(華龍國際核電有限公司，北京 100036)

田灣核電站ARMS系統(tǒng)是俄方設(shè)計由中方參與的系統(tǒng)，其設(shè)計要求不僅滿足俄方的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，同時也滿足中方的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。田灣核電站ARMS系統(tǒng)在國內(nèi)首次實現(xiàn)了數(shù)字化，是VVER機(jī)組的重要組成部分。

輻射是核電站的重要特征，通過ARMS系統(tǒng)，監(jiān)測和采集核電站相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)施設(shè)備或區(qū)域的放射性參數(shù)，實時監(jiān)測系統(tǒng)、設(shè)備及相關(guān)區(qū)域的放射性水平和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動連鎖或手動觸發(fā)相關(guān)工藝系統(tǒng)和設(shè)備的保護(hù)功能，以確保核電站系統(tǒng)設(shè)備、工作人員及核電站居民的輻射安全。

1 系統(tǒng)功能

田灣核電站輻射監(jiān)測由ARMS系統(tǒng)、一系列便攜式儀表與實驗室設(shè)備組成，形成完整的輻射監(jiān)測控制系統(tǒng)。其中便攜式儀表作為ARMS系統(tǒng)的補(bǔ)充測信息，實驗室設(shè)備用于流出物樣品進(jìn)行測量及必要情況下對ARMS系統(tǒng)在線測量數(shù)據(jù)進(jìn)行核對或?qū)RMS系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行維修、校準(zhǔn)[1]。

ARMS系統(tǒng)由4個相互關(guān)聯(lián)的功能子系統(tǒng)組成，它們分別是自動化工藝輻射監(jiān)測系統(tǒng)(APRMS)、自動化輻射場所監(jiān)測系統(tǒng)(ARSMS)、自動化輻射污染監(jiān)測系統(tǒng)(ARCMS)和自動化個人輻射劑量監(jiān)測系統(tǒng)(AIRDMS)。

APRMS子系統(tǒng)的設(shè)計用于監(jiān)測保護(hù)屏障(構(gòu)筑物、系統(tǒng)設(shè)備)的泄漏、指導(dǎo)分析放射性核素泄漏的來源、評估泄漏尺寸并預(yù)測其變化、監(jiān)測主控室可居留性、監(jiān)測放射性物質(zhì)在環(huán)境中的釋放，監(jiān)測放射性廢物的處理等。

ARSMS子系統(tǒng)用于監(jiān)測和預(yù)計場所的輻射狀況，及時預(yù)警場所輻射狀況的惡化情況，采取措施降低人員遭受過量的照射，并阻止放射性物質(zhì)的擴(kuò)散。

ARCMS子系統(tǒng)用來對有關(guān)輻射安全的技術(shù)、組織、生活和衛(wèi)生規(guī)定的效率進(jìn)行評估，這些規(guī)定允許接受下列數(shù)據(jù)：違反規(guī)程、去污工作的必要性和便利性及其效率，人員個人保護(hù)和防止污染擴(kuò)散的必要措施等數(shù)據(jù)。

AIDMS子系統(tǒng)用于對人員劑量負(fù)擔(dān)進(jìn)行監(jiān)督、預(yù)測、計算和計劃，并對人員進(jìn)出受控區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，該監(jiān)測旨在使人員的輻射水平不超過核電站各種工況下所規(guī)定的限值，并在劑量負(fù)擔(dān)最小化的基礎(chǔ)上優(yōu)化工作流程。

2 功能實施

田灣核電站，對安全重要參數(shù)(SIP)的監(jiān)測，采用冗余監(jiān)測，根據(jù)參數(shù)重要性的不同，最多設(shè)置4個安全序列。 ARMS系統(tǒng)設(shè)置為4個安全序列，與田灣核電站其他系統(tǒng)設(shè)計一致。另外，ARMS系統(tǒng)的正常運(yùn)行參數(shù)(NOP),由 2個正常序列和1個譜儀監(jiān)測序列來實現(xiàn)。

2.1 APRMS子系統(tǒng)

APRMS子系統(tǒng)通過對下述工藝介質(zhì)進(jìn)行放射性測量，完成APRMS子系統(tǒng)的功能。

(1)燃料元件破損的監(jiān)測

1)一回路冷卻劑水化學(xué)工況自動監(jiān)測系統(tǒng)的同一管線上設(shè)置了3個監(jiān)測道，1個監(jiān)測道屬于正常序列，另2個監(jiān)測道屬于1、4安全序列，用于正常和事故狀態(tài)下監(jiān)測。

2)兩列乏燃料池里冷卻系統(tǒng)中各設(shè)置1個監(jiān)測道，這2個監(jiān)測道屬于1、4安全序列。

(2)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及相連系統(tǒng)泄漏的監(jiān)測

1)為了監(jiān)測蒸汽發(fā)生器的泄漏，每套蒸汽發(fā)生器二次側(cè)出口的主蒸汽管道上設(shè)置4個γ劑量率監(jiān)測道和1個泄漏率監(jiān)測道，蒸汽發(fā)生器排污管線和凝結(jié)器排氣處各設(shè)置1個監(jiān)測道，4個γ劑量率監(jiān)測道屬于1～4安全序列并參與停堆保護(hù)功能，其余監(jiān)測道屬于正常序列。

2)為了監(jiān)測壓力容器的泄漏，反應(yīng)堆豎井循環(huán)冷卻系統(tǒng)和控制棒驅(qū)動循環(huán)冷卻系統(tǒng)中各設(shè)置一個監(jiān)測道，此2個監(jiān)測道屬于正常序列；安全殼內(nèi)設(shè)置了4個高量程監(jiān)測道，用于事故監(jiān)測，1個監(jiān)測道同時滿足技術(shù)規(guī)格書要求的超設(shè)計基準(zhǔn)參數(shù)事故工況，其他3個監(jiān)測道屬于1、3、4安全序列。

3)為了監(jiān)測其他一回路壓力邊界的泄漏，重要用戶中間回路冷卻水管線，這些通道屬于1～4安全序列。反應(yīng)堆廠房的排風(fēng)管線、蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)隔間循環(huán)冷卻系統(tǒng)、主泵電機(jī)間循環(huán)冷卻系統(tǒng)都設(shè)置了若干個監(jiān)測道，這些監(jiān)測道屬于正常序列。

(3)廢液處理系統(tǒng)的監(jiān)測

廢液處理系統(tǒng)的兩個儲存罐分別設(shè)置了1個監(jiān)測道，這些監(jiān)測道屬于正常序列。

(4)液體排放的監(jiān)測

對排放液體采用槽式排放，排放前取樣實驗室測量，合格排放時設(shè)置1個監(jiān)測道連續(xù)監(jiān)測；另外，對重要用戶冷卻水系統(tǒng)、疏水站地下水系統(tǒng)都設(shè)置了監(jiān)測道，以上監(jiān)測道分別屬于1、4序列和正常序列。

(5)安全殼泄漏監(jiān)測

雙安全殼的兩路負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)，每路設(shè)置了兩種不同類型的監(jiān)測道，4個監(jiān)測道分別屬于1、4安全序列。

(6)通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測

對可能存在放射性的通風(fēng)系統(tǒng)，都設(shè)置了監(jiān)測道，這些監(jiān)測道屬于正常序列；另外，主控制室通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置了4個監(jiān)測道，1個監(jiān)測道屬于正常序列，其他3個監(jiān)測道分別屬于1、2、4安全序列。

(7)氣體排放的監(jiān)測

對排放到煙囪中的放射性氣體處理系統(tǒng)、貯罐通風(fēng)處理系統(tǒng)、汽輪機(jī)凝結(jié)水真空排氣系統(tǒng)都設(shè)置了監(jiān)測道；另外，煙囪總排放口，設(shè)置了3套取樣回路，每套取樣回路設(shè)置了4種不同類型的監(jiān)測道，共12個監(jiān)測道分別屬于1、4安全和正常序列。

(8)過濾器放射性的監(jiān)測

對多個凝汽器后機(jī)械過濾器和離子交換過濾器設(shè)置監(jiān)測道，這些監(jiān)測道屬于正常序列。

另外，APRMS子系統(tǒng)設(shè)置了一套液體監(jiān)測譜儀和一套氣體監(jiān)測譜儀，通過取樣回路對需要進(jìn)行驗證確認(rèn)的多個液體、氣體放射性進(jìn)行掃描式監(jiān)測，減少現(xiàn)場取樣實驗室測量。

2.2 ARSMS子系統(tǒng)

ARSMS子系統(tǒng)設(shè)置了47個監(jiān)測道。其中，在反應(yīng)堆廠房設(shè)置了1個中子劑量率監(jiān)測道、12為γ劑量率監(jiān)測道，其中4個監(jiān)測道分別屬于1～4安全序列，其余監(jiān)測道屬于正常序列；在安全廠房設(shè)置了4個γ劑量率監(jiān)測道，都屬于正常序列；在輔助廠房設(shè)置了30個γ劑量率監(jiān)測道，都屬于正常序列。

2.3 ARCMS子系統(tǒng)

田灣核電站，每個機(jī)組只有一個輻射控制區(qū)，進(jìn)出輻射控制區(qū)的通道有2個，即男工作人員進(jìn)出通道，女士進(jìn)出通道，每個通道設(shè)置了更衣間。為了監(jiān)測和控制放射性表面污染，每個通道的進(jìn)出路徑不交叉，每個通道進(jìn)出輻射控制區(qū)的進(jìn)口和出口只有一個總進(jìn)口和一個總出口，便于控制管理。在輻射控制區(qū)，設(shè)置了衣物監(jiān)測儀和壁掛式手腳污染監(jiān)測儀，衣物監(jiān)測儀對被洗前的衣物進(jìn)行分類和對被洗后衣物進(jìn)行確認(rèn)，手腳污染監(jiān)測儀監(jiān)測離開污染嚴(yán)重場所人員的手腳，衣物監(jiān)測儀和手腳污染監(jiān)測儀的監(jiān)測信息是ARCMS子系統(tǒng)的補(bǔ)充。在控制區(qū)衛(wèi)生總出口，設(shè)置了3臺出口污染監(jiān)測儀(C1門)和2臺工具污染測量儀。在核電站男工作人員出口通道，設(shè)置了4臺體表污染監(jiān)測儀(C2門)；在女士進(jìn)出通道的出口設(shè)置1臺體表污染監(jiān)測儀(C2門)。

為了控制放射性污染范圍和對放射性物質(zhì)進(jìn)行管理，在核電站主大門出口設(shè)置了4套人員污染監(jiān)測儀和1套車輛污染監(jiān)測儀，在核電站專用車輛出口設(shè)置1套車輛污染監(jiān)測儀。

2.4 AIRDMS子系統(tǒng)

AIRDMS通過電子式個人劑量計及讀數(shù)系統(tǒng)、TLD劑量計及測量系統(tǒng)和全身計數(shù)器，完成AIRDMS子系統(tǒng)下列功能：

1)個人外照射劑量；

2)人體組織中放射性核素的成分以及含量；

3)對進(jìn)入不同放射性控制區(qū)的工作人員進(jìn)行管理；

4)記錄進(jìn)入和離開控制區(qū)的人員信息。

3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

ARMS系統(tǒng)由現(xiàn)場級、自動化級、數(shù)據(jù)采集級、網(wǎng)絡(luò)通訊級、機(jī)組級和電廠級組成，詳見圖1。

圖1 ARMS組成結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Composition and structure of ARMS

現(xiàn)場級 設(shè)備由與介質(zhì)直接接觸的取樣回路(閥門、泵(M)和管線等)、介質(zhì)非直接接觸探測器(DU)和出入口污染監(jiān)測儀(C2門)等組成，布置在工藝設(shè)備或監(jiān)測點位的現(xiàn)場。

自動化級 設(shè)備由就地處理單元(LPU)、控制單元(CU)、譜儀等設(shè)備組成，布置在距離現(xiàn)場級設(shè)備10～50 m左右的范圍內(nèi)；根據(jù)功能需要可設(shè)置一個 LPU一個或多個DU，組成一個監(jiān)測道； LPU根據(jù)需要，可輸出模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量，模擬量、開關(guān)量可通過硬接線連接到主儀控(正常儀控/安全儀控/后備盤)，參與儀控系統(tǒng)的控制或顯示記錄，數(shù)字量(包括譜儀和CU)通過RS485雙絞線串行連接，將眾多的數(shù)字信號通過一路電纜完成信息的傳輸，實現(xiàn)信息傳輸，大幅度降低了電纜的數(shù)量。

數(shù)據(jù)采集級 由多個數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集站(DGS)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成。由于各監(jiān)測參數(shù)安全等級的不同，安全重要參數(shù)的監(jiān)測由1～4安全序列的監(jiān)測道及對應(yīng)的取樣回路完成，這1～4安全序列的監(jiān)測道及對應(yīng)的取樣回路與4個DGS對應(yīng)，這4個DGS 位于控制廠房四個實體隔離的房間，每個房間設(shè)置了對應(yīng)序列的供電柜，用于對應(yīng)序列設(shè)備的供電；譜儀數(shù)據(jù)獲取工作站控制譜儀運(yùn)行及對取樣回路的控制；正常序列監(jiān)測道較多，設(shè)置了2個DGS，對正常序列監(jiān)測道及對應(yīng)的取樣回路進(jìn)行管理和控制；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲各數(shù)據(jù)采集站的重要信息。另外，通過主儀控接口裝置(XU)，實現(xiàn)ARMS與主儀控實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的交換。

網(wǎng)絡(luò)通訊級 由多個交換機(jī)(SWITCH)組成，多個交換機(jī)相互連接，實現(xiàn)通訊的冗余，提高信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

機(jī)組級 由機(jī)組RS(輻射安全)值班工程師工作站、機(jī)組劑量技術(shù)人員值班工作站、維護(hù)校準(zhǔn)工作站、劑量實驗室工作站組成，實現(xiàn)人機(jī)互動。

電站級 由核電站RS(輻射安全)工程師工作站、TLD/WBC(熱釋光全身計數(shù)器)工作站 組成，另外，通過運(yùn)行服務(wù)樓數(shù)據(jù)接口柜交換機(jī)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這些設(shè)施設(shè)備屬于多個機(jī)組的共用部分。

APRMS、ARMS、ARCM和AIRDMS通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)有機(jī)連成一個整體，構(gòu)成ARMS系統(tǒng)。另外，ARMS與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號交換，實現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)信號共享。ARMS與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號交換的主要具體數(shù)據(jù)如下：

1)ARMS參與正常儀控的開關(guān)量連鎖信息33個；

2)ARMS參與安全儀控的開關(guān)量連鎖信息22個；

3)ARMS模擬信號在MCR/SCR后備盤進(jìn)行顯示記錄的參數(shù)24個；

4)ARMS模擬信號在MCR超設(shè)計基準(zhǔn)顯示記錄區(qū)的參數(shù)1個；

5)ARMS通過XU送往儀控系統(tǒng)OM用于顯示的信號140余個；

6)ARMS通過XU接收的工藝系統(tǒng)信號470余個。

ARMS通過獲取其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取，實現(xiàn)被監(jiān)測設(shè)施、設(shè)備或系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的實時顯示(見圖2)，用于輻射測量結(jié)果的綜合分析評估；ARMS上傳眾多的信息、數(shù)據(jù)，參與相關(guān)系統(tǒng)的控制或信息顯示，部分ARMS數(shù)據(jù)上傳到核電站的診斷系統(tǒng)，作為核電站“先漏后裂”(LBB—Leak-Before-Break)監(jiān)測的重要補(bǔ)充。

4 結(jié)論和展望

在核電站，對于含或可能含放射性物質(zhì)的設(shè)施設(shè)備或系統(tǒng)故障及失效的監(jiān)測，可采用溫度、壓力、流量等常規(guī)方法進(jìn)行監(jiān)測，也可以采用輻射特性的方法進(jìn)行監(jiān)測。一般來說，輻射特性監(jiān)測與常規(guī)方法比較，具有非接觸介質(zhì)、可不破壞回路密封和更加靈敏的特點，可提前預(yù)測或評估系統(tǒng)或設(shè)備的異常，豐富和全面的輻射測量信息，更能滿足LBB的要求。

田灣VVER核電站的ARMS系統(tǒng)，對眾多的系統(tǒng)和主設(shè)備進(jìn)行了輻射測量，特別是對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)及其連接系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了全面的監(jiān)測；同時設(shè)置了掃描式高純鍺譜儀，對重要實時工藝輻射測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精確核對測量，減少人員現(xiàn)場測量和取樣。機(jī)組重要輻射監(jiān)測參數(shù)通過硬接線送入主儀控系統(tǒng)，用于系統(tǒng)連鎖保護(hù)及后備盤報警或記錄。另外，與主儀控系統(tǒng)眾多交互的數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)了ARMS系統(tǒng)與電站儀控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。

國內(nèi)在役和在建核電站的輻射監(jiān)測系統(tǒng)，大多采用M310堆型的設(shè)計理念，僅對少數(shù)設(shè)備、系統(tǒng)及場所進(jìn)行輻射信息監(jiān)測，眾多設(shè)備、系統(tǒng)的輻射信息需通過便攜式儀表人工現(xiàn)場測量或現(xiàn)場取樣實驗室測量來確定。

圖2 ARMS典型實時畫面Fig.2 Typical real-time display of ARMS

本文為“華龍一號”輻射監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)，提供了重要的參考。