安全壳泄漏率在线监测系统设计

杨 萌，郭 猛，何庆镭

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

0 引言

安全壳是核电厂防止放射性物质外泄的最后一道实体屏障，其完整性的监督手段有3 种：10 年1 次的安全壳A类整体试验；换料大修期间的安全壳B、C 类密封性周期试验；反应堆运行期间的安全壳泄漏在线监测。为了确保安全壳的完整性和密封性，需要定期地对安全壳进行密封性试验。在机组正常运行期间，需要实时监视安全壳密封性的变化。核电站安全壳泄漏率在线监测系统，是为了在机组正常运行的工况下，通过监测安全壳内的湿度、温度、压力及壳外压力，计算安全壳的泄漏率来监视安全壳的密封性，在泄漏率达到运行限值时，及时通知电站操作人员采取必要的行动[1-3]。本文从测点选取、接线箱及汇线箱、端子柜、供电、接地等方面介绍了安全壳泄漏在线监测系统的设计，为后续电站在该系统的设计提供了指导作用。

1 设计方案介绍

安全壳泄漏率在线监测系统（CLM）由现场测量仪表、测量信号传输网络、数据采集处理、泄漏率计算和计算结果输出等组成[3]。系统组成结构示意图如图1 所示。

图1 系统组成结构示意图Fig.1 Schematic diagram of system composition

CLM 系统硬件，主要由现场侧安全壳内温度、湿度和压力仪表、接线箱和汇线箱、端子柜CLM001AR 和数据采集，及处理机柜CLM002AR 组成。其中，安全壳内仪表设备、接线箱和汇线箱布置在反应堆厂房。CLM001AR 和CLM002AR 布置在电气厂房电气区。压力、温度、湿度仪表包括密封性试验的仪表和在线监测的仪表。系统接线示意图如图2 所示。

图2 系统接线示意图Fig.2 System wiring diagram

安全壳内的温度、湿度、压力等仪表先接入对应的接线箱，接线箱与仪表一一对应，然后再由接线箱接入汇线箱，再由汇线箱接入端子柜。安全壳外的压力表及外系统的流量计直接接入端子柜。信号进入端子柜后，需要在线监测的信号接入数据采集及处理机柜，需进行密封性试验的信号接入安全壳密封性试验系统的机柜。

1.1 测点选取

ACP1000 堆型相对于过去的M310 堆型发生了诸多的变化，如采用单堆布置，双层安全壳结构，使得安全壳内的体积也相对变大。M310 堆型的安全壳密封性试验测点网络结构不能满足使用要求，因此需要设计新的测点网络以适应ACP1000 堆型。

以M310 堆型为例，壳内测点有59 个温度测点、9 个湿度测点、1 个压力测点，壳外有1 个压力测点。经过重新设计后，由于ACP1000 堆型安全壳体积变大，增加壳内温度测点13 个，湿度测点9 个；由于采用双层安全壳设计，增加外层安全壳温度测点14 个，湿度测点6 个，压力测点1 个。因此，ACP1000 堆型壳内采用了86 个温度测点、24 个湿度测点，2 个压力测点，壳外有1 个压力测点。特别地，增加的测点包括了环形空间的温度和湿度测点。安全壳泄漏率在线监测系统测点在密封性试验测点的基础上，按照一定规则挑选出10 个温度测点，2 个湿度测点（4 个仪表，两用两备）、1 个安全壳内压力测点（两个仪表，一用一备），1 个安全壳外压力测点代表整个安全壳内温度、湿度、压力的物理特性。

图3 测点选取示意图Fig.3 Schematic diagram of measuring point selection

1.2 接线箱和汇线箱设计

通常，在第一次密封性试验以前，安全壳泄漏率在线监测系统的测点位置遵照参考电站布置，机组密封性试验后才能进行测点的修正（只修正一次）。测点的修正会带来接线箱的位置改变和数据采集机柜的端子接线问题改变。M310 堆型的核电站在第一次密封性试验前就布置好了在安全壳泄漏率在线监测测点的备用仪表的中间接线盒。密封性试验后，由于测点位置的修正，会引起备用仪表中间接线盒的位置改变，而此时安全壳内的脚手架等设备已经拆除，接线盒的位置很难再挪动，造成启堆前的工期紧张等一系列问题。在端子柜测点转接时，由于测点位置的改变，M310 堆型的核电站需要在数据采集机柜进行测点端子的重新布置，增加了施工难度。

ACP1000 堆型在系统设计上充分考虑上述问题，备用仪表中间接线盒的布置时间选择在第一次密封性试验结束，安全壳泄漏率在线监测系统测点位置重新规划后进行，避免了中间接线盒的位置挪动。

1.3 端子柜设计

测点修正后，由于测点位置的改变，M310 堆型的核电站采用普通的端子，需要在端子柜进行测点端子的重新布置。为了避免重布端子，ACP1000 堆型端子柜采用了一批一进二出的端子，待测点重新规划后，只需将对应信号的端子与一进二出端子连接，再连接控制柜，既保证了后期密封性试验的接口要求，又仅需在端子柜做简单的柜内接线修改即能完成接线任务，减轻了施工难度。

1.4 供电设计

CLM 系统采用一路UPS 电源供电进行设计，进入机柜后进行电源分配。现场电压范围在220VAC±5%，频率范围为50Hz±1%。

1.4.1 机柜内部供电

机柜001AR 属于端子转接机柜，内部不配置电源，机柜002AR 接收来自现场的一路电源，给1 对冗余的24V 直流电源模块供电。冗余的24V 直流电源给主控器、I/O 机架、交换机等系统用电设备供电，主控制器、交换机、机架均可接收两路直流供电，I/O 模块由机架供电，故不存在电源切换问题。

为了与系统电源隔离，采用设置一对24V 直流电源模块为辅助供电单元，其中一个直流24V 电源为AI 模块发送回路供电，另一个24V 直流电源则为DO 模块数字触点供电。

1.4.2 人机接口站等设备供电

工程师主机及显示器、打印机、时钟服务器等设备的供电来自总电源分配的一路电源。

1.5 接地设计

1.5.1 总体接地原则

CLM 系统机柜内设有接地保护地、系统地和屏蔽地，所有接地栓在与柜体连接处均采用绝缘处理。

保护地：又被称为安全地，是为保证人身安全和电气设备安全而设置的接地。凡控制系统的机柜、操作台、仪表柜、电源柜等用电设备外壳在正常条件下不带电的金属部分，但由于各种原因可能带危险电压者均应该做保护接地。

系统地：又被称为工作地，现场仪表信号回路接地应接入工作地，以避免信号回路中产生接地回路而导致干扰效应。

屏蔽地：又被称为模拟地，它可以把现场信号传输时所受到的干扰屏蔽掉，以提高信号精度。控制系统中信号电缆的屏蔽层应做屏蔽地，系统屏蔽线采用单端接地。

机柜与厂房接地网连接用的铜排，采用环形鼻栓固定方式，能适应相应要求的接地线截面积并能承受相应的能力，同时该铜排也用来连接柜内各部件的接地端，采用环形鼻栓固定方式。

活动部分如门，采用编制软铜线（φ16mm2）连接，用环形接线片与固定部分连接。

1.5.2 与接地网的连接

CLM 机柜设置3 个接地桩，分别是系统地、保护地、屏蔽地。3 个接地桩通过不小于10.0mm2的接地线直接就入电厂接地网，该接入点半径10m 内不得有防雷接地或者高电压强电流设备的接地点。

现场机柜与接地网连接如图4 所示。

图4 机柜与接地网连接示意图Fig.4 Schematic diagram of the connection between the cabinet and the grounding grid

2 总结

本文结合M310 堆型和ACP1000 堆型的不同特点，介绍了安全壳泄漏率在线监测系统在测点选取、接线箱和转接箱的设计、端子柜的设计、供电和接地设计方面的实施方案，为后续电站该系统的设计提供了指导作用。