作為一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)所的核電廠，若發(fā)生意外，除造成生命財(cái)產(chǎn)的損傷外，輻射在空間上的巨大擴(kuò)散時(shí)間上的長久影響會(huì)帶來更多的安全問題，且還會(huì)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(huì)以最高級(jí)最嚴(yán)格的層級(jí)來處理，本文將詳細(xì)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(jìn)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(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)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(zāi)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(yīng)用與管制層級(jí)必須高出很多。

　　安防設(shè)計(jì)規(guī)劃重點(diǎn)原則

　　核能發(fā)電廠不論在哪一個(gè)國家都被視為高度安全防護(hù)的場(chǎng)所，不管是人為破壞行為還是天災(zāi)，都會(huì)在核能電廠的安全規(guī)劃考慮中。其安防解決方案設(shè)計(jì)的重點(diǎn)原則分為阻絕、管制、偵檢、判斷與處置等五項(xiàng)：第一是要從遠(yuǎn)處開始就要阻絕一切可能對(duì)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(duì)人、車、物的來去動(dòng)向要能充份掌握;第三偵檢是對(duì)包含人車及物品的偵測(cè)檢查，并且進(jìn)出發(fā)電廠都要有偵測(cè)檢查，包含金屬物偵檢及輻射量偵檢二種，以避免違禁品進(jìn)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程探測(cè)器進(jìn)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(duì)各種應(yīng)急事件都能做到主動(dòng)或被動(dòng)的啟動(dòng)或告警反應(yīng)。

　　安全危害有那些?

　　了解核能電廠的安全重點(diǎn)后，再把核電廠由外到內(nèi)的環(huán)境及設(shè)備操作的危險(xiǎn)因子做一個(gè)分析，供整體安全解決方案設(shè)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(huì)建置在穩(wěn)固的海岸邊，因?yàn)楹朔磻?yīng)爐需要大量海水來進(jìn)行冷卻，所以核能電廠通常設(shè)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(gè)取水區(qū)及執(zhí)行抽取大量海水的動(dòng)力泵房，這是一個(gè)接近但卻與電廠相對(duì)獨(dú)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(jìn)入取水管道。再來是整個(gè)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(huì)設(shè)置四道的周界防范(最外層的一般作業(yè)區(qū)、第二層保護(hù)區(qū)、第三層只限制特定人員進(jìn)出的禁制區(qū)、第四最重要的核反應(yīng)堆體的緊急區(qū))。其后還有臨時(shí)堆放反應(yīng)爐的核廢料桶區(qū)及儲(chǔ)存區(qū)，與火電廠鍋爐及蒸氣機(jī)區(qū)同樣是非常重要的安全防范區(qū)域;同時(shí)主變壓器區(qū)與電力開關(guān)廠也是整個(gè)核能電廠的安全危害重點(diǎn)。這些重點(diǎn)都必須依據(jù)安全五原則來進(jìn)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(fēng)帶來的鹽害，同核電廠設(shè)備一樣，安防監(jiān)控設(shè)備也必須考慮到自身對(duì)于這種環(huán)境的適應(yīng)性，建置過核電廠的工程商一定都體會(huì)過這種環(huán)境對(duì)于設(shè)備的嚴(yán)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(yīng)爐蒸汽機(jī)做蒸汽冷卻用。此區(qū)域會(huì)有機(jī)組故障、人員入侵游泳或垂釣、潮水過大或風(fēng)浪過大問題，監(jiān)控設(shè)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(cè)、攔污閘及扒污機(jī)是否正常運(yùn)作、抽水泵的壓力與轉(zhuǎn)速溫度，另外整個(gè)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(dòng)，致使蒸汽鍋爐溫度上升產(chǎn)生氫氣進(jìn)而發(fā)生爆炸。

　　對(duì)抽水泵進(jìn)調(diào)節(jié)控制時(shí)需要影像遙控遙測(cè)的DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)看與監(jiān)控，除了用PLC及DCS來監(jiān)控設(shè)備外，此區(qū)域的影像攝像機(jī)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(yuǎn)程監(jiān)控的能力，以防止有人非法進(jìn)入取水口防波堤區(qū)域進(jìn)行捕魚垂釣或破壞行為，同時(shí)可管制整個(gè)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(cè)系統(tǒng)并不適用，此處周界防范系統(tǒng)以多道光束的主動(dòng)式探測(cè)器架設(shè)于圍墻頂部來達(dá)到周界入侵檢測(cè)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(chǎng)，屬于一般保護(hù)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(hù)材質(zhì)也必須是IP66(NEMA4X)以上且最好是內(nèi)壓充氮的保護(hù)方式以確保攝像機(jī)不受鹽份及水氣的入侵而使壽命減短。攝像機(jī)本身必須為PTZ功能高速球且具有夜視功能的一體機(jī)，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(dòng)光纖或是蛇腹網(wǎng)加上張力鐵線周界防越探測(cè)，配合監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)作默認(rèn)連動(dòng)警報(bào)畫面鎖定及保安巡視監(jiān)控。

　　由于其高度危險(xiǎn)性，大門區(qū)配置有門禁系統(tǒng)、臉部辨識(shí)、防尾隨系統(tǒng)、圖像對(duì)比監(jiān)視系統(tǒng)，記錄進(jìn)出電廠每一個(gè)人的臉部特征、體重等信息。此外核能電廠應(yīng)訂有保安計(jì)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(jìn)出管制及查驗(yàn)，于大門出入口主警衛(wèi)室設(shè)置X光機(jī)、金屬探測(cè)器、人員門框型輻射偵測(cè)器、車輛門框型輻射偵測(cè)器及車輛底盤偵檢器等偵測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人防/技防/物防的三重安全保障，對(duì)進(jìn)出保護(hù)區(qū)的人員、車輛執(zhí)行嚴(yán)密檢查，確保相關(guān)違禁品無法進(jìn)出廠區(qū)造成破壞。

　　第二層周界

　　第二道周界(保護(hù)區(qū))內(nèi)主要是應(yīng)急中心、電廠安全監(jiān)控中心、設(shè)備資材倉庫、備用發(fā)電儲(chǔ)油槽等主要建及單位，屬于第二級(jí)保護(hù)范圍。此處必須設(shè)置第二道門禁刷卡系統(tǒng)，確保通過第一道周界大門進(jìn)入的人員是經(jīng)過查核授權(quán)后才進(jìn)入第二道防線。此處所采用的攝像機(jī)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(jī);進(jìn)出門禁系統(tǒng)采用刷卡與臉部比對(duì)系統(tǒng)，搭配固定半球攝像機(jī)以掌握進(jìn)出第二道保護(hù)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(bào)警系統(tǒng)，儲(chǔ)油槽平時(shí)除供應(yīng)電廠必要的運(yùn)作燃料外都是保持靜止?fàn)顟B(tài)，必須采用入侵偵測(cè)與影像監(jiān)控，并對(duì)儲(chǔ)油槽的壓力溫度液位等的進(jìn)行PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控。由于全廠的安防系統(tǒng)都必須將信號(hào)送到此處的安全監(jiān)控中心與應(yīng)急中心，因而此處的傳輸設(shè)備終端必須要有妥善的光纖纜線分配箱，讓所有信號(hào)的進(jìn)出在此可以一目了然便于查修及維護(hù)。

　　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(jī)組及蒸汽汽輪機(jī)組、核廢料暫存區(qū)及輻射偵檢站等主要禁止進(jìn)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(jì)進(jìn)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(jī)組大修停爐期間，此處是嚴(yán)格管控進(jìn)出人數(shù)的門禁系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)進(jìn)入未出或逾時(shí)未離開禁制區(qū)的人員進(jìn)行即時(shí)清查，保障門禁安全。這個(gè)區(qū)域的攝像機(jī)更多型式化：日夜的紅外線;半球吸頂;360度全景的攝像機(jī);用于樓梯間及電廠各個(gè)逃生出入口專用的廣角角落式攝像機(jī)。

　　在發(fā)電機(jī)組及蒸汽輪機(jī)的運(yùn)作監(jiān)視上，除了必要的PLC/DCS設(shè)備監(jiān)控，鍋爐水位、蒸氣壓力及發(fā)電設(shè)備儀表區(qū)因輻射影響，都須用特定的百萬高清攝像機(jī)對(duì)儀表進(jìn)行細(xì)微細(xì)節(jié)的影像實(shí)時(shí)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(shè)備運(yùn)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(shè)張力圍欄與紅外線對(duì)射探測(cè)器做雙重保障，另外為便于事故時(shí)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(jìn)行門開關(guān)啟閉的影像連動(dòng)鎖定加上事件錄像方式來嚴(yán)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(yīng)爐機(jī)組、汽機(jī)組、核燃料控制區(qū)及輻射偵檢站等主要的嚴(yán)格禁止進(jìn)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(xiǎn)性，因此這里的門禁須更嚴(yán)格的管制進(jìn)入的人數(shù)及時(shí)間限制，以軟件系統(tǒng)進(jìn)行人員現(xiàn)在行進(jìn)位置及時(shí)間的管控，并在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行人員清查并限時(shí)離開的門禁管制方式。

　　要進(jìn)入緊急區(qū)可做三重程序比對(duì)：當(dāng)人員持識(shí)別卡刷卡時(shí)，門禁攝像機(jī)會(huì)將攝取到的影像，與數(shù)據(jù)庫中原先預(yù)錄的臉部影像進(jìn)行比對(duì)，人員通過這兩項(xiàng)比對(duì)進(jìn)入時(shí)，還可以加設(shè)體重偵測(cè)計(jì)，埋設(shè)于地板內(nèi)的傳感器會(huì)偵測(cè)該人員的體重，與七天內(nèi)前次體重記錄進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)重量值超過或低過設(shè)定容許值時(shí)異常告警，門禁系統(tǒng)便不會(huì)放行人員進(jìn)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(jī)必須具有PTZ功能且必須有低光或黑白彩色切換功能，同時(shí)此處需要細(xì)節(jié)因此可充分應(yīng)用百萬像素的攝像機(jī)。

　　緊急區(qū)有一個(gè)特殊情況是解決方案必須注意的：用在此處的安防設(shè)備在故障時(shí)都沒有所謂的維修作業(yè)，因?yàn)楦咻椛湎掠绕涫菭t心反應(yīng)爐及燃料水池上的攝像機(jī)等設(shè)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(shè)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(gè)重點(diǎn)區(qū)域防范外，核電廠還有一個(gè)重要的場(chǎng)所稱為核能廢料儲(chǔ)存區(qū)，為特殊且高輻射劑量的區(qū)域，須要獨(dú)立的系統(tǒng)在其獨(dú)立的控制室內(nèi)進(jìn)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(shè)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(xiǎn)，同時(shí)主變壓的工作溫度、散熱風(fēng)扇運(yùn)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(xiǎn)區(qū)域，此區(qū)域架設(shè)的PTZ高清監(jiān)視攝像機(jī)必須要考慮電磁干擾及維修時(shí)過于接近電力設(shè)備的問題。門禁必須嚴(yán)格采用影像對(duì)講來管制門禁，以確實(shí)掌握進(jìn)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(luò)化，但由于核電廠對(duì)信息保密、線路安全、影像與控制實(shí)時(shí)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(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、消防的綜合監(jiān)控是核電廠安全運(yùn)作必備的條件。解決方案必須做到將遠(yuǎn)程的圖像監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、防盜、消防和報(bào)警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合起來，做到既可以遠(yuǎn)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(bào)警網(wǎng)絡(luò)功能，加上專業(yè)技術(shù)規(guī)劃，才能更加有效地預(yù)防事故發(fā)生，確保核電系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)用項(xiàng)目及解決方案也會(huì)不斷擴(kuò)大，針對(duì)發(fā)電安全監(jiān)控應(yīng)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(shì)，這些新趨勢(shì)大致有以下部分：

　　1.針對(duì)發(fā)電廠整合集成的綜合監(jiān)控平臺(tái)：可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻、動(dòng)力環(huán)境、報(bào)警信息、門禁信息等的集中采集與管理;

　　2. 3G網(wǎng)絡(luò)傳輸：隨著3G技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了無線高頻網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，解決電廠內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膽?yīng)用難題;

　　3. HD高清技術(shù)應(yīng)用：在高清監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)潮流下，高清網(wǎng)絡(luò)及影像細(xì)節(jié)無縫化也將應(yīng)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(yīng)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(yù)警、事件處理、采證，不必一定要進(jìn)到電廠內(nèi)部攝像機(jī)端去進(jìn)行，也可以做遠(yuǎn)程視頻檢測(cè)，例如火警檢測(cè)、入侵檢測(cè)、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(cè)系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、報(bào)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(dòng)化，提高人員和設(shè)備的安全性、操作便利性，這是一個(gè)核能電廠未來發(fā)展的應(yīng)有架構(gòu)。