本文結合水下機器人（ROV）在陽江核電廠取水口海生物監測中的應用實例，介紹了ROV的原理、系統組成、主要功能、作業流程，總結出國產水下機器人（ ROV）用于核電廠冷源取水口海生物監測的優勢，同時展望水下機器人在我國核電行業應用的廣闊前景。

0 引言

陽江核電廠位于廣東省陽江市，核準建設六臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。該機組是國家“十一五”規劃重點能源建設項目，采用我國自主品牌的CPR1000及其改進型技術，主要由壓水反應堆、反應堆冷卻劑系統（簡稱一回路）、蒸汽和動力轉換系統（簡稱二回路）、循環水系統（簡稱三回路）、發電機和輸配電系統及其輔助系統組成。其中，循環水系統主要用來為冷凝器提供冷卻水，即三回路為二回路提供冷源。

陽江核電廠冷源配置主要包括進水明渠（6臺機組共用）、進水明渠攔污設施、循環水過濾系統（CFI）、重要廠用水系統（SEC）、循環水系統（CRF）、輔助冷卻水系統（SEN）、循環水處理系統（CTE）以及海水水質監測系統。其中，循環水過濾系統（CFI）入水口是核電廠核島、常規島冷源的取水口，每臺機組的CFI系統從進水明渠取水，向下游安全級系統SEC和非安全級系統CRF/ CTE提供冷卻水。CFI系統入口處設有粗格柵、細格柵和鼓型旋轉濾網，確保常規島的循環水系統及重要廠用水系統的過濾功能，并阻止海生物和污物經由海水夾帶進入聯合泵站和各冷卻系統；同時，將次氯酸鈉通過安裝在粗格柵和細格柵之間的加氯框加入海水流道中，以防止細小的海生物進人系統后生長繁殖。由于CFI細格柵柵條間距為50mm，對于海水中小于50mm的細小海生物（如毛蝦、棕囊藻、夜光藻等）幾乎無過濾作用，這些細小海生物將直接進入鼓網，而CFI鼓網的過濾精度是3mm，如CFI系統有大量3～50mm海生物入侵時，特別是一些不明軟體海生物大量聚集時，可能會堵塞鼓網致使鼓網壓差高和CRF泵跳閘，凝汽器將失去大量冷卻水。電廠冷源一旦喪失，將直接導致機組非計劃停機停堆。

2014年以來，中廣核集團內各核電基地相繼發生了多起較為嚴重的海生物侵襲電廠冷源取水口事件，如紅沿河核電廠水母入侵、嶺澳核電廠海蝦入侵、寧德核電廠海地瓜入侵、防城港核電廠棕囊藻入侵等；在國外此類冷源事件也時常發生，比如Torness /St.Lucie /Diablo /Canyon核電廠水母入侵、Ulchin電廠蝦群入侵等，以上冷源事件均已經嚴重威脅到機組安全穩定運行。當前，核電廠在面對不明海生物入侵時，除了增設攔截網和采取人工打撈等方式，并未尋找到更好的解決應對辦法，形勢十分嚴峻。鑒于此情況，為確保陽江核電廠循環水取水安全，最大限度地減少或避免海生物入侵導致機組停運帶來的巨大經濟損失，通過市場調研首次采用了一款國產水下機器人（ROV）對進水明渠內海生物情況進行不定期監測，并成功參與到冷源應急行動，在取水口海生物入侵預警監測中發揮了關鍵性作用。

1 水下機器人（ ROV）簡介

水下機器人分為有纜水下機器人和無纜水下機器人，其中有纜水下機器人全稱為水下遙控運載器（Remotely Operated Vehicles，簡稱ROV），是一種具有智能功能的水下潛器，目前廣泛應用于海洋環境監測、油氣勘探與開采、海洋考察、海洋搜救、海底探測和水庫堤壩檢修等方面。

ROV基本組件是水下潛器、臍帶纜和控制器以及相應的外圍傳感器等組成，水下潛器可搭載多種傳感器，由水上控制單元通過臍帶纜向水下潛器提供動力和控制信號，同時水下潛器也通過其向控制單元發回各種訊息，并將各種傳感器采集到的水下信息、圖像等在控制臺顯示。

ROV是一種技術密集性高、系統性強的設備，涉及到的專業學科多達幾十種，主要包括仿真、智能控制、水下目標探測與識別、水下導航（定位）、通信、能源系統等六大技術。ROV按照其作業能力或規模可分為觀察型ROV和作業型ROV。我們本次引進的水下機器人主要是用于取水口海生物監測，屬于觀察型ROV。

2 水下機器人主要性能指標

根據前期調研情況及進水明渠結構，本文引進的水下機器人為LBF-150型微型開架式水下機器人，體積約為450mm×290mm×220mm，包括潛器、臍帶纜、控制箱等3大組成部分（圖1）。ROV前后各配備有廣角攝像頭和四個大功率無刷推進器，前進速度3節以上，運動靈活，可潛至水下150m。

圖1LBF-150型水下機器人（ROV）

圖1.1LBF-150型水下機器人下水照片

2.1潛器

2.2臍帶纜

2.3控制箱

3 水下機器人實際應用

陽江核電廠取水口處的前池明渠寬度為130m，渠口底標高為-9.00m，斷面為復式倒梯形，進水明渠的取水流速約為0.4m/s。當接到電廠應急指揮部執行海生物監測任務時，水下機器人通過水上控制設備在2號機組取水口的前池明渠內航行，通過攜帶的彩色攝像機對前池海生物進行監測，同時水面操控人員對監測情況進行判斷和記錄。根據現場發現的海生物狀況，如有大量海生物時，及時匯報冷源小組和主控室，為冷源應急行動提供決策依據。本文以2015-2016年陽江核電廠取水口兩次蝦群入侵事件為例，對水下機器人應用情況進行詳細說明。

3.1事件背景

2015年11月26日和2016年1月9日，陽江核電廠先后發生了兩次蝦群入侵取水口事件，造成了Y2CFI031/ 032TF多次切換至中速運行模式，持續時間均達半個月以上，對機組安全穩定運行產生了不良影響。這兩次海生物入侵取水口物種均為中國毛蝦（見圖2），體長1～4cm，是一種生長迅速、生命周期短、繁殖力強、世代更新快、游泳能力弱的小型蝦類，在生態習性上屬于浮游動物類群，隨潮流推移而游動于沿岸。該類毛蝦體形小，游泳能力弱，極易進入核電廠取水口堵塞鼓型濾網。

圖2中國毛蝦

3.2ROV監測準備過程

1）設備進場前準備。首先連接系統，系統連接之前應當保持關機狀態，并檢查各個連接頭是否完好。連接順序為先連接下位機（潛器）連接頭，然后連上U型扣，最后跟控制箱相連。完成連接后開機檢查設備是否有合適電量，當電量低于20%時推薦進行充電，當電量低于10%時必須充電；如電池電量不足時，可以使用220V車載電源直接充電，充電過程中不影響現場使用。同時，考慮現場作業電源、設備擺放空間、環境監測車布置方式等作業配套具體細節，前期主要工作包括清理作業現場（在建GIL大橋）阻礙環境監測車通行的鋼筋、鋼板和木板等，并為水下設備的擺放騰出空地。

2）ROV設備下水作業。ROV準備就緒后，要進行ROV設備水上測試，再次檢查水下機器人運行狀況。先將ROV、臍帶纜、主控制系統、工作電源等線路連接好，其中ROV控制箱布置在環境監測車內，然后開機檢查各項參數是否運行正常，確認無誤后方可下水作業。下水時可直接通過人工拽住臍帶纜將ROV垂直下放至水面上（無需吊車裝吊下水），經過簡單測試后，可開始下潛進行水下探測工作。

圖3ROV監測蝦群畫面

3.3ROV監測實施過程

為監測掌握取水口前池海生物的整體情況，水下機器人先從水流中部下水，潛至底部后，然后分別向左、右行駛，航行過程中控制箱自動全程錄像。通過實時視頻或截取錄制視頻，可以清晰觀察到水下海生物情況，見圖3。ROV監測屏幕顯示，2016年1月11日23：14，取水口前池未見蝦群，而到2016年1月11日23：55，取水口前池有大量蝦群入侵。此時環境監測人員立即通報主控室和冷源小組關于取水口前池蝦群情況，主控室啟動CFI鼓網手動切換至中速運行并保持雙反沖洗泵沖洗，盡力確保毛蝦不附著在鼓網上面，使鼓網壓差維持在合理水平；同時，冷源小組應急值班人員安排增加漁船，加大人工打撈力度，以降低取水口蝦群數量，確保機組安全運行。

在上述行動中，當取水口前池ROV監測到蝦群較多時，如果等待機組判斷執行啟動CFI鼓網手動切換至中速運行模式操作遲緩，則自動啟動CFI中速電機（CFI中速電機會自動啟動條件是：壓差升高至0.1m），這表明大量蝦群已經入侵并堆積取水口。這種情況很有可能在短短幾分鐘內致使鼓網壓差迅速升高和CRF泵全部跳閘，凝汽器將失去大量冷卻水，導致機組停機停堆，將會造成不可挽回的巨大經濟損失。所以，采用ROV對核電廠取水口海生物進行實時監測，特別是蝦群入侵期間進行跟蹤監測，對保障機組安全運行是十分必要的。

3.4ROV監測海生物應用優點

核電廠首次使用水下機器人進行取水口海生物監測，為冷源應急行動提供了可靠依據；特別是在近期兩次大規模蝦群入侵核電廠取水口事件中，ROV發揮了巨大作用，為企業挽回了潛在的巨額經濟損失，功不可沒。

總結水下機器人優勢主要體現在：

1）ROV設備自帶能源，搭載大容量電池，不用交流電可工作4小時左右，改變了大部分野外均無法提供交流電使用的局面，大大方便了現場使用。

2）ROV可在現場水流條件下進行全方位實時監測，同時還可以檢查進水明渠攔污網破損情況，徹底改變了潛水員必須下水檢查的局面，大大降低了工作風險，節約了人力成本。

3）ROV在監測海生物時，控制界面中文顯示，操作方便，視頻清晰度優勢明顯，可以很直觀地看清水下海生物情況，同時還可以視頻錄像，完全滿足現場監測需求。

4）通過ROV對蝦群入侵跟蹤監測，工作人員很好地掌握了蝦群入侵時間規律，積累了豐富經驗。同時，ROV在改進進水明渠細目網布設方式、評估攔蝦效果等方面也發揮了積極作用。

5）相比國外設備，目前使用的此款水下機器人小巧易攜帶、性價比高，免去進口設備維修返廠手續繁雜，維修周期長等問題，不會影響使用。同時，國內廠家承諾設備故障2小時內響應，24小時發出備用機，3天提出解決方案，在售后服務方面有較好保障。

4 結論

水下機器人（ROV）作為一種纜控水下探測工具，集結構緊湊、便于操作、小巧易攜帶、安全度高、經濟性強等優勢于一體，在陽江核電廠冷源取水口海生物監測中發揮了積極作用，為我國濱海核電廠海生物入侵預警監測提供了一個全新的解決方案與思路。未來，相信水下機器人一定會在類似（核）電廠充分發揮其巨大優勢，為機組安全穩定運行提供更好的技術服務。