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摘要：目前，核电站依旧使用传统有线通信为主要通信方式，无线通信技术发展滞后，已经不能满足建设智能核电的需求。核岛无线通信系统（以下简称DTW系统）是一种以WiFi技术为基础的无线通信系统，该系统主要提供可靠的厂内通信和厂外通信，覆盖范围为核岛区域，可以为运维人员提供移动通信、数据传输功能，并且作为事故工况下或实施应急计划时的应急通信手段之一。本文详细介绍了田湾三期工程M310机组DTW系统基本组成、主要功能及电磁兼容性测试分析，为其他电厂DTW系统的应用及电磁兼容性测试提供参考。
关键词：核电站；无线通信；电磁兼容性
0引言
目前国内各核电站正在加速推进新一代无线通信项目，解决传统有线通信方式的受限性问题和传统无线寻呼系统无法满足语音通信、数据传输需求的问题，以满足建设智能核电的通信需求[1]。田湾三期工程M310机组的DTW系统是一种基于WiFi技术的无线通信系统，该系统是田湾核电站为推进新一代无线通信系统建设而推行的先行试点项目。由于核电站内部的有线通信网络无法满足运维人员的双向沟通需求，在现场布置无线通信系统，可以提高人员沟通和工作执行效率，达到降本增效的目的，而且也可以为物联网建设提供网络基础。但是无线通信技术在核电站内进行应用存在电磁干扰风险，会对现场仪表、控制设备的正常工作产生影响，在严重情况下可能导致停堆，关系到核安全。为此，需进行电磁兼容性试验，测试无线通信系统是否满足电磁兼容性要求，以期获取同时满足信号最大范围覆盖和干扰最低两个条件的最优方案。
1田湾三期工程DTW系统简介
田湾三期工程M310机组的DTW系统由核心系统、有线网络设备、无线基础设备以及无线电话终端等设备组成，主要为核岛区域的生产运行提供通信与数据传输支持。DTW系统采用的是Nu-WiFi（NuclearWiFi）核电专业融合通信技术。该技术是在普通WiFi的技术基础上，结合核电厂实际情况和使用需求开发出来的改进版WiFi系统，克服了传统WiFi的安全性差、电磁干扰风险大、定位精度低、物联网功能差等缺点，是物联网技术和WiFi技术的结合。该技术基于成熟通用的WiFi技术，釆用商用的工业级成熟WiFi芯片，带宽、频谱、物理帧格式、调制解调方式等和WiFi保持一致，具有较高的扩展性和迭代性，同时该技术使用微功率通信设计，支持单向通信和0.1mW双向通信工作模式，具有较高的电磁兼容安全性，可以较好地适应核电站内复杂的电磁环境。
2DTW系统的组成
2.1核心系统。核心系统设备包括系统管理平台、调度语音服务器、多媒体通信服务器、语音网关等。主要负责终端管理、设备配置、人员定位、音频编解码、智能办公服务、公共电话交换网与IP语音网络的互联互通等功能。
2.2有线网络设备。有线网络采用层次化模型设计，将复杂的网络设计成几个层次，每个层次着重于某些特定的功能。网络架构设计有3个层次：核心层、汇聚层、接入层。核心层主要负责语音调度、数据处理等应用功能的实现；汇聚层位于核岛区域，负责汇聚接入层数据，传递给核心层，并下达核心层命令；接入层主要负责接入终端设备。
2.3无线基础设备。无线网络设备包括综合接入控制器、基站、天线等设备，实现核岛区域无线网络覆盖。综合接入控制器设备主要应用在高放射性区域接入覆盖，与宽带接入微基站配合使用，通过同轴电缆或两芯线缆对下联的宽带接入微基站进行数据汇聚并提供供电。基站支持IEEE802.11a/b/g/n/ac协议，5G最大数据传输速率1.733Gbps，2.4G最大数据传输速率300Mbps，防护等级IP65，配备耐辐照防护箱，内置物联网模块接口插槽，支持扩展物联网模块接入。
2.4无线电话终端。系统提供经过专业定制的安全终端，使用人员可以申请借用。定制安全终端是专用HuaweiMate手机，系统进行过加密处理，可以安全接入DTW网络，保障信息安全。
3电磁兼容性分析
电磁兼容性（Electro-MangneticCompatibility，EMC）是指设备或系统在其电磁环境中，符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。核电站内的电磁环境复杂，各种设备对电磁干扰的耐受性不同，尤其是仪表控制设备和系统，容易受到电磁干扰影响[2]。而且，核电站大部分设备在入场前未要求进行电磁兼容安全测试，无法评估受干扰设备的敏感性。引入无线通信系统时必须进行EMC测试，保证不对仪控系统或其它核安全相关设备造成影响，才能投入使用，避免引起共因故障效应，保证核安全。核电站内为解决电磁兼容性问题，主要从降低无线通信终端发射功率和设置限制区两方面进行无线通信系统设计[3]。DTW系统采用的Nu-WiFi技术，为提高电磁兼容性，使用了微功率通信设计，支持单向通信和0.1mW双向通信工作模式。同时，采用了分区域功率控制方式，根据敏感设备所处具体位置，调整或关闭所属区域发射、接收终端模块的功率，以提高系统在特殊区域的电磁兼容性。DTW系统具有限制区、功率控制区和非限制区3种工作状态，对应终端分别工作在单向通信、微功率模式（0.1mw以下）和普通发射功率状态，终端可根据区域广播信号，自动切换功率等级，改变工作状态，通过该种方式来满足核电厂重要敏感设备对电磁兼容性的要求，同时做到无线信号的最大范围覆盖。3种电磁安全区域的设置可在系统后台灵活变更，分别可以实现以下功能：在限制区，支持单向通信模式，所有语音业务自动转换为短信通知，手机的射频发射模块关闭；在功率控制区，通过手机射频模块硬件精确控制手机发射功率至设定较小值，可接打电话，收发短信，精确定位，数据传输；在非限制区，手机发射功率正常，可实现接打电话，收发短信，精确定位，数据传输等诸多功能。
4电磁兼容性试验
由于核电站的高安全性要求和无线通信系统对电站设备的可能电磁干扰风险，设备或系统只有在满足EMC的前提下才能投入运行。因此，引入的无线通信系统在正式投入使用前需进行EMC测试，且测试应尽量在贴近实际运行条件的环境下开展。
4.1被测设备分析。由于核岛内设备较多，种类复杂，全面进行电磁兼容性测试工程量巨大，成本过高，故选择典型的核岛内设备作为被测设备进行电磁兼容性测试。被测设备的选取，按照以下原则：1）每个型号的设备选择一至两个作为代表设备。2）同类型设备中，选取具有代表性的设备，优先选用与机组安全和机组可用率相关的设备。3）优先选取工艺介质已投入，现场已通电，并接入DCS，可在主控室显示状态的设备。此外，被测设备应尽量包括变送器、控制柜、电气柜、执行机构、控制室内设备、消防火灾相关设备、开关类仪表、辐射监测仪表等类型。
4.2测试方案分析。无线兼容性测试一方面旨在测试Nu-WiFi技术在核岛部署后，是否会对现场电磁敏感设备产生干扰。同时，还使用信号发生器模拟其他无线通信制式（GSM、TDD-LTE、FDD-LTE、对讲机等），测试现场敏感设备的电磁敏感性；另一方面，使用现场已安装的Nu-WiFi设备进行业务加载，判断业务能力是否会受到电厂电磁环境的影响。因此，测试分为两部分：一是其他常用无线通信制式对现场的电磁敏感设备的干扰测试；二是Nu-WiFi设备对现场的电磁敏感设备的电磁干扰测试及Nu-WiFi设备的电磁耐受性测试。同时，对无线通信业务能力进行测试，判断无线通信业务是否受到现场环境的影响。测试步骤如下：1）使用无线信号模拟器模拟手机及基站的各个工作频段，其中包含Nu-WiFi产品的工作频段（2.4GHz、5.2GHz及5.8GHz）。2）测试设备和受测设备均保持正常的工作状态，用场强探测仪检查现场的无线电场，根据现场无线信号场强的实测情况，判断是否需要进行该区域的全频扫频工作以排除其他无线信号干扰，并记录该区域背景噪声。3）信号模拟器的干扰信号经功率放大器放大后，由干扰天线发出，干扰天线与受测设备的辐射敏感中心位置保持同一高度，与受测设备保持50cm测试距离，干扰天线分为垂直和水平两种极性对受测设备施加电磁干扰，受测设备接收到的信号强度为100mW。4）观察受测设备的工作状态。5）若受测设备出现异常，则降低发射功率，直至找出临界干扰功率。
5总结
DTW系统作为核电厂通信系统的组成之一，与有线电话网配合使用，以满足核电站在正常运行和应急工况下的移动通信需求。目前，国内外核电站正在尝试使用并推广新一代无线通信系统以满足即时无线通信、数据传输，搭建物联网，建设智慧核电的需求。本文通过对田湾三期工程DTW系统功能组成、电磁兼容性分析及电磁兼容性试验的详细阐述，为其他电厂无线通信系统的应用提供技术参考。
作者:徐庆越 卢龙军 焦龙 单位:中核辽宁核电有限公司