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壓水堆核電廠通信系統(tǒng)分析論文
摘要：介紹了第三代先進壓水堆核電廠通信系統(tǒng)的總體結構及設計原則，并對通信子系統(tǒng)的功能與結構進行了分析。指出第三代先進壓水堆核電廠規(guī)模大、參與方多、技術性高、無成熟堆型及各參與方溝通難的問題，提出了以下建議：將通信系統(tǒng)設備根據負荷進行布置；考慮系統(tǒng)間冗余連接；僅在換料檢修期間安裝使用安全殼內通信設備；將時鐘系統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）信號接收機前置。
關鍵詞：第三代先進壓水堆核電廠；通信系統(tǒng)；可靠性
隨著科學技術的發(fā)展，核電廠將成為能源工業(yè)的重要組成部分，當前國內現役核電廠中，通信系統(tǒng)的設計以有線通信作為主要通信手段，系統(tǒng)間相互獨立，無法實現數據共享，維護使用效率低。第三代先進壓水堆核電廠通信系統(tǒng)采用分層架構，保證了系統(tǒng)良好的靈活性和可擴展性。根據現役核電廠運行經驗的反饋，無線通信系統(tǒng)的便捷性和實時性是有線系統(tǒng)無法比擬的。以下對第三代先進壓水堆核電廠通信系統(tǒng)的總體結構、主要通信系統(tǒng)的功能、設計特點等進行分析。
１第三代先進壓水堆核電廠通信系統(tǒng)總體結構及設計原則
�。保笨傮w結構。
第三代先進壓水堆核電廠為單堆布置兩環(huán)路機組，電功率１２５０ＭＷ，設計壽命６０年［１］，通信設計理念以無線通信為主，主要包括無線通信、自動電話系統(tǒng)、應急自動電話系統(tǒng)、呼叫通話系統(tǒng)、警報與廣播系統(tǒng)、聲力電話以及時鐘系統(tǒng)�？傮w結構見圖１。
１．２設計原則。
�。幔尚行院瓦m應性。保證系統(tǒng)在技術上的可行性、經濟上的可能性。
ｂ．實用性和經濟性。系統(tǒng)建設應始終貫徹面向應用、注重實效的方針，堅持實用、經濟的原則。
�。悖冗M性和成熟性。系統(tǒng)設計既要采用先進的概念、技術和方法，又要注意結構、設備和工具的相對成熟。
�。洌_放性和標準性。為了滿足系統(tǒng)所選用的技術和設備匹配性，滿足投資的長期效應以及不斷擴展的功能需求，必須追求系統(tǒng)的開放性和標準性。
�。澹煽啃院陀行�。通信各子系統(tǒng)采用相對獨立、運行方式各不相同但功能重疊的模式，從而保證了整個通信系統(tǒng)的可靠性和多樣性。
�。妫踩院捅Ｃ苄�。系統(tǒng)設計中不但要考慮信息資源的充分共享，更要注意信息的保護和隔離。
�。纾蓴U展性和易維護性。為了適應系統(tǒng)變化的要求，必須充分考慮系統(tǒng)擴展和維護的便利。
ｈ．核電廠通信系統(tǒng)的基礎支撐系統(tǒng)如綜合布線、供電系統(tǒng)和機房等也有與常規(guī)電廠不同之處，設計的難點和特殊要求在于要考慮連接核島內外的通信線纜系統(tǒng)的通信貫穿件，并充分考慮通信貫穿件有一定的傳遞衰耗等特性。綜合布線要考慮核電廠的特殊要求，采用低煙無鹵阻燃的特種電纜［２］。
２通信子系統(tǒng)功能與結構
�。玻睙o線通信系統(tǒng)。
目前國內投入運行的核電站的通信手段主要為有線通信，工作的靈活性和高效性受到限制。建設一套低功率、低干擾、抗輻射的無線電話系統(tǒng)可大大提高核電站工作人員的溝通效率，并保證在一些極端事故下通訊的有效性。第三代先進壓水堆核電廠的設計中，第一次提出了將無線通信系統(tǒng)作為常規(guī)事務和應急處理時的首選通信方式，首次要求覆蓋全廠，在確認無線系統(tǒng)對核電站的安全相關設備沒有干擾的前提下，核電站運行期間可以使用。無線系統(tǒng)采用無線保真（Ｗｉ－Ｆｉ）技術，Ｗｉ－Ｆｉ可以提供熱點覆蓋、低移動性和高數據傳輸速率。基于無線網絡的特點，適宜在核電前期設置一套無線系統(tǒng)設備，在電廠建設期間投運，滿足建設期的語音通信需求。電廠建成投產以后，可方便增加相關設備，對系統(tǒng)進行擴容，滿足電廠運行期間的通信需求［２］，并可與電廠前期的系統(tǒng)做到無縫連接。無線電話系統(tǒng)在第三代核電通信系統(tǒng)的設計為創(chuàng)新型設計，攜帶無線電話的工作人員可在廠區(qū)的主要區(qū)域內被呼叫，該系統(tǒng)由中央控制單元、便攜式手持機、便攜式頭戴耳機、基站和天線及其他設備組成，所以無線通信系統(tǒng)的設計也是整個通信系統(tǒng)設計的重點，國內某在建第三代壓水堆核電站無線系統(tǒng)的設計分為應用服務層，網絡交換層和終端接入層。應用服務層：為無線電話系統(tǒng)的用戶注冊、存儲、呼叫信令處理、媒體和業(yè)務控制、互聯接入、展示服務平臺。網絡交換層：作為軟交換網的承載網絡，其作用和功能就是將邊緣接入層中的各種媒體網關、控制層中的軟交換機、業(yè)務應用層中的各種服務器平臺、各種通信終端等軟交換網網元連接起來。終端接入層：可接入的終端具有很大的靈活性，可以支持ＳＩＰ協(xié)議的有線／無線通信終端，實現核電站廠房內外通信調度需求。
�。玻沧詣优c應急電話系統(tǒng)。
自動電話系統(tǒng)與無線通信系統(tǒng)互為備用，提供全廠范圍內的常規(guī)語音通信，并與所需的廠外通信鏈路連接。系統(tǒng)由交換機、配線架、電話機和相關設備組成，是非安全相關系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供所有話站間的全雙工語音通訊，具有呼叫轉移、支持包括無線電話系統(tǒng)手持機用戶在內的多方電話會議。應急電話系統(tǒng)用于電廠重要崗位之間的備用通信聯系，可以轉移呼叫且能夠提供多方電話會議功能。該系統(tǒng)的規(guī)模小于自動電話系統(tǒng)，系統(tǒng)話機主要設置在主控室、遠程停堆操作室、技術支援中心和其他關鍵操作區(qū)域。
�。玻尘瘓笈c廣播系統(tǒng)。
�。玻常本瘓笙到y(tǒng)。
警報系統(tǒng)獨立于其他所有的通信子系統(tǒng)，由設置在全廠范圍內的聲光報警顯示屏及報警器等設備組成。該系統(tǒng)通過警報器發(fā)出警報，在廠房公共區(qū)域及高噪音環(huán)境區(qū)域設置聲光報警顯示屏，在主控制室和遠距離停堆室提供警報觸發(fā)及警報信息選擇功能。發(fā)生事故時，由控制按鈕觸發(fā)警報系統(tǒng)發(fā)出相應的聲警報信號和文字信息顯示方式的光警報，通知人員撤離或緊急撤離，并且在事故排除后能夠發(fā)出警報解除。
�。玻常矎V播呼叫系統(tǒng)。
廣播呼叫系統(tǒng)的功能是在全廠范圍內呼叫和調度指揮核電廠工作人員，為全廠通信系統(tǒng)提供更多的適應性和可靠性。該系統(tǒng)由通話站、功放、揚聲器、調度主機、調度臺與自動電話系統(tǒng)及應急自動電話系統(tǒng)的接口電路和其他相關設備組成，并且系統(tǒng)線路獨立，不會對廠內外的其他系統(tǒng)施加干擾，反之亦然。系統(tǒng)調度臺可發(fā)布生產廣播信息和調度指令，對某一區(qū)域廣播，也可對幾個或全部區(qū)域廣播。
�。玻绰暳﹄娫�。
聲力電話作為核電站內部設備的調試及檢修專用的通信系統(tǒng)，能提供核電站內部任意２點或多點之間的通信聯系，通過聲音產生的動力，在無需任何供電的情況下，適合長時間的連續(xù)通話，可用于核電站執(zhí)行任務的工作人員間的常規(guī)通訊。由手持機、聲力電話插座、便攜式頭戴機、中央配線盤及相關設備組成。該系統(tǒng)故障不會危及安全相關的系統(tǒng)，并且不會妨礙安全停堆。聲力電話主要用于以下３個回路。
ａ．換料回路。添加燃料過程所涉及的區(qū)域中的通信話站配有換料回路聲力電話插座盒，每個插座盒上設有３個通道。
�。猓S修／測試回路。遍布于主控室的所有的通信話站、當地的控制面板、設備支架、電機控制中心（ＭＣＣ）、開關設備以及大型機電都配有聲力維修／測試回路插座盒。
�。悖S停堆操作。戰(zhàn)略性地配置插座盒，以便在控制室被撤走的情況下提供便利的語音通信。位于啟動給水泵區(qū)、上水泵區(qū)、柴油發(fā)電機房、配電室以及主蒸汽排放閥區(qū)域的通信站配有帶３個通道的聲力電話插座盒。
�。玻禃r鐘系統(tǒng)。
時鐘系統(tǒng)用來建立一個精確的時間基準，為該系統(tǒng)內所有子鐘和電廠其他所需系統(tǒng)提供準確的時間信號。時鐘系統(tǒng)采用全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）和接收機來提供一個精確的時間基準信號。使用時間基準進行校時的時鐘（母鐘和子鐘）設置在需要同步時間的區(qū)域。
３應用中存在的問題及解決措施
第三代先進壓水堆核電廠規(guī)模大、參與方多、技術性高、無成熟堆型以及項目管理的綜合性增加了交流和溝通難度。由于各參與方有不同要求和對項目有不同的期望，導致在采購過程中需要多次反復地溝通和協(xié)調。第三代先進壓水堆核電廠通信系統(tǒng)比較特殊，部分通信設備的主控單元安放在核島，但常規(guī)島／電站輔助設施（ＣＩ／ＢＯＰ）的設備需接入核島主控單元，從而實現通信功能，這就要求在采購設備的時候需要與業(yè)主充分溝通：首先，要理解總目標及業(yè)主的意圖，盡可能保持通信設備接口的一致性及各級設備之間的匹配性；其次，在項目執(zhí)行過程中，盡可能的多與業(yè)主進行交流，使業(yè)主對項目進展及時了解和跟進，避免業(yè)主反復修改技術方案導致的進度計劃的拖延。
３．１通信系統(tǒng)設備供電負荷。
在項目執(zhí)行過程中，非核級配電系統(tǒng)（ＥＤＳ）配電盤負荷配置已滿，以至于通信系統(tǒng)的負荷不斷要求被壓縮。由于整個核島通信系統(tǒng)的部分系統(tǒng)主機（自動電話系統(tǒng)，廣播呼叫與警報系統(tǒng)，無線系統(tǒng)）為２個核島共用，且均布置在１號核島，從而導致１號核島用電負荷緊張。建議可以將自動電話系統(tǒng)，廣播呼叫與警報系統(tǒng)，無線系統(tǒng)的主機根據負荷進行布置，將某些用電負荷大的設備主機移至２號核島，從而減輕１號核電的用電負荷。
�。常蚕到y(tǒng)間的可靠性。
自動電話系統(tǒng)，廣播呼叫與警報系統(tǒng)，無線系統(tǒng)之間相互連接，均通過自動電話系統(tǒng)的交換機進行通訊，因此，對于自動電話系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求，一旦自動電話系統(tǒng)的主機故障，將導致廣播呼叫與警報系統(tǒng)和無線系統(tǒng)之間通信中斷。后續(xù)項目設計中，可以考慮冗余連接，保證系統(tǒng)可靠性。
�。常嘲踩珰韧ㄐ旁O備。
第三代先進壓水堆核電廠安全殼內布置了功放、話站、喇叭等，通信設備中大多為電路板等電子器件，在殼內輻照環(huán)境下，設備很快就會故障損壞。第一，影響系統(tǒng)的使用；第二，增加采購成本。殼內通信設備主要是為了核電站換料檢修階段施工人員的使用而設置的，在電站正常運行下，上述設備并不使用，因此，在后續(xù)設計中，可將這些設備列為可摘卸設備，僅在換料檢修期間安裝使用，運行期間拆除。
�。常磿r鐘系統(tǒng)。
第三代先進壓水堆核電廠時鐘系統(tǒng)采用的傳輸方式仍為ＩＲＩＧ－Ｂ碼，與目前主流的基于網絡時間協(xié)議（ＮＴＰ）傳輸方式存在滯后性，因此在與閉路電視系統(tǒng)連接時就存在傳輸方式不統(tǒng)一，需要增加額外的轉換設備。時鐘系統(tǒng)的ＧＰＳ天線距離主機較遠，且需要通過同軸電纜傳輸。基于同軸電纜傳輸距離的限制，如此布置可能導致接收信號的不準確。建議將ＧＰＳ信號接收機前置的方案，無論從系統(tǒng)精確性角度，還是從拉線布置方面，時鐘系統(tǒng)都得到了優(yōu)化。
４結束語
本文分析了第三代先進壓水堆核電廠通信系統(tǒng)的總體結構、主要系統(tǒng)功能和設計特點，并結合在項目執(zhí)行過程中遇到的問題提出改進建議：將通信系統(tǒng)設備根據負荷進行布置；考慮系統(tǒng)間冗余連接；僅在換料檢修期間安裝使用安全殼內通信設備；將時鐘系統(tǒng)的ＧＰＳ信號接收機前置。由于核電廠通信系統(tǒng)覆蓋面廣，通信技術的發(fā)展和更新換代快，如何將新技術的采用和核電廠通信安全有效結合是一個很大的研究課題，需要設計方、供貨方和業(yè)主充分溝通，以達到最佳工程實踐的目標，隨著依托項目的不斷推進，對整個系統(tǒng)的認識和理解也將逐步深入。
參考文獻：
［１］林誠格．非能動安全先進核電廠ＡＰ１０００［Ｍ］．北京：原子能出版社，２００８．
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