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(jìn)壓水堆核電廠通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計原則，并對通信子系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。指出第三代先進(jìn)壓水堆核電廠規(guī)模大、參與方多、技術(shù)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(shè)備根據(jù)負(fù)荷進(jìn)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(nèi)通信設(shè)備；將時鐘系統(tǒng)的全球定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）信號接收機(jī)前置。

　　關(guān)鍵詞：第三代先進(jìn)壓水堆核電廠；通信系統(tǒng)；可靠性

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，核電廠將成為能源工業(yè)的重要組成部分，當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)役核電廠中，通信系統(tǒng)的設(shè)計以有線通信作為主要通信手段，系統(tǒng)間相互獨(dú)立，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，維護(hù)使用效率低。第三代先進(jìn)壓水堆核電廠通信系統(tǒng)采用分層架構(gòu)，保證了系統(tǒng)良好的靈活性和可擴(kuò)展性。根據(jù)現(xiàn)役核電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的反饋，無線通信系統(tǒng)的便捷性和實(shí)時性是有線系統(tǒng)無法比擬的。以下對第三代先進(jìn)壓水堆核電廠通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、主要通信系統(tǒng)的功能、設(shè)計特點(diǎn)等進(jìn)行分析。

　　１第三代先進(jìn)壓水堆核電廠通信系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計原則

　�。保�１總體結(jié)構(gòu)。

　　第三代先進(jìn)壓水堆核電廠為單堆布置兩環(huán)路機(jī)組，電功率１２５０ＭＷ，設(shè)計壽命６０年［１］，通信設(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)見圖１。

　　１．２設(shè)計原則。

　　ａ．可行性和適應(yīng)性。保證系統(tǒng)在技術(shù)上的可行性、經(jīng)濟(jì)上的可能性。

　�。猓畬�(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)始終貫徹面向應(yīng)用、注重實(shí)效的方針，堅持實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的原則。

　�。悖�先進(jìn)性和成熟性。系統(tǒng)設(shè)計既要采用先進(jìn)的概念、技術(shù)和方法，又要注意結(jié)構(gòu)、設(shè)備和工具的相對成熟。

　�。洌�開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。為了滿足系統(tǒng)所選用的技術(shù)和設(shè)備匹配性，滿足投資的長期效應(yīng)以及不斷擴(kuò)展的功能需求，必須追求系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。

　　ｅ．可靠性和有效性。通信各子系統(tǒng)采用相對獨(dú)立、運(yùn)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�安全性和保密性。系統(tǒng)設(shè)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(hù)和隔離。

　　ｇ．可擴(kuò)展性和易維護(hù)性。為了適應(yīng)系統(tǒng)變化的要求，必須充分考慮系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)的便利。

　�。瑁�核電廠通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)如綜合布線、供電系統(tǒng)和機(jī)房等也有與常規(guī)電廠不同之處，設(shè)計的難點(diǎn)和特殊要求在于要考慮連接核島內(nèi)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(jié)構(gòu)

　�。玻�１無線通信系統(tǒng)。

　　目前國內(nèi)投入運(yùn)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(shè)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(jìn)壓水堆核電廠的設(shè)計中，第一次提出了將無線通信系統(tǒng)作為常規(guī)事務(wù)和應(yīng)急處理時的首選通信方式，首次要求覆蓋全廠，在確認(rèn)無線系統(tǒng)對核電站的安全相關(guān)設(shè)備沒有干擾的前提下，核電站運(yùn)行期間可以使用。無線系統(tǒng)采用無線保真（Ｗｉ－Ｆｉ）技術(shù)，Ｗｉ－Ｆｉ可以提供熱點(diǎn)覆蓋、低移動性和高數(shù)據(jù)傳輸速率�；�于無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，適宜在核電前期設(shè)置一套無線系統(tǒng)設(shè)備，在電廠建設(shè)期間投運(yùn)，滿足建設(shè)期的語音通信需求。電廠建成投產(chǎn)以后，可方便增加相關(guān)設(shè)備，對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，滿足電廠運(yùn)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(shè)計為創(chuàng)新型設(shè)計，攜帶無線電話的工作人員可在廠區(qū)的主要區(qū)域內(nèi)被呼叫，該系統(tǒng)由中央控制單元、便攜式手持機(jī)、便攜式頭戴耳機(jī)、基站和天線及其他設(shè)備組成，所以無線通信系統(tǒng)的設(shè)計也是整個通信系統(tǒng)設(shè)計的重點(diǎn)，國內(nèi)某在建第三代壓水堆核電站無線系統(tǒng)的設(shè)計分為應(yīng)用服務(wù)層，網(wǎng)絡(luò)交換層和終端接入層。應(yīng)用服務(wù)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(wù)控制、互聯(lián)接入、展示服務(wù)平臺。網(wǎng)絡(luò)交換層：作為軟交換網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)，其作用和功能就是將邊緣接入層中的各種媒體網(wǎng)關(guān)、控制層中的軟交換機(jī)、業(yè)務(wù)應(yīng)用層中的各種服務(wù)器平臺、各種通信終端等軟交換網(wǎng)網(wǎng)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(shí)現(xiàn)核電站廠房內(nèi)外通信調(diào)度需求。

　�。玻�２自動與應(yīng)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(nèi)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(jī)、配線架、電話機(jī)和相關(guān)設(shè)備組成，是非安全相關(guān)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(zhuǎn)移、支持包括無線電話系統(tǒng)手持機(jī)用戶在內(nèi)的多方電話會議。應(yīng)急電話系統(tǒng)用于電廠重要崗位之間的備用通信聯(lián)系，可以轉(zhuǎn)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(jī)主要設(shè)置在主控室、遠(yuǎn)程停堆操作室、技術(shù)支援中心和其他關(guān)鍵操作區(qū)域。

　�。玻�３警報與廣播系統(tǒng)。

　�。玻�３．１警報系統(tǒng)。

　　警報系統(tǒng)獨(dú)立于其他所有的通信子系統(tǒng)，由設(shè)置在全廠范圍內(nèi)的聲光報警顯示屏及報警器等設(shè)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(shè)置聲光報警顯示屏，在主控制室和遠(yuǎn)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(yīng)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�３．２廣播呼叫系統(tǒng)。

　　廣播呼叫系統(tǒng)的功能是在全廠范圍內(nèi)呼叫和調(diào)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(yīng)性和可靠性。該系統(tǒng)由通話站、功放、揚(yáng)聲器、調(diào)度主機(jī)、調(diào)度臺與自動電話系統(tǒng)及應(yīng)急自動電話系統(tǒng)的接口電路和其他相關(guān)設(shè)備組成，并且系統(tǒng)線路獨(dú)立，不會對廠內(nèi)外的其他系統(tǒng)施加干擾，反之亦然。系統(tǒng)調(diào)度臺可發(fā)布生產(chǎn)廣播信息和調(diào)度指令，對某一區(qū)域廣播，也可對幾個或全部區(qū)域廣播。

　　２．４聲力電話。

　　聲力電話作為核電站內(nèi)部設(shè)備的調(diào)試及檢修專用的通信系統(tǒng)，能提供核電站內(nèi)部任意２點(diǎn)或多點(diǎn)之間的通信聯(lián)系，通過聲音產(chǎn)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(wù)的工作人員間的常規(guī)通訊。由手持機(jī)、聲力電話插座、便攜式頭戴機(jī)、中央配線盤及相關(guān)設(shè)備組成。該系統(tǒng)故障不會危及安全相關(guān)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。

　�。幔畵Q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(shè)有３個通道。

　　ｂ．維修／測試回路。遍布于主控室的所有的通信話站、當(dāng)?shù)氐目刂泼姘�、設(shè)備支架、電機(jī)控制中心（ＭＣＣ）、開關(guān)設(shè)備以及大型機(jī)電都配有聲力維修／測試回路插座盒。

　　ｃ．工廠停堆操作。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(jī)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。

　　２．５時鐘系統(tǒng)。

　　時鐘系統(tǒng)用來建立一個精確的時間基準(zhǔn)，為該系統(tǒng)內(nèi)所有子鐘和電廠其他所需系統(tǒng)提供準(zhǔn)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(jī)來提供一個精確的時間基準(zhǔn)信號。使用時間基準(zhǔn)進(jìn)行校時的時鐘（母鐘和子鐘）設(shè)置在需要同步時間的區(qū)域。

　　３應(yīng)用中存在的問題及解決措施

　　第三代先進(jìn)壓水堆核電廠規(guī)模大、參與方多、技術(shù)性高、無成熟堆型以及項(xiàng)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(xiàng)目有不同的期望，導(dǎo)致在采購過程中需要多次反復(fù)地溝通和協(xié)調(diào)。第三代先進(jìn)壓水堆核電廠通信系統(tǒng)比較特殊，部分通信設(shè)備的主控單元安放在核島，但常規(guī)島／電站輔助設(shè)施（ＣＩ／ＢＯＰ）的設(shè)備需接入核島主控單元，從而實(shí)現(xiàn)通信功能，這就要求在采購設(shè)備的時候需要與業(yè)主充分溝通：首先，要理解總目標(biāo)及業(yè)主的意圖，盡可能保持通信設(shè)備接口的一致性及各級設(shè)備之間的匹配性；其次，在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，盡可能的多與業(yè)主進(jìn)行交流，使業(yè)主對項(xiàng)目進(jìn)展及時了解和跟進(jìn)，避免業(yè)主反復(fù)修改技術(shù)方案導(dǎo)致的進(jìn)度計劃的拖延。

　　３．１通信系統(tǒng)設(shè)備供電負(fù)荷。

　　在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，非核級配電系統(tǒng)（ＥＤＳ）配電盤負(fù)荷配置已滿，以至于通信系統(tǒng)的負(fù)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(jī)（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(dǎo)致１號核島用電負(fù)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(jī)根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行布置，將某些用電負(fù)荷大的設(shè)備主機(jī)移至２號核島，從而減輕１號核電的用電負(fù)荷。

　　３．２系統(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(jī)進(jìn)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(jī)故障，將導(dǎo)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(xiàng)目設(shè)計中，可以考慮冗余連接，保證系統(tǒng)可靠性。

　�。常�３安全殼內(nèi)通信設(shè)備。

　　第三代先進(jìn)壓水堆核電廠安全殼內(nèi)布置了功放、話站、喇叭等，通信設(shè)備中大多為電路板等電子器件，在殼內(nèi)輻照環(huán)境下，設(shè)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(nèi)通信設(shè)備主要是為了核電站換料檢修階段施工人員的使用而設(shè)置的，在電站正常運(yùn)行下，上述設(shè)備并不使用，因此，在后續(xù)設(shè)計中，可將這些設(shè)備列為可摘卸設(shè)備，僅在換料檢修期間安裝使用，運(yùn)行期間拆除。

　�。常�４時鐘系統(tǒng)。

　　第三代先進(jìn)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(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)換設(shè)備。時鐘系統(tǒng)的ＧＰＳ天線距離主機(jī)較遠(yuǎn)，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(dǎo)致接收信號的不準(zhǔn)確。建議將ＧＰＳ信號接收機(jī)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(jié)束語

　　本文分析了第三代先進(jìn)壓水堆核電廠通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、主要系統(tǒng)功能和設(shè)計特點(diǎn)，并結(jié)合在項(xiàng)目執(zhí)行過程中遇到的問題提出改進(jìn)建議：將通信系統(tǒng)設(shè)備根據(jù)負(fù)荷進(jìn)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(nèi)通信設(shè)備；將時鐘系統(tǒng)的ＧＰＳ信號接收機(jī)前置。由于核電廠通信系統(tǒng)覆蓋面廣，通信技術(shù)的發(fā)展和更新?lián)Q代快，如何將新技術(shù)的采用和核電廠通信安全有效結(jié)合是一個很大的研究課題，需要設(shè)計方、供貨方和業(yè)主充分溝通，以達(dá)到最佳工程實(shí)踐的目標(biāo)，隨著依托項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，對整個系統(tǒng)的認(rèn)識和理解也將逐步深入。

　　參考文獻(xiàn)：

　　［１］林誠格．非能動安全先進(jìn)核電廠ＡＰ１０００［Ｍ］．北京：原子能出版社，２００８．

　�。郏玻萁疴�初．秦山核電站的無線通信設(shè)計特點(diǎn)［Ｊ］．上海電力學(xué)院學(xué)報，２００９，２５（２）：１５０－１５２．

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