核電站仿真機(jī)在首堆建設(shè)中的作用

曲 偉

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

0 引言

核電站仿真機(jī)通常被稱為模擬機(jī)（simulator），由于核行業(yè)的特殊性，安全在行業(yè)內(nèi)被提到尤其特別的高度，基于安全方面的需求，核電站仿真機(jī)除了要滿足人員培訓(xùn)外，還衍生了其他需求。尤其是某一堆型首臺(tái)機(jī)組的模擬機(jī)，需執(zhí)行大量的程序驗(yàn)證等任務(wù)，對(duì)核電站有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 核電站模擬機(jī)的分類

1）原理模擬機(jī)：只針對(duì)某一堆型而非具體電廠；或者雖然與具體核電站關(guān)聯(lián)，但是軟、硬件功能不完整的模擬機(jī)。

2）工程分析模擬機(jī)：一般是核電站設(shè)計(jì)單位用來對(duì)電站設(shè)計(jì)方案進(jìn)行基礎(chǔ)的仿真驗(yàn)證；對(duì)核電站控制相關(guān)的儀控系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)及其控制常數(shù)和保護(hù)定值進(jìn)行驗(yàn)證、優(yōu)化；對(duì)核電站在各類不同工況的運(yùn)行和安全情況進(jìn)行分析。

3）驗(yàn)證模擬機(jī)：對(duì)核電站系統(tǒng)尤其是核島系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)執(zhí)行電站儀控系統(tǒng)有效性驗(yàn)證、電站控制室人機(jī)界面設(shè)計(jì)驗(yàn)證、電站運(yùn)行規(guī)程正確性驗(yàn)證等工作。

4）嚴(yán)重事故模擬機(jī)：用于模擬核電廠在事故時(shí)的響應(yīng)，尤其是核心的反應(yīng)堆和一回路冷卻劑的熱工水力特性，為核電站提供準(zhǔn)確的事故響應(yīng)模型。同時(shí)嚴(yán)重事故模擬機(jī)一般與核電站的事故后專家決策系統(tǒng)以及嚴(yán)重事故導(dǎo)則系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，從而為操縱員、核電站技術(shù)人員提供事故下各類場(chǎng)景演練，協(xié)助進(jìn)行安全研究和分析、制定核電站應(yīng)急計(jì)劃。2011 年福島核事故之后嚴(yán)重事故模擬機(jī)的重要性日益被重視，國(guó)內(nèi)外的核安全監(jiān)管部門都深刻反思了福島核事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并要求各核電站進(jìn)行改進(jìn)，這其中改善核電站模擬機(jī)尤其是增加嚴(yán)重事故模擬機(jī)是一個(gè)重要的建議項(xiàng)，目前嚴(yán)重事故模擬機(jī)正在逐漸成為國(guó)內(nèi)核電站的標(biāo)準(zhǔn)配置。

5）全范圍模擬機(jī)：以中華人民共和國(guó)能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《核電廠操縱人員培訓(xùn)及考試用模擬機(jī)》為指引性文件[1,2]，完整模擬核電機(jī)組控制室內(nèi)的各類操作和響應(yīng)，包括控制室內(nèi)的環(huán)境、硬件設(shè)施、軟件界面、電站響應(yīng)等，營(yíng)造與實(shí)際控制室完全相同的感官體驗(yàn)，使得學(xué)員產(chǎn)生身臨其境的培訓(xùn)感覺，從而完成核電廠操縱員培訓(xùn)和考試工作。

對(duì)核電站主要系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，具備擴(kuò)展電站工程應(yīng)用的能力，包括：核電站儀控系統(tǒng)驗(yàn)證、運(yùn)行/調(diào)試/事故規(guī)程驗(yàn)證、電站設(shè)計(jì)變更驗(yàn)證以及電廠的各類瞬態(tài)分析等。

能夠與嚴(yán)重事故模擬機(jī)對(duì)接，執(zhí)行電站嚴(yán)重事故工況分析和嚴(yán)重事故培訓(xùn)。

全范圍模擬機(jī)是所有核電站的標(biāo)準(zhǔn)配置，是核電站內(nèi)部培訓(xùn)設(shè)施的核心。以下內(nèi)容討論的范圍都局限于全范圍模擬機(jī)。

2 承擔(dān)核電站的培訓(xùn)重任

全范圍模擬機(jī)是核電站最重要的培訓(xùn)設(shè)施，其對(duì)核電站的主要作用是對(duì)操縱員進(jìn)行各種類型的培訓(xùn)以提高人員技能。操縱員的模擬機(jī)培訓(xùn)注重不同電廠工況下操縱員運(yùn)行能力的培養(yǎng)，以及各類預(yù)期故障下操縱員發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、應(yīng)對(duì)問題，并將核電站帶入安全狀態(tài)的能力。這一過程中模擬機(jī)必須對(duì)操縱員的動(dòng)作做出與機(jī)組一樣的響應(yīng)，對(duì)故障的模擬必須足夠真實(shí)。在操縱員培訓(xùn)過程中，負(fù)責(zé)機(jī)組運(yùn)行的操縱員必須在對(duì)應(yīng)模擬機(jī)上執(zhí)行培訓(xùn)和考試，以獲得核安全局頒發(fā)的上崗執(zhí)照。也就是說三門核電的AP1000 操縱員必須在三門核電的AP1000 模擬機(jī)上考試才有效，而不能在其他核電站進(jìn)行考試，這就要求每臺(tái)核電機(jī)組必須有對(duì)應(yīng)的模擬機(jī)，以保證操縱員能夠得到有效的培訓(xùn)。當(dāng)前階段國(guó)內(nèi)通常做法是每?jī)蓚€(gè)設(shè)計(jì)相同的反應(yīng)堆對(duì)應(yīng)一臺(tái)全范圍模擬機(jī)，這一方面是考慮了堆型的一致性要求，另外一方面也考慮了每臺(tái)機(jī)組所需操縱員人數(shù)的培訓(xùn)要求，基本上2 臺(tái)機(jī)組的操縱員培訓(xùn)負(fù)荷會(huì)占據(jù)1 臺(tái)模擬機(jī)的可用時(shí)間。

2.1 操縱員培訓(xùn)

操縱員是核電站內(nèi)負(fù)責(zé)電站運(yùn)行的人員，執(zhí)行操縱員培訓(xùn)和考試是核電站仿真機(jī)最基本的功能，操縱員培訓(xùn)的內(nèi)容主要分為初始培訓(xùn)和復(fù)訓(xùn)，其中初始培訓(xùn)面向的是從非操縱員培養(yǎng)為核電站操縱員的培訓(xùn)過程，復(fù)訓(xùn)面向的是執(zhí)照操縱員的技能強(qiáng)化，是已經(jīng)擁有操縱員執(zhí)照的人員每年進(jìn)行的技能重復(fù)性培訓(xùn)。由于核電行業(yè)極其重視安全相關(guān)內(nèi)容，所以要求操縱員必須得到最有效的培訓(xùn)，甚至對(duì)于模擬機(jī)與機(jī)組之間的細(xì)微差別都要進(jìn)行單獨(dú)的差異培訓(xùn)，以確認(rèn)學(xué)員清晰地知曉機(jī)組上的實(shí)際情況。

一般情況下，模擬機(jī)要優(yōu)先給操縱員安排培訓(xùn)，因?yàn)椴倏v員作為核電站的第一“責(zé)任人”承擔(dān)著核電站日常運(yùn)行的重任，其工作業(yè)績(jī)的優(yōu)劣直接關(guān)系到電站的經(jīng)濟(jì)效益和安全性。這其中首臺(tái)機(jī)組首批操縱員的培訓(xùn)是尤其重要的核電站節(jié)點(diǎn)。為了保證首堆裝料的需求，一般在裝料前1 年左右開始組織培訓(xùn)，三門核電作為世界首臺(tái)AP1000 機(jī)組，在裝料前5 年即開始開展操縱員模擬機(jī)培訓(xùn)，并在其后執(zhí)行了多輪復(fù)訓(xùn)，保證了操縱員的技能水平，裝料后三門核電極少發(fā)生人員技能不足的問題，很大程度上得益于充分有效的模擬機(jī)培訓(xùn)。

對(duì)三門核電這類新設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆堆型，由于沒有在運(yùn)行的反應(yīng)堆可供參考，操縱員無法通過在其他相同堆型的核電站實(shí)操而獲得足夠的工作經(jīng)驗(yàn)，只能通過在自身的模擬機(jī)上做足夠的演練和培訓(xùn)來提高操縱員能力，模擬機(jī)的作用顯得額外重要。

2.2 即時(shí)培訓(xùn)

即時(shí)培訓(xùn)（just-in-time training）是從歐美國(guó)家引進(jìn)的培訓(xùn)方式，是模擬機(jī)另一個(gè)重要的使用需求，與操縱員初始培訓(xùn)和復(fù)訓(xùn)不同，即時(shí)培訓(xùn)都是臨時(shí)安排的培訓(xùn)，具有培訓(xùn)時(shí)間短、培訓(xùn)后立即投入工作的特點(diǎn)。在操縱員培訓(xùn)中特別重視已經(jīng)發(fā)生的事件的經(jīng)驗(yàn)反饋，針對(duì)發(fā)生的事件在模擬機(jī)上設(shè)計(jì)專門的場(chǎng)景對(duì)操縱員進(jìn)行培訓(xùn)和鍛煉，包括其他堆型的事件同樣要進(jìn)行分析，并組織人力進(jìn)行充分培訓(xùn)。這種培訓(xùn)大部分以即時(shí)培訓(xùn)的方式執(zhí)行。即時(shí)培訓(xùn)的來源一般包括如下幾種：

第一種是事先預(yù)知要做某項(xiàng)操作，鑒于該操作的復(fù)雜性或者重要性，比如核電站啟動(dòng)主泵的重大操作，在執(zhí)行操作前對(duì)執(zhí)行人進(jìn)行強(qiáng)化培訓(xùn)，從而提高執(zhí)行人的熟練程度和信心。這類培訓(xùn)的目的主要是為了提升人員某一特定操作的能力，并領(lǐng)悟操作中可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)以及如何應(yīng)對(duì)。

第二種是核電廠發(fā)生了某個(gè)非常有借鑒意義的問題，這個(gè)問題對(duì)三門核電也存在警示或者教育意義，為了防止三門核電在執(zhí)行此類操作的時(shí)候發(fā)生同樣的問題，組織對(duì)執(zhí)行人進(jìn)行培訓(xùn)。這類培訓(xùn)的目的主要是通過學(xué)習(xí)負(fù)面事件，結(jié)合自身在模擬機(jī)上的實(shí)操演練，認(rèn)識(shí)到導(dǎo)致此類事件的原因并盡量在工作中避免。

即時(shí)培訓(xùn)與傳統(tǒng)培訓(xùn)不同，傳統(tǒng)培訓(xùn)注重向?qū)W員灌輸知識(shí)、技能，學(xué)員主要是被動(dòng)式學(xué)習(xí)，屬于大水漫灌；即時(shí)培訓(xùn)更重視學(xué)員在具體操作的時(shí)候熟悉問題、暴露問題、解決問題，學(xué)員的學(xué)習(xí)方式更為主動(dòng)，教員更多地在于觀察學(xué)員的操作，找到不當(dāng)之處并進(jìn)行指導(dǎo)糾正。即時(shí)培訓(xùn)對(duì)模擬機(jī)有很高的要求，培訓(xùn)中涉及到的內(nèi)容常常處于模擬機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)試過程中重點(diǎn)控制的性能范圍之外。

3 輔助電站進(jìn)行調(diào)試/試驗(yàn)規(guī)程驗(yàn)證

規(guī)程驗(yàn)證在兩個(gè)方面有利于核電站，一個(gè)是驗(yàn)證過程提高了人員技能，并了解到規(guī)程執(zhí)行過程中可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；另外一個(gè)是通過驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)規(guī)程中不合理的地方并加以改進(jìn)。

根據(jù)1991 年IAEA 發(fā)布INSAG-4《安全文化》中的描述，核電廠發(fā)生的任何問題在某種程度上都來源于人為的錯(cuò)誤，即所謂的人因失誤。在電力行業(yè)，人因失誤是安全生產(chǎn)的最大隱患。三門核電站采用世界最先進(jìn)的三代核電堆型AP1000，在設(shè)計(jì)上已經(jīng)非常完善，充分考慮了各種事件下的電站安全。這種情況下，能夠造成核電業(yè)績(jī)下降的最大殺手就是人因失誤[3]。

要減少人為錯(cuò)誤，一個(gè)重要的途徑就是加強(qiáng)人員技能鍛煉，所以在機(jī)組上執(zhí)行調(diào)試規(guī)程或試驗(yàn)之前，借助模擬機(jī)平臺(tái)進(jìn)行鍛煉，在實(shí)際執(zhí)行之前先模擬執(zhí)行一次，能夠大大提高人員對(duì)規(guī)程的熟悉程度，了解執(zhí)行過程中可能面臨的不確定性或風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，從而大大提升在實(shí)際執(zhí)行時(shí)的效率和正確率。同時(shí)在模擬機(jī)驗(yàn)證規(guī)程的過程中，由于執(zhí)行人會(huì)比較完整地對(duì)規(guī)程進(jìn)行執(zhí)行，并觀察模擬機(jī)響應(yīng)，這一工作會(huì)對(duì)規(guī)程本身進(jìn)行完整驗(yàn)證，通過對(duì)比規(guī)程編制人預(yù)想的電站響應(yīng)和實(shí)際的模擬機(jī)響應(yīng)，能夠發(fā)現(xiàn)其中步驟不合理、邏輯錯(cuò)誤、執(zhí)行時(shí)間不足的地方，并對(duì)規(guī)程加以改進(jìn)。

4 探路先鋒，積累經(jīng)驗(yàn)

由于三門核電模擬機(jī)軟硬件平臺(tái)配置與實(shí)際反應(yīng)堆一致，而模擬機(jī)投運(yùn)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于實(shí)際機(jī)組，在這段時(shí)間中，通過模擬機(jī)的使用積累了大量的軟硬件配置方面的問題，這些問題對(duì)于電站機(jī)組同樣有重要的價(jià)值。

即使在機(jī)組投運(yùn)之后，模擬機(jī)依然在很多方面走在機(jī)組前面，承擔(dān)探路先鋒的作用。

5 應(yīng)急演習(xí)

按照監(jiān)管當(dāng)局的要求，核電站需定期執(zhí)行應(yīng)急演習(xí)，保證全廠的應(yīng)急處置能力。演習(xí)過程中需要向應(yīng)急指揮中心實(shí)時(shí)發(fā)送機(jī)組數(shù)據(jù)。由于在運(yùn)行狀態(tài)下機(jī)組處于穩(wěn)定狀態(tài)，無法提供諸如停堆、事故的數(shù)據(jù)，需要模擬機(jī)代替機(jī)組，給應(yīng)急指揮中心發(fā)送演習(xí)預(yù)案中涉及到的電站工況數(shù)據(jù)，從而保證演習(xí)工作的順利執(zhí)行。

從三門核電1 號(hào)機(jī)組調(diào)試以來，全范圍模擬機(jī)承擔(dān)了所有的應(yīng)急演習(xí)數(shù)據(jù)源工作，這對(duì)培養(yǎng)、鍛煉全球首臺(tái)AP1000 機(jī)組運(yùn)維人員的應(yīng)急處置能力有著重大的作用。

6 結(jié)束語

對(duì)核電站來說，首堆建設(shè)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，面臨著巨大的挑戰(zhàn)，在這一過程中，全范圍模擬機(jī)作為操縱員培訓(xùn)的重要設(shè)施，不僅為核電站培養(yǎng)優(yōu)秀的操縱員，還能夠輔助電站執(zhí)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證、規(guī)程驗(yàn)證，對(duì)工作的經(jīng)驗(yàn)積累，承擔(dān)開路先鋒的作用，具有重大的積極意義。