核電廠基于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的嚴(yán)重事故管理平臺(tái)

李小龍， 劉德懿， 孔 琳

（1.中核核電運(yùn)行管理有限公司， 浙江 嘉興 314300； 2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心， 北京 100044）

0 引言

2011 年3 月11 日， 日本發(fā)生9 級(jí)大地震并引發(fā)海嘯，強(qiáng)烈的地震和海嘯造成福島第一核電站多機(jī)組、長(zhǎng)時(shí)間的全廠斷電和喪失最終熱阱。 最終導(dǎo)致福島核電站多機(jī)組發(fā)生嚴(yán)重事故，大量放射性物質(zhì)外泄。日本福島核事故發(fā)生之后，秦山核電對(duì)嚴(yán)重事故管理日趨重視。 但是，現(xiàn)階段嚴(yán)重事故管理依然存在不足之處： 嚴(yán)重事故下部分遠(yuǎn)離事故機(jī)組的應(yīng)急組織信息獲取效率低下， 且有一定的延遲，時(shí)效性有待提高；嚴(yán)重事故管理和緩解措施的實(shí)施往往在極其嚴(yán)苛的條件下進(jìn)行的， 對(duì)導(dǎo)則評(píng)估人員造成較大壓力，加劇了人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其評(píng)估能力提出了較高的挑戰(zhàn)；對(duì)于堆型不同的多堆廠址，應(yīng)對(duì)多機(jī)組同時(shí)發(fā)生嚴(yán)重事故能力有待提高； 嚴(yán)重事故日常培訓(xùn)與演習(xí)方式單一，培訓(xùn)與演練效果差。

因此，為了解決現(xiàn)階段存在的不足，秦山核電需要開(kāi)發(fā)一套嚴(yán)重事故管理工具，完善事故管理體系，提升事故管理水平[1]。

1 機(jī)組多渠道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

圖1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Fig.1 Real-time monitoring

通過(guò)梳理秦山核電現(xiàn)階段機(jī)組監(jiān)測(cè)手段，可用于相關(guān)應(yīng)急專業(yè)組的監(jiān)測(cè)途徑包括PI 系統(tǒng)和EM 系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)具備從機(jī)組讀取參數(shù)的功能，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。PI 系統(tǒng)能夠讀取機(jī)組大部分參數(shù)，且讀取頻率較快，滿足實(shí)時(shí)了解機(jī)組狀態(tài)的要求。 但是，PI 系統(tǒng)是利用辦公用局域網(wǎng)來(lái)傳輸數(shù)據(jù)， 不具備應(yīng)急功能， 在事故工況下無(wú)法保證其可用性。 EM 系統(tǒng)屬于應(yīng)急支持系統(tǒng)，具備9 臺(tái)機(jī)組嚴(yán)重事故關(guān)鍵參數(shù)， 數(shù)據(jù)庫(kù)與服務(wù)器具備UPS 供電， 系統(tǒng)可靠性高。 但是也存在不足之處，數(shù)據(jù)量較小，讀數(shù)更新慢。 因此， 通過(guò)整合PI 系統(tǒng)和EM 系統(tǒng)兩套數(shù)據(jù)源， 秦山核電9 臺(tái)機(jī)組共梳理出1000余個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)，建立機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊。在嚴(yán)重事故管理專家支持系統(tǒng)專用服務(wù)器上建立數(shù)據(jù)庫(kù)， 每隔5 秒讀取一次PI系統(tǒng)和EM 系統(tǒng)中的嚴(yán)重事故關(guān)鍵參數(shù)，并將這些參數(shù)傳送給對(duì)應(yīng)機(jī)組客戶端。在各機(jī)組的客戶端上，參數(shù)以多畫(huà)面的形式展現(xiàn)給事故管理人員，包括二維流程簡(jiǎn)圖、參數(shù)總覽、趨勢(shì)圖等。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)源可在PI 系統(tǒng)與EM 系統(tǒng)中自動(dòng)切換，也可以手動(dòng)選擇，兼顧了嚴(yán)重事故下數(shù)據(jù)源的冗余性、安全性和高效性。 通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊， 遠(yuǎn)離主控室的各應(yīng)急組織可以及時(shí)了解機(jī)組最新?tīng)顟B(tài)， 提高事故決策的時(shí)效性。

2 智能化嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則

在核電廠中， 對(duì)嚴(yán)重事故的管理依據(jù)嚴(yán)重事故導(dǎo)則來(lái)具體實(shí)現(xiàn)。 通過(guò)建立可視化操作界面，將嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則與應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程（EOP）的接口和相互關(guān)系清晰展示，準(zhǔn)確把握事故進(jìn)展階段。 為診斷流程圖（DFC）和嚴(yán)重威脅狀態(tài)樹(shù)（SCST）增加邏輯判斷功能。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊自動(dòng)采集到的機(jī)組關(guān)鍵參數(shù)與DFC 和SCST 中的導(dǎo)則入口條件進(jìn)行對(duì)比， 自動(dòng)識(shí)別超限參數(shù)并報(bào)警，提示導(dǎo)則評(píng)估人員選擇相應(yīng)的嚴(yán)重事故緩解策略進(jìn)行嚴(yán)重事故處理。 診斷流程圖和嚴(yán)重威脅狀態(tài)樹(shù)分別對(duì)應(yīng)了若干份嚴(yán)重事故導(dǎo)則和嚴(yán)重威脅導(dǎo)則，每份導(dǎo)則均實(shí)現(xiàn)電子化。 導(dǎo)則評(píng)估人員根據(jù)智能化的執(zhí)行向?qū)У闹敢?，?duì)執(zhí)行當(dāng)前策略的目的、使用范圍、可用手段、正負(fù)面影響、限制條件和長(zhǎng)期關(guān)注等內(nèi)容進(jìn)行逐一評(píng)估。 評(píng)估完成后，系統(tǒng)將生成嚴(yán)重事故緩解對(duì)策單。 根據(jù)之前評(píng)估過(guò)程， 嚴(yán)重事故緩解對(duì)策單中將自動(dòng)生成超限參數(shù)數(shù)值、緩解行動(dòng)策略、負(fù)面影響評(píng)估、緩解行動(dòng)限制條件以及需要長(zhǎng)期關(guān)注等內(nèi)容。 對(duì)策單經(jīng)最終批準(zhǔn)后， 提供給運(yùn)行人員執(zhí)行事故緩解措施。 評(píng)估過(guò)程中使用的計(jì)算輔助（CA）同樣也實(shí)現(xiàn)了智能化。 計(jì)算輔助是電廠相關(guān)參數(shù)的曲線圖，用于在診斷過(guò)程提供部分不能直接從電廠儀表得到的信息及回答各個(gè)導(dǎo)則中提出的某些問(wèn)題。 通過(guò)圖形化的計(jì)算輔助， 機(jī)組的實(shí)時(shí)參數(shù)能直接反映在計(jì)算輔助的圖表中， 導(dǎo)則評(píng)估人員可方便快捷地得到所需要的計(jì)算結(jié)果， 為事故緩解手段的決策提供計(jì)算依據(jù)[2]。

圖2 智能嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則Fig.2 Intelligent SAMG

3 事故預(yù)測(cè)分析模塊

事故預(yù)測(cè)分析模塊建立了各堆型熱工水力模型，利用先進(jìn)的一體化嚴(yán)重事故計(jì)算程序， 預(yù)設(shè)常見(jiàn)的事故始發(fā)事件，包括全廠失電（SBO）、可自定義破口尺寸的LOCA、蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂、喪失給水和各類專設(shè)安全設(shè)施故障等。 通過(guò)自定義事故假設(shè)條件， 自由組合事故類型，達(dá)到模擬事故發(fā)展進(jìn)程的目的。 事故預(yù)測(cè)模塊還具備實(shí)時(shí)干預(yù)功能， 即在預(yù)測(cè)計(jì)算過(guò)程中通過(guò)可視化的界面動(dòng)態(tài)插入新的故障或者緩解措施， 并基于當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)向前預(yù)測(cè)分析，從而改變事故進(jìn)程，使其更符合實(shí)際使用需求。 由于嚴(yán)重事故計(jì)算程序具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠在短短幾分鐘內(nèi)計(jì)算出未來(lái)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天的事故發(fā)展方向。 改變了過(guò)去技術(shù)人員僅憑經(jīng)驗(yàn)推測(cè)事故發(fā)展方向的模式，通過(guò)自身經(jīng)驗(yàn)結(jié)合計(jì)算機(jī)理論計(jì)算結(jié)果，事故管理人員可以更加準(zhǔn)確預(yù)測(cè)事故進(jìn)程， 評(píng)估緩解措施的負(fù)面影響與有效性。

圖3 三維模擬Fig.3 3D Simulation

4 網(wǎng)絡(luò)化布局

由于秦山核電機(jī)組數(shù)量眾多，堆型豐富，且技術(shù)差別較大，各生產(chǎn)單元之間地域分散，多機(jī)組嚴(yán)重事故管理難度較大。 集合9 臺(tái)機(jī)組為一體的嚴(yán)重事故管理專家支持系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)9 臺(tái)機(jī)組同時(shí)在線監(jiān)測(cè)，為各應(yīng)急組織提供最新的機(jī)組狀態(tài)，便于統(tǒng)籌規(guī)劃。嚴(yán)重事故管理專家支持系統(tǒng)由服務(wù)器軟件和客戶端軟件兩部分組成。 服務(wù)器軟件布置在應(yīng)急控制中心的技術(shù)支持室， 由應(yīng)急供電系統(tǒng)保證其事故工況下的正常供電。 服務(wù)器主要負(fù)責(zé)對(duì)客戶端軟件的管理、電廠數(shù)據(jù)的采集、事故預(yù)測(cè)的后臺(tái)計(jì)算和場(chǎng)景庫(kù)的管理。 客戶端軟件安裝在各應(yīng)急組織就位點(diǎn)，用于反應(yīng)堆監(jiān)測(cè)、嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則評(píng)估和事故預(yù)測(cè)。在服務(wù)器軟件與客戶端軟件上開(kāi)發(fā)了通訊接口，通過(guò)秦山核電內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了分布式布置，統(tǒng)一管理的模式。鑒于秦山核電應(yīng)急組織特定， 嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則評(píng)估工作由位于應(yīng)急控制中心的技術(shù)支持組和位于各電廠技術(shù)支持中心的電廠技術(shù)組完成。統(tǒng)一管理為應(yīng)急控制中心和技術(shù)支持組統(tǒng)籌考慮9 臺(tái)機(jī)組情況， 做出最佳應(yīng)急資源調(diào)配提供充分保障。 分布于各電廠的系統(tǒng)則保證各技術(shù)組專注于本電廠的事故緩解措施。

5 多樣化事故模擬場(chǎng)景

為滿足嚴(yán)重事故培訓(xùn)與演習(xí)需求，嚴(yán)重事故專家支持系統(tǒng)設(shè)置了演習(xí)模式。可自定義常見(jiàn)的嚴(yán)重事故類型，通過(guò)嚴(yán)重事故計(jì)算程序，將整個(gè)事故序列計(jì)算并保存。將保存的事故序列回放，實(shí)現(xiàn)事故場(chǎng)景再現(xiàn)。演習(xí)過(guò)程中的新插入故障和事故緩解措施均可以通過(guò)實(shí)時(shí)干預(yù)手段實(shí)現(xiàn)。在演習(xí)模式下，情景庫(kù)管理還具備手動(dòng)修改參數(shù)功能，以達(dá)到某些特定演習(xí)的需求， 考驗(yàn)參演人員處理該項(xiàng)威脅的應(yīng)對(duì)能力。嚴(yán)重事故的進(jìn)程根據(jù)不同的始發(fā)事件，有較大的差別， 如壓水堆中一回路大破口事故在發(fā)生后數(shù)小時(shí)壓力容器可能已經(jīng)熔穿， 而小破口事故時(shí)間要長(zhǎng)很多。因此事故序列回放增加了任意倍數(shù)加速功能，解決了演習(xí)與真實(shí)事故之間的時(shí)間差問(wèn)題。在客戶端軟件中針對(duì)演習(xí)模式開(kāi)發(fā)了多角色管理模式。 針對(duì)不同的角色支持不同的操作與顯示界面，保證演習(xí)順利進(jìn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

嚴(yán)重事故管理專家支持系統(tǒng)建立了一套具備國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)的嚴(yán)重事故處理程序，科學(xué)的指導(dǎo)技術(shù)人員應(yīng)對(duì)嚴(yán)重事故，協(xié)助應(yīng)急控制中心進(jìn)行嚴(yán)重事故診斷和管理決策，提升了核電廠嚴(yán)重事故管理能力。通過(guò)使用該系統(tǒng)，事故管理人員能夠第一時(shí)間掌握機(jī)組信息，大量減少因信息溝通繁瑣耽誤的時(shí)間，導(dǎo)則評(píng)估人員可減少手動(dòng)翻閱導(dǎo)則，避免了手寫(xiě)決策單的繁瑣工作量和人因失誤風(fēng)險(xiǎn)，為事故決策節(jié)省約20%時(shí)間。決策的高效性是事故緩解的重要因素。利用智能化的嚴(yán)重事故管理導(dǎo)則和事故預(yù)測(cè)功能，導(dǎo)則評(píng)估人員可以更加準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)組狀態(tài)，減輕其工作壓力，提高緩解措施的準(zhǔn)確性。 對(duì)于多機(jī)組嚴(yán)重事故，網(wǎng)絡(luò)化的管理平臺(tái)為嚴(yán)重事故處置提供了有力支持，為秦山核電多機(jī)組嚴(yán)重事故管理奠定了基礎(chǔ)。