核电站仿真机在首堆建设中的作用

曲 伟

（三门核电有限公司，浙江 三门 317112）

0 引言

核电站仿真机通常被称为模拟机（simulator），由于核行业的特殊性，安全在行业内被提到尤其特别的高度，基于安全方面的需求，核电站仿真机除了要满足人员培训外，还衍生了其他需求。尤其是某一堆型首台机组的模拟机，需执行大量的程序验证等任务，对核电站有着巨大的现实意义。

1 核电站模拟机的分类

1）原理模拟机：只针对某一堆型而非具体电厂；或者虽然与具体核电站关联，但是软、硬件功能不完整的模拟机。

2）工程分析模拟机：一般是核电站设计单位用来对电站设计方案进行基础的仿真验证；对核电站控制相关的仪控系统、保护系统及其控制常数和保护定值进行验证、优化；对核电站在各类不同工况的运行和安全情况进行分析。

3）验证模拟机：对核电站系统尤其是核岛系统的设计进行验证，同时执行电站仪控系统有效性验证、电站控制室人机界面设计验证、电站运行规程正确性验证等工作。

4）严重事故模拟机：用于模拟核电厂在事故时的响应，尤其是核心的反应堆和一回路冷却剂的热工水力特性，为核电站提供准确的事故响应模型。同时严重事故模拟机一般与核电站的事故后专家决策系统以及严重事故导则系统相关联，从而为操纵员、核电站技术人员提供事故下各类场景演练，协助进行安全研究和分析、制定核电站应急计划。2011 年福岛核事故之后严重事故模拟机的重要性日益被重视，国内外的核安全监管部门都深刻反思了福岛核事故的经验教训，并要求各核电站进行改进，这其中改善核电站模拟机尤其是增加严重事故模拟机是一个重要的建议项，目前严重事故模拟机正在逐渐成为国内核电站的标准配置。

5）全范围模拟机：以中华人民共和国能源行业标准《核电厂操纵人员培训及考试用模拟机》为指引性文件[1,2]，完整模拟核电机组控制室内的各类操作和响应，包括控制室内的环境、硬件设施、软件界面、电站响应等，营造与实际控制室完全相同的感官体验，使得学员产生身临其境的培训感觉，从而完成核电厂操纵员培训和考试工作。

对核电站主要系统进行建模仿真，具备扩展电站工程应用的能力，包括：核电站仪控系统验证、运行/调试/事故规程验证、电站设计变更验证以及电厂的各类瞬态分析等。

能够与严重事故模拟机对接，执行电站严重事故工况分析和严重事故培训。

全范围模拟机是所有核电站的标准配置，是核电站内部培训设施的核心。以下内容讨论的范围都局限于全范围模拟机。

2 承担核电站的培训重任

全范围模拟机是核电站最重要的培训设施，其对核电站的主要作用是对操纵员进行各种类型的培训以提高人员技能。操纵员的模拟机培训注重不同电厂工况下操纵员运行能力的培养，以及各类预期故障下操纵员发现问题、分析问题、应对问题，并将核电站带入安全状态的能力。这一过程中模拟机必须对操纵员的动作做出与机组一样的响应，对故障的模拟必须足够真实。在操纵员培训过程中，负责机组运行的操纵员必须在对应模拟机上执行培训和考试，以获得核安全局颁发的上岗执照。也就是说三门核电的AP1000 操纵员必须在三门核电的AP1000 模拟机上考试才有效，而不能在其他核电站进行考试，这就要求每台核电机组必须有对应的模拟机，以保证操纵员能够得到有效的培训。当前阶段国内通常做法是每两个设计相同的反应堆对应一台全范围模拟机，这一方面是考虑了堆型的一致性要求，另外一方面也考虑了每台机组所需操纵员人数的培训要求，基本上2 台机组的操纵员培训负荷会占据1 台模拟机的可用时间。

2.1 操纵员培训

操纵员是核电站内负责电站运行的人员，执行操纵员培训和考试是核电站仿真机最基本的功能，操纵员培训的内容主要分为初始培训和复训，其中初始培训面向的是从非操纵员培养为核电站操纵员的培训过程，复训面向的是执照操纵员的技能强化，是已经拥有操纵员执照的人员每年进行的技能重复性培训。由于核电行业极其重视安全相关内容，所以要求操纵员必须得到最有效的培训，甚至对于模拟机与机组之间的细微差别都要进行单独的差异培训，以确认学员清晰地知晓机组上的实际情况。

一般情况下，模拟机要优先给操纵员安排培训，因为操纵员作为核电站的第一“责任人”承担着核电站日常运行的重任，其工作业绩的优劣直接关系到电站的经济效益和安全性。这其中首台机组首批操纵员的培训是尤其重要的核电站节点。为了保证首堆装料的需求，一般在装料前1 年左右开始组织培训，三门核电作为世界首台AP1000 机组，在装料前5 年即开始开展操纵员模拟机培训，并在其后执行了多轮复训，保证了操纵员的技能水平，装料后三门核电极少发生人员技能不足的问题，很大程度上得益于充分有效的模拟机培训。

对三门核电这类新设计的反应堆堆型，由于没有在运行的反应堆可供参考，操纵员无法通过在其他相同堆型的核电站实操而获得足够的工作经验，只能通过在自身的模拟机上做足够的演练和培训来提高操纵员能力，模拟机的作用显得额外重要。

2.2 即时培训

即时培训（just-in-time training）是从欧美国家引进的培训方式，是模拟机另一个重要的使用需求，与操纵员初始培训和复训不同，即时培训都是临时安排的培训，具有培训时间短、培训后立即投入工作的特点。在操纵员培训中特别重视已经发生的事件的经验反馈，针对发生的事件在模拟机上设计专门的场景对操纵员进行培训和锻炼，包括其他堆型的事件同样要进行分析，并组织人力进行充分培训。这种培训大部分以即时培训的方式执行。即时培训的来源一般包括如下几种：

第一种是事先预知要做某项操作，鉴于该操作的复杂性或者重要性，比如核电站启动主泵的重大操作，在执行操作前对执行人进行强化培训，从而提高执行人的熟练程度和信心。这类培训的目的主要是为了提升人员某一特定操作的能力，并领悟操作中可能面临的风险以及如何应对。

第二种是核电厂发生了某个非常有借鉴意义的问题，这个问题对三门核电也存在警示或者教育意义，为了防止三门核电在执行此类操作的时候发生同样的问题，组织对执行人进行培训。这类培训的目的主要是通过学习负面事件，结合自身在模拟机上的实操演练，认识到导致此类事件的原因并尽量在工作中避免。

即时培训与传统培训不同，传统培训注重向学员灌输知识、技能，学员主要是被动式学习，属于大水漫灌；即时培训更重视学员在具体操作的时候熟悉问题、暴露问题、解决问题，学员的学习方式更为主动，教员更多地在于观察学员的操作，找到不当之处并进行指导纠正。即时培训对模拟机有很高的要求，培训中涉及到的内容常常处于模拟机设计测试过程中重点控制的性能范围之外。

3 辅助电站进行调试/试验规程验证

规程验证在两个方面有利于核电站，一个是验证过程提高了人员技能，并了解到规程执行过程中可能面临的风险点；另外一个是通过验证发现规程中不合理的地方并加以改进。

根据1991 年IAEA 发布INSAG-4《安全文化》中的描述，核电厂发生的任何问题在某种程度上都来源于人为的错误，即所谓的人因失误。在电力行业，人因失误是安全生产的最大隐患。三门核电站采用世界最先进的三代核电堆型AP1000，在设计上已经非常完善，充分考虑了各种事件下的电站安全。这种情况下，能够造成核电业绩下降的最大杀手就是人因失误[3]。

要减少人为错误，一个重要的途径就是加强人员技能锻炼，所以在机组上执行调试规程或试验之前，借助模拟机平台进行锻炼，在实际执行之前先模拟执行一次，能够大大提高人员对规程的熟悉程度，了解执行过程中可能面临的不确定性或风险项，从而大大提升在实际执行时的效率和正确率。同时在模拟机验证规程的过程中，由于执行人会比较完整地对规程进行执行，并观察模拟机响应，这一工作会对规程本身进行完整验证，通过对比规程编制人预想的电站响应和实际的模拟机响应，能够发现其中步骤不合理、逻辑错误、执行时间不足的地方，并对规程加以改进。

4 探路先锋，积累经验

由于三门核电模拟机软硬件平台配置与实际反应堆一致，而模拟机投运时间远远早于实际机组，在这段时间中，通过模拟机的使用积累了大量的软硬件配置方面的问题，这些问题对于电站机组同样有重要的价值。

即使在机组投运之后，模拟机依然在很多方面走在机组前面，承担探路先锋的作用。

5 应急演习

按照监管当局的要求，核电站需定期执行应急演习，保证全厂的应急处置能力。演习过程中需要向应急指挥中心实时发送机组数据。由于在运行状态下机组处于稳定状态，无法提供诸如停堆、事故的数据，需要模拟机代替机组，给应急指挥中心发送演习预案中涉及到的电站工况数据，从而保证演习工作的顺利执行。

从三门核电1 号机组调试以来，全范围模拟机承担了所有的应急演习数据源工作，这对培养、锻炼全球首台AP1000 机组运维人员的应急处置能力有着重大的作用。

6 结束语

对核电站来说，首堆建设是一项艰巨的任务，面临着巨大的挑战，在这一过程中，全范围模拟机作为操纵员培训的重要设施，不仅为核电站培养优秀的操纵员，还能够辅助电站执行设计验证、规程验证，对工作的经验积累，承担开路先锋的作用，具有重大的积极意义。