电子与通信工程管理优秀论文强烈推荐：核电站辐射监测系统的优化设计

摘要核电站的辐射监测是核环境科学中的一个应用性课题，辐射监测系统也是核电站众多系统中较为重要的系统之一，但是，如果环境及系统设备本身存在缺陷，或者系统故障率居高不下，则将会影响核电站辐射监测的效果，并且对电站工作人员和公众都将产生不利影响。因此核电站辐射监测系统的稳定性对我国核电乃至世界核电的发展都具有深远的意义。本文首先对核电站辐射监测系统目前存在的通讯缺陷进行论述，辐射监测系统信号传输过程中通讯故障频繁发生导致设备不可用，数据无法及时更新并传递出去，基于485总线传输的辐射监测系统性能更加稳定，该系统以硅半导体、碘化钠晶体、电离室等作为辐射探测器，探测到的微弱信号在前置放大器进行放大，再送到主放大器进行第二级放大，放大后的信号通过485总线传输到PC控制器、PLC等设备。整个系统由辐射探测器、信号处理单元、485总线、远程显示PC以及后端的超阈值报警联动设备组成。其次本文对辐射监测系统几个重要的监测区改善优化，主要是监测主控制室通风系统的通道，由于主控制室人员相对较多，且主控制室控制着整个机组的正常运行，若主控制室的放射性失去监测将会导致人员恐慌，对整个机组的控制产生极大影响；主要是对探测器结构进行优化，以改善当房间压力变化时信号突变的问题，该通道的探测器是采用充气式电离室，电离室探头可以探测出十分微弱的γ辐射剂量，十分实用于低本底的区域监测；圆柱形腔室内充斥着恒温恒压惰性气体，若密封不严或压力产生变化将导致电离的电流突变，产生虚假报警；原厂家探测器采用树脂加塑料材料作为探测器的腔室外壁，由于监测的区域房间内为负压，打开密封门时房间压力会骤变，若探测器材料密封不严或产生形变将会影响测量信号，对辐射监测系统流体排放物监测通道的测量方式进行改善，随着半导体材料的发展以及应用，用半导体探测器取代过去GM计数管、差分电离室等探测器已经越来越受人们的青睐了，半导体探测器体积小、性能稳定。优化系统设计完成后，在现场环境进行了长期的测试运行。测试结果表明，该系统能正常的完成各个区域的辐射监测，极大改善了之前故障频繁闪发，信号突变等问题。传输稳定可靠，系统运行无误，证明了系统优化的可行性。关键词：辐射监测系统；辐射探测器；485总线；区域检测；电离室；电流突变AbstractRadiation monitoring nuclear power plant nuclear environmental science subject of an application，Radiation monitoring system is one of many systems of nuclear power plants in the more important systems，However, due to environmental and system equipment itself defect, system failure rate remains high, affecting the results of radiation monitoring of nuclear power plants, power plant staff and the public will have a negative impact，Thus the stability of nuclear power plant radiation monitoring system on the development of nuclear power in our country and the world nuclear power has far-reaching significance。This article first nuclear power plant radiation monitoring system existing munication deficiencies discussed, radiation monitoring system in the signal transmission munication failures frequently result in flash device is unavailable, data can not be updated and pass out, based on radiation monitoring system performance 485 transfer more stability of the system to silicon semiconductors, sodium iodide crystals, etc., as ionization chamber radiation detector detected a wea signal is amplified in the preamplifier, and then sent to a second stage amplification of the main amplifier, the signal amplified by 485 transfer to PC controllers, PLC and other equipment. The system consists of a radiation detector, a signal processing unit 485, and the rear end of the remote display PC over a threshold alarm linage equipment ponents。Secondly, this paper radiation monitoring system to improve several important channel optimization, mainly to monitor the main control room ventilation system of channels, since the main control room staff is relatively large, and the main control room of the normal operation of the unit, if the main control room radioactivity monitoring will result in the loss of panic, have a significant impact on the control of the entire unit; the main structure of the detector is optimized to improve the signal problem when mutated room pressure changes, the channel detector is to use inflatable ionization chamber, the ionization chamber probes can detect very wea γ radiation dose, very useful in the area monitoring of low bacground; Constant temperature and pressure cylindrical chamber filled with an inert gas, if pressure to produce change will lead to the ionization of the current mutation, a false alarm; the original manufacturers detector is made of resin and plastic material as a detector outside the chamber wall, as monitored a negative pressure within the areas of the room, opened the room door seal pressure will suddenly changes, if deformed detector materials will affect the measurement signal.Finally, radiation monitoring system for measurement of fluid emission monitoring channels can be improved, with the development and application of semiconductor materials, semiconductor detectors replace the old GM counter tube, a differential ionization chamber detectors, etc. have bee increasingly subject to people of all ages a semiconductor detector is small, stable performance.Optimize system design is plete, the field test environment for a long run. Test results show that the system can plete the normal radiation monitoring each region, greatly improved the fault frequently before the flash, signaling mutations and other issues. Transmission is stable and reliable, the system is running correctly, it proved the feasibility of system optimization.eywords: radiation monitoring systems；radiation detectors；485 bus；area detection；ionization chambers；current mutation目 录摘 要 4ABSTRACT 5第1章 绪 论 91.1 课题背景及研究的目的和意义 91.2 辐射检测系统（RT）简介 91.3 国内外发展现状及研究 121.3.1 国外研究现状 121.3.2 国内研究现状 131.4 本文的主要研究内容 13第2章 辐射检测系统原理与485总线技术 152.1 引言 152.2 485总线介绍 152.3 基于485总线的辐射监测系统 172.4 核辐射探测基本原理 192.4.1 辐射防护中使用的量 192.4.2 几种主要辐射 202.4.3 γ射线与物质作用形式 212.5 核辐射探测器 212.5.1 核辐射探测器类型 222.5.2 核辐射探测器基本性能 232.6 本章小结 24第3章 测量通道信号优化的设计 253.1 系统传输信号通讯故障频繁的优化 253.2 测量通道微弱电流信号传输防干扰的优化 283.2.1 电离室工作原理 283.2.2 电离室探头的改进 313.3 测量通风管道放射性气体活度信号的优化 333.3.1 扫描式风管放射性气体活度监测通道原理 333.3.2 扫描式风管放射性气体活度监测通道的改进 393.4 本章小结 42第4章 辐射检测系统服务器与数字化控制系统通讯优化 434.1 引言 434.2 CPR1000 项目RT与DCS系统通信结构 434.2.1 RT系统结构 434.2.2 RT系统数据通信软件结构 484.2.3 RT与DCS系统通信结构 494.3 CPR1000项目RT与DCS系统通信特点及主要存在的问题 504.4 CPR1000项目RT与DCS通信改进方案 514.4.1 生命监测信号 514.4.2 ModBus报文异常响应格式及通信冗余切换 524.5 优化后RT与DCS的通讯测试 534.6 本章小结 62结 论 63参考文献 64哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 69致 谢 71个人简历 72第1章 绪 论1.1 课题背景及研究的目的和意义在科技飞速发展的今天，能源的危机与环境的恶化日趋严重，PM超标的城市日益增多，如何在发展科学与环境保护中找平衡点，发展清洁能源，核电，清洁无污染，而且发电效率高，凭借这些优点，核电越来越受到人类的青睐[1]，如今的发达国家，利用核能来发电的比例均高于其他形式的能源发电，作为核电刚起步的国家，发展核电意义重大同时为了防止放射性物质对我们环境的污染以及核事故的发生，减小核事故对社会稳定和公共生命财产安全的危害，建立建全科学完善的辐射监测系统尤为重要[2]。核电站里RT系统是与电站运行工况直接相关的重要系统，系统的优化应保证原设计功能的基础上，采用稳定、可靠、保守的方法进行改进，保证系统的整体运行状况[3]。我国核电站的辐射监测设备大多进口法国MGP公司的产品配上部分国内由西安核仪器厂和719所生产的产品,而这些进口的产品主要是由MGP公司在80年代生产的产品，许多元器件已经逐步老化，故障率增大，很多现用的设备国外已停产，而系统的改造换型存在成本高周期长等不利因素，加之核电站在正常运行情况下又不能实施改造换型，所以辐射监测系统的改进优化在核电站的运行中具有十分重要实际意义[4-7]。1.2 辐射检测系统（RT）简介辐射监测系统（以下简称RT系统）是通过核探测器（如电离室，碘化钠，半导体等为材质制作成的探头）将不同监测对象（固、液、气）的放射性粒子αβγ和X射线转化为可测量的电信号，再将电信号转化为直观可视的数字信号，从而实现对放射性物质的实时监测的系统[8]。RT辐射监测系统主要实现以下四种功能:1、防止核电站工作人员受到高剂量照射; 通过两种监测手段对控制区关于区域进行?剂量率、中子剂量率的监测，避免工作人员受到高剂量照射：利用固定式RT通道对风险较大的场所进行连续监测；利用便携式RT仪表对控制区进行定期巡测[9-11]。结 论

RT系统是核电站里较为复杂的系统之一，系统具备连续监测、快速响应、能给出综合的报警信号、不与实验室的测量混淆、为辐射安全分析提供信息。为了降低系统出现故障后给核电站带来的影响，有虚警的状况，读数突然上升等都影响到电站的设备不可用，大亚湾电站的RT系统采用分散布置，集中处理的结构模式，现场探测器采集的测量信号经测量箱转化为频率脉冲，送到位于集中机柜内的集中处理组件，进行处理、计算和显示。通过本文的研究，得到如下结论：

（1）大亚湾电站的RT系统系统结构模式已经被实践证明是较为落后的系统结构模式，现场至集中处理组件之间的脉冲在频率较低时极易受到干扰（RT系统多数通道在正常运行期间脉冲频率都比较低，有的为10－2Hz）。（2）虽然RT系统的通道较多，但是原理大同小异，尤其是同类型的监测通道，出现故障类型也比较相似，故本研究课题的主要研究内容也是针对出现比较频繁的共性故障问题，以此为出发点，只要能在一个通道中得到解决将可以推广使用到几十个同类型通道中，降低故障概率，以下为主要的三个类型的优化方案：①系统传输信号通讯故障频繁的优化；②测量通道微弱电流信号传输防干扰的优化；③测量通风管道放射性气体活度信号的优化。（3）本文将RT与DCS系统进行相关网络通讯系统的设计和改进，使得相关通信以及数据传输的问题能够进行更好地解决，根据RT与DCS的信息异常诊断和监测功能，并根据生命信息的检测，使得ModBus的相关机制能够出现正常的反应，以便于较好的实现异常信息的诊断和检测。通过以上研究，不断提高其网络通信系统的安全和检测，使核电站人员能够有效的进行相关机组的控制和运行的安全，使其能够进行更广的推广，并加强相关系统的通信安全。参考文献（略）