“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)優(yōu)化設計

郭 猛，楊 萌，王 碩

（中國核電工程有限公司 北京核工程研究設計院儀控設計所，北京 100083）

0 引言

“華龍一號”是中核集團根據(jù)福島核事故經(jīng)驗反饋以及中國和全球最新安全要求，研發(fā)的先進百萬千瓦級壓水堆核電技術，具有完全自主知識產(chǎn)權的三代壓水堆核電創(chuàng)新成果?！叭A龍一號”在安全性上滿足國際最高安全標準要求。因此，“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)也對機柜抗震性、系統(tǒng)網(wǎng)絡安全等級保護級別等提出了更高的要求[1-3]。

圖1 華龍一號應急輔助決策系統(tǒng)架構圖Fig.1 HPR1000 emergency aid decision system architecture diagram

目前，已經(jīng)運行的核電廠對應急輔助決策系統(tǒng)的機柜均無抗震要求。但是根據(jù)NNSA-HAJ-00012-2017《核動力廠場內(nèi)應急設施設計準則》8.4小節(jié)的要求，應急輔助決策系統(tǒng)中的服務器及其配套UPS供電設備需要滿足在地震條件（SL-2）下的可用性。因此，“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)機柜需滿足相應的抗震要求。同時，“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)需要滿足網(wǎng)絡安全等級保護三級的要求，而目前現(xiàn)場在運行的應急系統(tǒng)大多只滿足等保二級的要求。

對此，對“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)的機柜抗震能力進行多項優(yōu)化設計。對于等保三級的要求，根據(jù)縱深防御的理念，在邊界防護、通信防護、主機防護和安全管理中心等多個方面進行了優(yōu)化設計。同時，為了對應急指揮決策提供強有力的技術支持，將“華龍一號”核電廠三維模型與地理信息系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)集核電廠應急設施、應急撤離路線、人員清點、應急集合點等應急資源于一體的應急資源一張圖等功能。

1 華龍一號應急輔助決策系統(tǒng)總體架構及功能要求

1.1 總體架構

華龍一號應急輔助決策系統(tǒng)通過接口服務器接收包括DCS系統(tǒng)、模擬機系統(tǒng)、環(huán)境輻射和氣象監(jiān)測系統(tǒng)、外部氣象數(shù)據(jù)系統(tǒng)、廠區(qū)出入口控制系統(tǒng)等第三方系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)；應急專網(wǎng)將接口服務器與實時服務器、應用服務器、數(shù)據(jù)服務器、專用系統(tǒng)服務器和傳真服務器相連接并進行數(shù)據(jù)傳遞；外部系統(tǒng)與應急專網(wǎng)之間通過網(wǎng)閘或防火墻等隔離裝置進行隔離。

1.2 系統(tǒng)主要功能

見圖2。

圖2 應急輔助決策系統(tǒng)主要功能Fig.2 The main function of emergency aid decision system

圖3 服務器專用托盤Fig.3 Server dedicated tray

圖4 抗震支架設計Fig.4 Seismic support design

2 “華龍一號”新設計要求

2.1 系統(tǒng)機柜抗震設計

為加強“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)機柜的抗震能力，進行了多處優(yōu)化設計，比如采用在機柜內(nèi)部設計了服務器專用托盤，以固態(tài)硬盤代替機械硬盤，優(yōu)化支架設計等多項措施。

2.1.1 服務器專用托盤

機柜內(nèi)部服務器設計了專用托盤（如圖3所示），其主要由深度為720mm的帶散熱孔托盤及抱箍組成。其中，抱箍可根據(jù)服務器的高度（1U/2U）進行調(diào)整，其作用是保護服務器在發(fā)生地震等極端工況時減少過大振動，從而使整個柜體在地震時的功能完整性得到滿足。

2.1.2 架空地板支架抗震設計

由于服務器不用于核島內(nèi)的機柜安裝，其安裝在了架空地板上面。為了保證抗震性能，將架空地板中的支架也做了抗震設計，其主要由21根GB/T7007槽鋼組成，同時為了滿足抗震要求，其內(nèi)部在槽鋼焊接處增加了12個三角形加強片，最后又分別設計了8個055和4個301支撐架，以進一步增加支架的縱向支撐力。

2.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡安全設計

“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)需滿足信息安全等級保護三級的要求。為滿足等保三級的要求，本文在邊界防護、通信防護、主機防護和安全管理中心等多個方面進行了優(yōu)化設計。

2.2.1 網(wǎng)絡安全防護示意圖

見圖5。

圖5 應急系統(tǒng)網(wǎng)絡安全防護策略結構示意圖Fig.5 Schematic diagram of the network security protection strategy structure of the emergency system

2.2.2 邊界防護

應急輔助決策系統(tǒng)與外系統(tǒng)間通過隔離網(wǎng)閘和工業(yè)防火墻進行隔離。應急輔助決策系統(tǒng)在網(wǎng)絡風險較高的網(wǎng)絡邊界部署入侵檢測服務器，用于防范系統(tǒng)外部發(fā)起的網(wǎng)絡攻擊行為。當檢測到攻擊行為時，記錄攻擊源IP、攻擊目標、攻擊時間和攻擊類型。

在應急輔助決策系統(tǒng)邊界部署日志審計服務器和運維堡壘機，對重要用戶行為和安全事件進行審計，并對審計記錄進行保護和定期備份。

2.2.3 通訊防護

應急輔助決策系統(tǒng)內(nèi)部的通信協(xié)議采取校驗技術或其他措施確保通信數(shù)據(jù)的完整性和保密性。

采用旁路鏡像的方式對應急輔助決策系統(tǒng)內(nèi)的重要網(wǎng)絡節(jié)點進行審計，范圍覆蓋全部網(wǎng)絡流量。對重要的用戶行為、設備（服務器、主機類設備）和重要安全事件進行審計。

2.2.4 主機防護

對于服務器、主機類設備安裝主機防護軟件進行防護，同時對于移動存儲介質(zhì)進行綁定授權管理。

2.2.5 安全管理中心

應急輔助決策系統(tǒng)設置安全管理中心，對網(wǎng)絡安全防護策略、邊界防護、通信加固和主機防護等設備實施統(tǒng)一管理的平臺，用于集中顯示網(wǎng)絡安全設備狀態(tài)，管控網(wǎng)絡安全設備，集中管理網(wǎng)絡安全事件。

2.2.6 其他

對于短信平臺、傳真、移動終端類通訊設備，除了應急輔助決策系統(tǒng)側的防護措施外，通過相應的網(wǎng)絡依托平臺（廠區(qū)通信網(wǎng)或運行商網(wǎng)絡）安全特性進行通信防護。

3 系統(tǒng)主要功能設計優(yōu)化

3.1 “華龍一號”核電廠三維模型設計

本文對“華龍一號”核電廠進行了三維模型設計，設計前期前往福清5號機組（“華龍一號”首臺發(fā)電運行機組）進行實景拍攝，最大效果的真實還原“華龍一號”核電廠主要建筑物，本文設計的三維模型如圖6所示。

圖6 “華龍一號”核電廠三維模型設計Fig.6 HPR1000 3D model design

3.2 應急資源一張圖

應急資源一張圖包含核電廠二維及三維GIS服務，在GIS地圖中可以直觀顯示如下信息：

◇ 各應急集合點及各區(qū)域的位置及集合清點情況。

◇ 應急車輛位置的變化。

◇ 監(jiān)測點的空間布置情況及監(jiān)測點的數(shù)據(jù)。

◇ 視頻監(jiān)控點的空間布置情況及查看視頻畫面。

◇ 應急資源信息，包括車站、學校、醫(yī)院、應急設施及其設備等。

◇ 應急撤離路線。

◇ 不同核素的廠內(nèi)污染物濃度場及風場顯示。

3.3 工藝監(jiān)控畫面

應急系統(tǒng)以相關工藝畫面的形式對各機組的核功率水平、堆芯冷卻，以及通過二回路系統(tǒng)對反應堆冷卻劑的熱量排出、反應堆冷卻劑的裝載量、安全殼的完整性參數(shù)進行監(jiān)測，實現(xiàn)反應性控制、堆芯冷卻、主回路完整性、主回路冷卻失效、安全殼完整性等的輔助判斷。

以往核電廠的應急系統(tǒng)工藝畫面獨立設計，就導致與主DCS畫面風格不一致，對監(jiān)控人員查看畫面造成困擾?！叭A龍一號”應急系統(tǒng)將工藝畫面風格與主DCS畫面風格保持一致，在圖元庫設計階段便參考主DCS圖元設計風格。

3.4 應急輔助判斷

以往現(xiàn)場的應急輔助判斷功能大多依靠應急人員手動判斷，“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)將絕大部分應急輔助判斷功能實現(xiàn)軟件自動判斷。同時，為了幫助應急人員快速地定位應急行動水平發(fā)生報警的原因，將應急輔助判斷過程以流程圖的方式進行展示[4]。

3.5 應急大事記

應急大事記功能可以依據(jù)獲取的關鍵信息自動生成大事記條目，如應急狀態(tài)分級、場內(nèi)外應急防護行動建議等，自動生成的大事記能夠進行編輯和錄入。

3.6 應急報告

應急報告包括應急狀態(tài)審批單、機組狀態(tài)報告、綜合信息報告、輻射狀態(tài)報告、應急狀態(tài)終止審批單等，應急人員可以手動發(fā)起應急報告。

以往核電廠的應急報告大多需要應急人員手動錄入相關內(nèi)容或參數(shù)數(shù)值，效率低下。因此，“華龍一號”應急系統(tǒng)增加了應急信息或參數(shù)數(shù)值軟件自動填充。比如，當應急人員手動發(fā)起應急狀態(tài)審批單時，發(fā)生報警的EAL信息將自動填充進應急狀態(tài)審批單中。在應急工況報告中，應急人員可以選擇自動填充當前的實時數(shù)據(jù)或通過系統(tǒng)選擇某一時刻的歷史數(shù)據(jù)進行自動填充。

3.7 人員清點

應急系統(tǒng)通過廠區(qū)出入口控制系統(tǒng)獲取人員清點信息并顯示在人員清點界面中應急人員可以根據(jù)需要在廠內(nèi)三維地圖中設置應急集合點。

4 結論

為了滿足“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)對機柜抗震的要求，采用服務器專用托盤、架空地板支架抗震設計等措施，同時為了保證其硬盤數(shù)據(jù)在發(fā)生地震時的性能，所有核心服務器都使用了固態(tài)硬盤代替機械硬盤，并且在軟件上做了RAID備份。通過以上措施，增強了機柜的整體抗震能力。

“華龍一號”應急輔助決策系統(tǒng)設計滿足等保三級的要求，按照縱深防御的理念，采用了邊界防護、通信防護、主機防護、安全管理信息中心等多項網(wǎng)絡安全防護策略。

另外，對“華龍一號”核電廠進行了三維模型設計，并將三維模型與GIS系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)核電廠二維及三維地圖。同時，對應急系統(tǒng)的主要功能，如工藝畫面、應急輔助判斷、應急報告等多項功能進行了優(yōu)化設計，提高應急響應支持的速度和效率。