数据。

3）网络通讯设备：6台SWITCH，1台路由器，实现网络通讯。

4）机组级及电站级工作站：不同的工作站通过网络通讯设备，实现资源共享和远程控制。

2.3 与外部接口

1) 外部连接单元（XU）：属于仪控系统设备，ARMS上层和仪控系统进行数据交换需经过带防火墙的XU。

2）环境监测：通过ARMS电站级SWITCH，ARMS同环境监测（AREMS）进行数据交换。AREMS的环境γ监测及气象监测数据实时地传送到ARMS中，ARMS排出流参数也可实时地传送到AREMS服务器中，ARMS根据需要可调用环境监测的数据。

3) 辅助锅炉水：辅助锅炉水用于办公室供暖，加热蒸汽来自核电厂二回路乏蒸汽，为了保证办公室供暖的放射性安全，对供暖水设置了3道辐射监测道，这3道辐射监测道的数据通过路由器进入ARMS。

4) 便携式仪表数据：便携式仪表测的数据，可在剂量实验室工作站输入ARMS。

3 工作站功能分配

工作站是ARMS上层的组成部分，用于显示和控制。田湾核电站在ARMS中设计了如下工作站：

1) 机组工程师站：监测、控制机组相关系统的辐射参数。

2) 机组剂量站：监测、控制进出卫生出入口人员的个人剂量。

3) 维护校准站：编制ARMS设备维护和校准的计划。

4) 剂量实验室站：获取实验室数据。

5) 电厂工程师站：监测电厂相关系统的辐射参数。

6) 电厂TLD/WBC工作站：获取个人内、外照射的数据。

工作站的结构和它们的功能可按用户的要求来设计。由于田湾核电站ARMS使用了分布结构，工作站的数量可以改变，它们的功能也可以重新分配。

每一个工作站都有就地数据库，能实现快速存取、检索和查询，并可把这些信息打印出来。

4 结束语

田湾核电站ARMS功能分类完整，采用了现代数字化设计方案，实现了分散控制和集中管理，避免了集中控制产生的风险；ARMS运行时图表直观方便，便于运行人员操作管理ARMS，为后续核电厂辐射监测系统的设计起到了示范作用。

[1]马一.连云港核电厂工程核岛仪表和控制系统：第七卷[R].北京：核工业第二研究设计院设计文件，1999.（MA Yi.Lianyungang NPP Instrument and control system of nuclear island volume 7 [R].Beijing：BINE，1999.）

[2] S.Onufrienko.Lianyungang NPP Technical Design Part 3 Technological Solutions 3-8 Radiation Monitoring within the NPP fence [R].Saint Petersburg：Saint Petersburg Research and Design Institute，1999.