談工業(yè)電視系統(tǒng)在核電廠的設(shè)計(jì)方案

精品文檔-下載后可編輯談工業(yè)電視系統(tǒng)在核電廠的設(shè)計(jì)方案詳細(xì)論述了核電廠工業(yè)電視系統(tǒng)組成和在國內(nèi)某項(xiàng)目中的功能與設(shè)置原則，并對(duì)核電廠中工業(yè)電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了介紹，總結(jié)分析了本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)、優(yōu)劣點(diǎn)，并指出不足，為后續(xù)新建核電項(xiàng)目工業(yè)電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

引言

工業(yè)電視系統(tǒng)（CCTV）在核電廠中能實(shí)時(shí)、形象和真實(shí)地監(jiān)控運(yùn)行人員無法直接到達(dá)的一些重要場(chǎng)所，并成為核電廠管理中一種極為有效的觀察工具，供核電廠主控室操作員復(fù)核核電廠各廠房一些重要區(qū)域的火情等異常運(yùn)行工況。工業(yè)電視系統(tǒng)在核電廠安全分級(jí)中不屬于核安全有關(guān)系統(tǒng)，但主控室核電廠操作員可通過該系統(tǒng)監(jiān)視一些重要區(qū)域，包括反應(yīng)堆冷卻劑泵隔間、上充泵區(qū)、循環(huán)水系統(tǒng)泵（CRF泵）區(qū)、循環(huán)水系統(tǒng)泵（SEC泵）區(qū)及汽機(jī)廠房變壓器平臺(tái)等高火荷載區(qū)域的火災(zāi)情況，確認(rèn)火災(zāi)探測(cè)器所發(fā)出的火警信號(hào)，從而迅速起動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)裝置。

1工業(yè)電視系統(tǒng)的功能與組成

1.1系統(tǒng)功能工業(yè)電視系統(tǒng)根據(jù)工藝需求在核電廠中實(shí)現(xiàn)下列功能：參與反應(yīng)堆冷卻劑泵的火災(zāi)探測(cè)、參與上充泵的火災(zāi)探測(cè)、參與CRF泵及SEC泵的火災(zāi)探測(cè)、參與汽機(jī)廠房的火災(zāi)探測(cè)、監(jiān)視放射性區(qū)域內(nèi)的某個(gè)系統(tǒng)或特定點(diǎn)位及監(jiān)視某個(gè)指定工作區(qū)。1.2系統(tǒng)組成工業(yè)電視系統(tǒng)根據(jù)功能要求在核電廠各廠房設(shè)置攝像機(jī)，并通過視頻線纜將攝像機(jī)解碼的圖像傳送至主控室。位于主控室的后端處理設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)圖像進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)主控室對(duì)重要區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將圖像信息保存，供日后回放查看。根據(jù)設(shè)備組成和功能，工業(yè)電視系統(tǒng)可分為三個(gè)主要組成部分：前端攝像設(shè)備、信號(hào)傳輸部分和后端處理設(shè)備。1.2.1前端攝像設(shè)備前端攝像設(shè)備主要為設(shè)置在核電廠各廠房的攝像裝置，包括：攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、電動(dòng)云臺(tái)、解碼器、安裝支架及輔助照明等設(shè)備，其功能為采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，并將現(xiàn)場(chǎng)的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并接受來自主控室后端設(shè)備的控制信號(hào)，完成對(duì)攝像機(jī)和云臺(tái)的控制。核電廠工業(yè)電視系統(tǒng)前端攝像機(jī)設(shè)備分散設(shè)置在核島（包括電氣廠房LX、核輔助廠房NX、核燃料廠房KX及反應(yīng)堆廠房RX）、常規(guī)島（汽機(jī)廠房MX）及聯(lián)合泵房廠房PX3個(gè)區(qū)域。為實(shí)現(xiàn)上述的工業(yè)電視系統(tǒng)的功能，需要在反應(yīng)堆冷卻劑泵、反應(yīng)堆廠房大廳、上充泵、PX聯(lián)合泵房內(nèi)的CRF泵、SEC泵、汽機(jī)廠房及核島主出入口設(shè)置固定式攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)。其他區(qū)域由移動(dòng)式攝像機(jī)來實(shí)現(xiàn)。工業(yè)電視系統(tǒng)的固定式攝像機(jī)設(shè)置在以下房間：1）在反應(yīng)堆廠房標(biāo)高＋20.00m環(huán)吊下方安裝有一臺(tái)攝像機(jī)（帶云臺(tái)和變焦鏡頭），可以使操作員在主控室對(duì)反應(yīng)堆大廳進(jìn)行全面監(jiān)視。2）反應(yīng)堆廠房3個(gè)回路主冷卻劑泵隔間各設(shè)有一臺(tái)攝像機(jī)，監(jiān)視主泵設(shè)備。3）核輔助廠房3個(gè)上充泵隔間各設(shè)有一臺(tái)攝像機(jī)，監(jiān)視上充泵設(shè)備。4）PX聯(lián)合泵房內(nèi)的CRF泵隔間及SEC泵隔間各設(shè)有一臺(tái)攝像機(jī)。5）電氣廠房L214房間、核輔助廠房N264房間、核燃料廠房K230及K270房間門口各設(shè)有一臺(tái)攝像機(jī)。6）汽機(jī)廠房標(biāo)高－7.5m、±0.0m、＋8.5m、＋17.1m、主變壓器/廠用高變壓器/起動(dòng)備用變壓器、爐水加藥和汽水取樣等場(chǎng)所設(shè)有攝像機(jī)，共計(jì)13臺(tái)攝像機(jī)。工業(yè)電視系統(tǒng)在核電廠共設(shè)有3臺(tái)移動(dòng)式攝像機(jī)，該裝置由攝像機(jī)、云臺(tái)、變焦鏡頭、解碼器、泛光燈、光源適配器、可延伸電纜和折疊式三腳架組裝構(gòu)成。移動(dòng)式攝像機(jī)如圖1所示。在核電廠檢修期間，現(xiàn)場(chǎng)維修人員可根據(jù)需要使用移動(dòng)式攝像機(jī)。移動(dòng)式攝像機(jī)自帶延長線纜可連接到布置在現(xiàn)場(chǎng)的視頻插座網(wǎng)絡(luò)中的任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)箱。網(wǎng)絡(luò)箱為移動(dòng)式攝像機(jī)供電，并將其視頻信號(hào)通過視頻電纜傳輸至主控室后端處理設(shè)備。根據(jù)工藝的需求，網(wǎng)絡(luò)箱主要布置在核輔助廠房、反應(yīng)堆廠房及核燃料廠房內(nèi)。1.2.2信號(hào)傳輸部分信號(hào)傳輸部分主要為各種線纜，負(fù)責(zé)將現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)的視頻信號(hào)傳送至主控室后端處理設(shè)備，并將后端處理設(shè)備的控制信號(hào)反饋至現(xiàn)場(chǎng)控制攝像機(jī)。根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量和傳輸距離選擇不同類型的傳輸線纜。視頻信號(hào)傳輸線在工程上一般選用同軸電纜和光纜兩種，控制信號(hào)多采用直接控制的方式。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB50115—2022《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，傳輸距離超過300m時(shí)，采用75－7同軸電纜傳輸信號(hào)；傳輸距離超過500m時(shí)，采用光纜傳輸信號(hào)，即遠(yuǎn)距離傳輸視頻信號(hào)時(shí)使用光纜，光纜具有通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)和傳輸質(zhì)量佳的特點(diǎn)；近距離傳輸視頻信號(hào)則使用同軸電纜，同軸電纜具有信號(hào)傳輸穩(wěn)定、資源利用充分、施工量小和易維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。出于核電廠自身的防火要求，要求電纜采用低煙、無鹵和阻燃類型。分散在核電廠各廠房的攝像機(jī)，設(shè)置在PX廠房、汽機(jī)廠房MX內(nèi)的攝像機(jī)因距離主控室距離較遠(yuǎn)、攝像機(jī)數(shù)量較多，采用光纜傳輸方案。在PX、MX廠房就地設(shè)置數(shù)字光端機(jī)將攝像機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過光纜傳輸，主控室后端處理設(shè)備內(nèi)的接收端將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，進(jìn)一步還原成圖像信號(hào)傳輸?shù)揭曨l分配器；設(shè)置在核島廠房內(nèi)的攝像機(jī)，因距主控室后端處理設(shè)備距離相對(duì)較近，因此使用同軸電纜傳輸視頻信號(hào)。1.2.3后端處理設(shè)備后端處理設(shè)備設(shè)置在長期有人值守的核電廠主控室內(nèi)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。其功能為集中接收現(xiàn)場(chǎng)發(fā)回來的視頻信號(hào)并轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，進(jìn)行切換、顯示和記錄操作，并進(jìn)行相應(yīng)的控制和管理。本核電廠項(xiàng)目的后端處理設(shè)備主要由2臺(tái)矩陣控制器、1臺(tái)硬盤錄像機(jī)、2臺(tái)監(jiān)視器及1臺(tái)控制鍵盤等設(shè)備組成。矩陣控制器主要功能為對(duì)輸入的視頻圖像進(jìn)行控制：所有現(xiàn)場(chǎng)的視頻信號(hào)先進(jìn)入到矩陣控制器，再由矩陣控制器輸出到監(jiān)視器上。矩陣控制器根據(jù)操作人員的需要，把選擇的視頻信號(hào)切換到監(jiān)視器上。硬盤錄像機(jī)（DVR）配有大容量硬盤，主要負(fù)責(zé)數(shù)字視頻的壓縮、網(wǎng)絡(luò)視頻流的管理以及用戶的授權(quán)管理等，實(shí)現(xiàn)視頻回放功能。本核電廠項(xiàng)目硬盤攝像機(jī)配有2400GB硬盤，足夠保證30天以上的圖像記錄備案?？刂奇I盤主要進(jìn)行控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像機(jī)云臺(tái)和矩陣控制器的控制功能。可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)編程和管理、顯示器選取、前端攝像機(jī)選取、云臺(tái)全動(dòng)作、鏡頭全動(dòng)作及切換控制等操作，通過與矩陣主機(jī)交互通信實(shí)現(xiàn)對(duì)前端設(shè)備的控制。本項(xiàng)目核電廠工業(yè)電視系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

2工業(yè)電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

攝像機(jī)是工業(yè)電視系統(tǒng)前端設(shè)備的核心，性能優(yōu)良的前端攝像設(shè)備是后端控制設(shè)備進(jìn)行高質(zhì)量的顯示和存儲(chǔ)的保證。而工業(yè)環(huán)境具有自身的特殊性，如高溫、高粉塵和強(qiáng)腐蝕性。為保證設(shè)置在工業(yè)環(huán)境中的攝像機(jī)能夠正常工作，對(duì)設(shè)備的選擇尤為重要。在核電廠正常運(yùn)行期間，核島一些重要區(qū)域存在輻照劑量，電廠運(yùn)行人員無法進(jìn)入，因此需要在這些場(chǎng)所設(shè)置攝像機(jī)，供主控室操作員監(jiān)視這些區(qū)域，復(fù)核火災(zāi)信號(hào)等異常的運(yùn)行工況。根據(jù)環(huán)境劑量率選擇耐輻照性能滿足要求的攝像機(jī)成為核電廠工業(yè)電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作。目前，市場(chǎng)上主流耐輻照攝像機(jī)的主要性能對(duì)比如表1所示。核電廠攝像機(jī)布置的場(chǎng)所及其環(huán)境劑量率如表2所示。2.1核島廠房區(qū)域終端的設(shè)計(jì)方案核島廠房主要包括電氣廠房、反應(yīng)堆廠房、核輔助廠房和核燃料廠房等。在反應(yīng)堆廠房總共設(shè)有4臺(tái)攝像機(jī)，其中在＋20.00m環(huán)吊下方R841房間安裝有一臺(tái)彩色變焦攝像機(jī)，攝像機(jī)配有解碼器和接線箱連接電纜至主控室，實(shí)現(xiàn)在主控室遠(yuǎn)程操作攝像機(jī)，可以使操作員在主控室對(duì)反應(yīng)堆大廳進(jìn)行全面監(jiān)視。R841房間劑量率稍低（2mSv/h＜D＜0.1Sv/h），并且為了滿足主控室畫面彩色美觀需求，選用了AE公司的耐輻照變焦彩色攝像機(jī)N82Z產(chǎn)品。攝像機(jī)N82Z劑量率大于1×103Gy/h、累積劑量大于1×104Gy，滿足環(huán)境劑量使用需求，計(jì)劃使用1～2個(gè)換料周期（一個(gè)換料周期為12個(gè)月）；在主冷卻劑泵隔間（R611/R621/R631房間）各設(shè)置一臺(tái)攝像機(jī)，監(jiān)視主冷卻劑泵選用定焦攝像機(jī)。此處環(huán)境劑量率：0.1Sv/h＜D，選用英國Centronic公司的CR2226－F80Z產(chǎn)品，作為電真空攝像管（Vidicon）耐輻照黑白攝像機(jī)，其累積劑量大于2×105Gy，劑量率大于1×104Gy/h，能較好滿足環(huán)境耐輻照的需求。攝像機(jī)配有接線箱連接電纜至主控室。攝像機(jī)自身帶有LED照明燈另配有石英鹵素?zé)舻膫溆谜彰鳠糇鳛閿z像機(jī)的輔助照明。反應(yīng)堆廠房一些房間內(nèi)（R430、R230、R130、R741、R410、R210和R141）設(shè)置有網(wǎng)絡(luò)箱，用于移動(dòng)式攝像機(jī)的連接。在反應(yīng)堆廠房設(shè)有電源箱用于本廠房內(nèi)固定攝像機(jī)及網(wǎng)絡(luò)箱的供電，上游電源引自220V交流供電系統(tǒng)。為確保供電的可靠性，電源箱配電采用星形連接。在核輔助廠房的3個(gè)上充泵隔間（NA217/218/219）設(shè)置一臺(tái)定焦耐輻射攝像機(jī)，監(jiān)視上充泵，復(fù)核上沖泵房間的火災(zāi)探測(cè)信號(hào)。攝像機(jī)型號(hào)統(tǒng)一選用CR2226黑白耐輻照攝像機(jī)，設(shè)備劑量率及累計(jì)劑量能滿足環(huán)境的需要。攝像機(jī)配有照明設(shè)備；核輔助廠房還布置網(wǎng)絡(luò)箱用于連接移動(dòng)式攝像機(jī)，設(shè)置電源箱用于設(shè)備的供電。電氣廠房L214房間、核輔助廠房N264房間、核燃料廠房K230房間及K270門口各設(shè)置有一臺(tái)攝像機(jī)，因劑量分區(qū)屬于白區(qū)，環(huán)境無輻射要求，因此選用普通定焦攝像機(jī)——Pelco公司產(chǎn)品C1OCH－6X彩色定焦攝像機(jī)。根據(jù)設(shè)計(jì)參考電站的經(jīng)驗(yàn)，在電氣廠房L215房間內(nèi)設(shè)置DTL系統(tǒng)分控臺(tái)，方便運(yùn)行巡檢人員檢查系統(tǒng)運(yùn)行狀況。在核電廠主控室L710房間內(nèi)布置工業(yè)閉路電視系統(tǒng)落地機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)設(shè)置接收控制裝置，包括矩陣切換器、控制鍵盤、碼分配器、電源控制器、硬盤錄像機(jī)和彩色監(jiān)視器等設(shè)備。主控室操作員可通過監(jiān)視器監(jiān)視反應(yīng)堆冷卻劑泵隔間、上充泵區(qū)、CRF泵區(qū)、SEC泵區(qū)及汽機(jī)廠房的火災(zāi)情況，確認(rèn)火災(zāi)探測(cè)器所發(fā)出的火警信號(hào)，從而迅速起動(dòng)相應(yīng)的保護(hù)裝置。2.2聯(lián)合泵房PX及常規(guī)島點(diǎn)位設(shè)置在聯(lián)合泵房PX廠房PX421、PX121、PX111、PX423、PX123及PX113房間設(shè)置攝像機(jī)觀察CRF泵及SEC泵區(qū)火災(zāi)情況，因?yàn)閯┝糠謪^(qū)屬于白區(qū)，所以設(shè)置普通彩色定焦攝像機(jī)（選用Pelco品牌C10CH－6X）即滿足要求。攝像機(jī)的供電由PX廠房就地電源箱供電。而PX廠房距離主控室較長，采用光纜傳輸方案。在常規(guī)島汽機(jī)廠房－7.5m層凝泵、電泵及真空泵，＋0.0m主機(jī)油箱、放電機(jī)出線區(qū)、高低壓加熱器、＋8.5m汽機(jī)、發(fā)電機(jī)、電氣廠房、蓄電池室、＋17.1m除氧器、主變壓器/廠用高變壓器/起動(dòng)備用變壓器、汽水取樣和爐水加藥等區(qū)域設(shè)置13個(gè)攝像機(jī)，因?yàn)閯┝糠謪^(qū)屬于白區(qū)，選用Pelco公司C10CH－6X普通彩色定焦攝像機(jī)。攝像機(jī)的供電由就地電源箱供電。在信號(hào)傳輸方面，考慮到距離和攝像機(jī)的數(shù)量，采用光纜傳輸方案。

3設(shè)計(jì)方案分析

由以上各區(qū)域攝像機(jī)組成一個(gè)多頭一尾的中等規(guī)模工業(yè)電視系統(tǒng)：在核島反應(yīng)堆廠房和核輔助廠房的紅區(qū)、橙區(qū)環(huán)境下終端選用耐輻照攝像機(jī)，又根據(jù)需求不同，選用電真空攝像管及CCD攝像管兩種不同類型的耐輻照攝像機(jī)；在核島白區(qū)、常規(guī)島及PX廠房則根據(jù)需求選用普通攝像機(jī)即可。位于主控室的矩陣設(shè)備選用兩臺(tái)容量為48×4的Pelco品牌控制器，既保證了系統(tǒng)可靠性，又留出擴(kuò)容的裕量。根據(jù)參考電站及其他M310型電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，采用視頻基帶傳輸方式的工業(yè)電視系統(tǒng)方案以可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)作為方案首選。本核電項(xiàng)目在常規(guī)島區(qū)域設(shè)置攝像機(jī)數(shù)量為13臺(tái)，而設(shè)計(jì)參考電站常規(guī)島只有8臺(tái)攝像機(jī)；本項(xiàng)目在核島亦設(shè)置了較多的固定攝像機(jī)終端，使得本項(xiàng)目的CCTV技術(shù)方案成為國內(nèi)同型核電廠中迄今最大規(guī)模的工業(yè)電視系統(tǒng)。

4結(jié)束語

工業(yè)電視系統(tǒng)種耐輻照攝像機(jī)的選擇方案是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要因素。攝像機(jī)按攝像器件劃分為電真空攝像器件（即攝像管）攝像機(jī)和固體攝像器件（CCD器件、MOS器件）攝像機(jī)兩大類，通常在紅區(qū)高劑量率區(qū)域采用耐高劑量率的電真空攝像管攝像機(jī)，其中Vidicon攝像管和Chalnicon攝像管是其中兩大主流類型。本項(xiàng)目選用的英國Centronic公司產(chǎn)品是Vidicon攝像管，其優(yōu)點(diǎn)是耐輻照性能理想，其累計(jì)劑量可達(dá)1×105Gy，缺點(diǎn)是靈敏性較差。但因其價(jià)格較Chalnicon攝像管便宜，所以綜合性價(jià)比較高。系統(tǒng)傳輸方案的選擇。在核島等區(qū)域，因攝像機(jī)與主控室控制臺(tái)之間距離不太遠(yuǎn)，采用視頻基帶傳輸方式；PX廠房至控制臺(tái)則采