作為一級風險場所的核電廠，若發(fā)生意外，除造成生命財產(chǎn)的損傷外，輻射在空間上的巨大擴散時間上的長久影響會帶來更多的安全問題，且還會造成民眾心理上的恐慌。因此，核電廠安全監(jiān)控系統(tǒng)的建置，通常都會以最高級最嚴格的層級來處理，本文將詳細介紹核電廠的安防解決方案。

　　核能發(fā)電廠(Nuclear power plant)以下簡稱核電廠，其發(fā)電原理與火力發(fā)電類似，利用鈾燃料進行核裂變產(chǎn)生的高熱加熱鍋爐的水，使水變成高溫產(chǎn)生高壓水蒸氣，再以蒸氣推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。因核能發(fā)電沒有火力燃燒所產(chǎn)生的二氧化硫及二氧化碳等環(huán)境破壞氣體而被稱為干凈能源，但從包括最近的日本福島地震在內(nèi)的多次核能災害來看，干凈之余卻有太多安全隱患存在，因而相較于其他的發(fā)電形式，核電廠的安全應用與管制層級必須高出很多。

　　安防設計規(guī)劃重點原則

　　核能發(fā)電廠不論在哪一個國家都被視為高度安全防護的場所，不管是人為破壞行為還是天災，都會在核能電廠的安全規(guī)劃考慮中。其安防解決方案設計的重點原則分為阻絕、管制、偵檢、判斷與處置等五項：第一是要從遠處開始就要阻絕一切可能對核電廠有安全危害的人或事物;第二若無法阻絕必須接觸則必須做好管制，對人、車、物的來去動向要能充份掌握;第三偵檢是對包含人車及物品的偵測檢查，并且進出發(fā)電廠都要有偵測檢查，包含金屬物偵檢及輻射量偵檢二種，以避免違禁品進出輻射污染人及物情況發(fā)生;第四判斷，透過影像監(jiān)控系統(tǒng)與遠程數(shù)據(jù)采集和遠程探測器進行畫面或狀態(tài)的直觀判斷以作為后續(xù)處理的依據(jù);第五處置則是各種安防系統(tǒng)對各種應急事件都能做到主動或被動的啟動或告警反應。

　　安全危害有那些?

　　了解核能電廠的安全重點后，再把核電廠由外到內(nèi)的環(huán)境及設備操作的危險因子做一個分析，供整體安全解決方案設備及措施的選用參考。核電廠環(huán)境結(jié)構(gòu)特性：一般核電廠都會建置在穩(wěn)固的海岸邊，因為核反應爐需要大量海水來進行冷卻，所以核能電廠通常設置海水取水口及排水口，包括防止大汛潮的防波堤及閘門所構(gòu)筑的一個取水區(qū)及執(zhí)行抽取大量海水的動力泵房，這是一個接近但卻與電廠相對獨立的區(qū)域，與水力發(fā)電的取水口一樣具有高度重要性，不容許有人入侵或雜物進入取水管道。再來是整個核電廠的外圍周界部分的最外層，一般核電廠從外到內(nèi)依照環(huán)境與作業(yè)區(qū)的重要性，都會設置四道的周界防范(最外層的一般作業(yè)區(qū)、第二層保護區(qū)、第三層只限制特定人員進出的禁制區(qū)、第四最重要的核反應堆體的緊急區(qū))。其后還有臨時堆放反應爐的核廢料桶區(qū)及儲存區(qū)，與火電廠鍋爐及蒸氣機區(qū)同樣是非常重要的安全防范區(qū)域;同時主變壓器區(qū)與電力開關(guān)廠也是整個核能電廠的安全危害重點。這些重點都必須依據(jù)安全五原則來進行整體安全系統(tǒng)規(guī)劃與布建的，以下筆者將逐一說明核電廠的整體安防解決方案內(nèi)容。

　　整體安全監(jiān)控布建說明

　　核能電廠因位處濱海區(qū)而受到海風帶來的鹽害，同核電廠設備一樣，安防監(jiān)控設備也必須考慮到自身對于這種環(huán)境的適應性，建置過核電廠的工程商一定都體會過這種環(huán)境對于設備的嚴苛要求。核電廠分為壓水式核能發(fā)電廠(PWR發(fā)電廠 )、沸水式核能發(fā)電廠(BWR發(fā)電廠)、核能發(fā)電廠(AGR發(fā)電廠)、重水減速重水冷卻型核能發(fā)電廠等型式，但在建筑結(jié)構(gòu)與配置上基本是相似的，因此安全解決方案的規(guī)劃也是一致的。

　　海水泵房區(qū)

　　海水泵房主要是抽取經(jīng)過攔污柵隔離雜物后的海水，將海水送到反應爐蒸汽機做蒸汽冷卻用。此區(qū)域會有機組故障、人員入侵游泳或垂釣、潮水過大或風浪過大問題，監(jiān)控設備須監(jiān)控海水潮汐及水位、取水口的閘門開啟關(guān)閉的大小偵測、攔污閘及扒污機是否正常運作、抽水泵的壓力與轉(zhuǎn)速溫度，另外整個海水泵房的供電系統(tǒng)及備用電力也要納入監(jiān)控中，以免電力中斷后備用電力無法啟動，致使蒸汽鍋爐溫度上升產(chǎn)生氫氣進而發(fā)生爆炸。

　　對抽水泵進調(diào)節(jié)控制時需要影像遙控遙測的DCS控制系統(tǒng)進行監(jiān)看與監(jiān)控，除了用PLC及DCS來監(jiān)控設備外，此區(qū)域的影像攝像機必須采用具有PTZ功能且必須是抗鹽份的SS316不銹鋼材質(zhì)，并必須具有紅外線輔助照明及夜視遠程監(jiān)控的能力，以防止有人非法進入取水口防波堤區(qū)域進行捕魚垂釣或破壞行為，同時可管制整個海水泵房區(qū)域四周的周界狀況。由于所處鹽份較高金屬性的圍籬偵測系統(tǒng)并不適用，此處周界防范系統(tǒng)以多道光束的主動式探測器架設于圍墻頂部來達到周界入侵檢測安全要求。[nextpage]

　　第一層周界

　　第一道周界(一般作業(yè)區(qū))是行政及消防單位辦公樓及停車場，屬于一般保護要求。由于較接近海岸，海水引起的鹽霧水氣仍有較大的侵蝕力，此處的影像監(jiān)視系統(tǒng)保護材質(zhì)也必須是IP66(NEMA4X)以上且最好是內(nèi)壓充氮的保護方式以確保攝像機不受鹽份及水氣的入侵而使壽命減短。攝像機本身必須為PTZ功能高速球且具有夜視功能的一體機，在傳輸上由于其地理特性必須采用光纖傳輸方式。周界建置有抗鹽耐候的振動光纖或是蛇腹網(wǎng)加上張力鐵線周界防越探測，配合監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)作默認連動警報畫面鎖定及保安巡視監(jiān)控。

　　由于其高度危險性，大門區(qū)配置有門禁系統(tǒng)、臉部辨識、防尾隨系統(tǒng)、圖像對比監(jiān)視系統(tǒng)，記錄進出電廠每一個人的臉部特征、體重等信息。此外核能電廠應訂有保安計劃及相關(guān)的保安作業(yè)程序，由駐廠公安武警人員執(zhí)行車輛與人員的進出管制及查驗，于大門出入口主警衛(wèi)室設置X光機、金屬探測器、人員門框型輻射偵測器、車輛門框型輻射偵測器及車輛底盤偵檢器等偵測設備，實現(xiàn)人防/技防/物防的三重安全保障，對進出保護區(qū)的人員、車輛執(zhí)行嚴密檢查，確保相關(guān)違禁品無法進出廠區(qū)造成破壞。

　　第二層周界

　　第二道周界(保護區(qū))內(nèi)主要是應急中心、電廠安全監(jiān)控中心、設備資材倉庫、備用發(fā)電儲油槽等主要建及單位，屬于第二級保護范圍。此處必須設置第二道門禁刷卡系統(tǒng)，確保通過第一道周界大門進入的人員是經(jīng)過查核授權(quán)后才進入第二道防線。此處所采用的攝像機就必須較為多元化：第二道周界上仍然采用室外耐候的高速球或一體機;進出門禁系統(tǒng)采用刷卡與臉部比對系統(tǒng)，搭配固定半球攝像機以掌握進出第二道保護區(qū)的人員及車輛。

　　另外此處為堆放電廠資材區(qū)域，必須采用防盜報警系統(tǒng)，儲油槽平時除供應電廠必要的運作燃料外都是保持靜止狀態(tài)，必須采用入侵偵測與影像監(jiān)控，并對儲油槽的壓力溫度液位等的進行PLC遠程監(jiān)控。由于全廠的安防系統(tǒng)都必須將信號送到此處的安全監(jiān)控中心與應急中心，因而此處的傳輸設備終端必須要有妥善的光纖纜線分配箱，讓所有信號的進出在此可以一目了然便于查修及維護。

　　第三層周界

　　第三道周界(禁制區(qū))內(nèi)主要有電廠主控室、發(fā)電主機組及蒸汽汽輪機組、核廢料暫存區(qū)及輻射偵檢站等主要禁止進入的管制區(qū)。門禁系統(tǒng)上這里又多了一層的要求：必須要有授權(quán)的卡片及通過輻射體能檢查的人員才能配帶隨身輻射偵檢計進入禁制區(qū)，這些人員屬少數(shù)合格管制人員，除非是在發(fā)電機組大修停爐期間，此處是嚴格管控進出人數(shù)的門禁系統(tǒng)，應對進入未出或逾時未離開禁制區(qū)的人員進行即時清查，保障門禁安全。這個區(qū)域的攝像機更多型式化：日夜的紅外線;半球吸頂;360度全景的攝像機;用于樓梯間及電廠各個逃生出入口專用的廣角角落式攝像機。

　　在發(fā)電機組及蒸汽輪機的運作監(jiān)視上，除了必要的PLC/DCS設備監(jiān)控，鍋爐水位、蒸氣壓力及發(fā)電設備儀表區(qū)因輻射影響，都須用特定的百萬高清攝像機對儀表進行細微細節(jié)的影像實時監(jiān)控，提供訊息以備發(fā)電廠主控制室操作人員掌握所有發(fā)電設備運作狀況。周界除了采用較高聳的圍籬、無法攀爬的光滑壁面外，圍墻頂上必須加設張力圍欄與紅外線對射探測器做雙重保障，另外為便于事故時逃生疏散快速，核電廠本體建筑出入口很多，在出入口外都必須配合門禁系統(tǒng)進行門開關(guān)啟閉的影像連動鎖定加上事件錄像方式來嚴格掌握禁制區(qū)的安全(圖3)。

　　第四層周界

　　第四道周界(緊急區(qū))內(nèi)主要有冷卻水池、核反應爐機組、汽機組、核燃料控制區(qū)及輻射偵檢站等主要的嚴格禁止進入的緊急地帶，都屬于高輻射區(qū)域，就連停爐歲修期間的輻射量也具有高度的危險性，因此這里的門禁須更嚴格的管制進入的人數(shù)及時間限制，以軟件系統(tǒng)進行人員現(xiàn)在行進位置及時間的管控，并在一定時間內(nèi)進行人員清查并限時離開的門禁管制方式。

　　要進入緊急區(qū)可做三重程序比對：當人員持識別卡刷卡時，門禁攝像機會將攝取到的影像，與數(shù)據(jù)庫中原先預錄的臉部影像進行比對，人員通過這兩項比對進入時，還可以加設體重偵測計，埋設于地板內(nèi)的傳感器會偵測該人員的體重，與七天內(nèi)前次體重記錄進行比對，當重量值超過或低過設定容許值時異常告警，門禁系統(tǒng)便不會放行人員進入緊急區(qū)。由于緊急區(qū)屬于高輻射區(qū)，此處所有的攝像機必須具有PTZ功能且必須有低光或黑白彩色切換功能，同時此處需要細節(jié)因此可充分應用百萬像素的攝像機。

　　緊急區(qū)有一個特殊情況是解決方案必須注意的：用在此處的安防設備在故障時都沒有所謂的維修作業(yè)，因為高輻射下尤其是爐心反應爐及燃料水池上的攝像機等設備在長期輻射下，大部分已被同位素化，都已成為輻射源跟本無法用手接觸及攜出廠外維修，所以此處安防設備故障只能直接更新。[nextpage]

　　主變壓器及電力開關(guān)廠

　　除了上述四道周界內(nèi)的各個重點區(qū)域防范外，核電廠還有一個重要的場所稱為核能廢料儲存區(qū)，為特殊且高輻射劑量的區(qū)域，須要獨立的系統(tǒng)在其獨立的控制室內(nèi)進行操作監(jiān)看及環(huán)境監(jiān)控。此外就是與其他發(fā)電廠相似的主變壓器及電力開關(guān)廠。

　　核能電廠的主變壓器區(qū)及一次電力345KV傳輸?shù)拈_關(guān)廠，通常建設在核電廠爐體建筑的旁邊。與其它電廠變電與開關(guān)廠相同，此處充滿感電、電弧放電及絕緣礙子和變壓器爆炸等這些安全上的危險，同時主變壓的工作溫度、散熱風扇運作、升壓電壓、電流量變化也都要納入電廠監(jiān)控范圍。開關(guān)廠部分，由于屬于超高壓電力危險區(qū)域，此區(qū)域架設的PTZ高清監(jiān)視攝像機必須要考慮電磁干擾及維修時過于接近電力設備的問題。門禁必須嚴格采用影像對講來管制門禁，以確實掌握進出開關(guān)廠人員的身份(圖4)。

　　安全監(jiān)控未來發(fā)展

　　核能發(fā)電廠安防監(jiān)控已完全邁入高清化及網(wǎng)絡化，但由于核電廠對信息保密、線路安全、影像與控制實時的要求仍然不變，因此解決方案上仍是以模擬加數(shù)字的模數(shù)(Hybrid)混合架構(gòu)為主。從核電廠整體安防要求看，符合遠程、實時、消防的綜合監(jiān)控是核電廠安全運作必備的條件。解決方案必須做到將遠程的圖像監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、防盜、消防和報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有機的結(jié)合起來，做到既可以遠程監(jiān)視、遙控和圖像傳輸，又具備環(huán)境整體監(jiān)控，并具有聯(lián)網(wǎng)報警網(wǎng)絡功能，加上專業(yè)技術(shù)規(guī)劃，才能更加有效地預防事故發(fā)生，確保核電系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

　　隨著電力能源安全監(jiān)控需求的不斷發(fā)展，發(fā)電安全監(jiān)控應用項目及解決方案也會不斷擴大，針對發(fā)電安全監(jiān)控應用需求的不夠完善，電力監(jiān)控行業(yè)也出現(xiàn)一些未來產(chǎn)品及整合新趨勢，這些新趨勢大致有以下部分：

　　1.針對發(fā)電廠整合集成的綜合監(jiān)控平臺：可同時實現(xiàn)對視頻、動力環(huán)境、報警信息、門禁信息等的集中采集與管理;

　　2. 3G網(wǎng)絡傳輸：隨著3G技術(shù)的應用與發(fā)展，實現(xiàn)了無線高頻網(wǎng)絡傳輸功能，解決電廠內(nèi)網(wǎng)絡傳輸?shù)膽秒y題;

　　3. HD高清技術(shù)應用：在高清監(jiān)控網(wǎng)絡潮流下，高清網(wǎng)絡及影像細節(jié)無縫化也將應用于在核電廠中;

　　4. IVA智能分析化：核電廠的特殊輻射環(huán)境不是應用產(chǎn)品都可以完全適合的，利用前后端視頻智能行為分析技術(shù)，可以做到預警、事件處理、采證，不必一定要進到電廠內(nèi)部攝像機端去進行，也可以做遠程視頻檢測，例如火警檢測、入侵檢測、遺失物、遺棄物、停留等讓核電廠監(jiān)控做到人安物安的要求。

　　核能發(fā)電廠的安全監(jiān)視監(jiān)控以整體化的圖像監(jiān)視系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、報警系統(tǒng)一體化的高度集成化方向發(fā)展，提高智能化、自動化，提高人員和設備的安全性、操作便利性，這是一個核能電廠未來發(fā)展的應有架構(gòu)。