核电厂基于网络构架的严重事故管理平台

李小龙， 刘德懿， 孔 琳

（1.中核核电运行管理有限公司， 浙江 嘉兴 314300； 2.中机生产力促进中心， 北京 100044）

0 引言

2011 年3 月11 日， 日本发生9 级大地震并引发海啸，强烈的地震和海啸造成福岛第一核电站多机组、长时间的全厂断电和丧失最终热阱。 最终导致福岛核电站多机组发生严重事故，大量放射性物质外泄。日本福岛核事故发生之后，秦山核电对严重事故管理日趋重视。 但是，现阶段严重事故管理依然存在不足之处： 严重事故下部分远离事故机组的应急组织信息获取效率低下， 且有一定的延迟，时效性有待提高；严重事故管理和缓解措施的实施往往在极其严苛的条件下进行的， 对导则评估人员造成较大压力，加剧了人因失误风险，对其评估能力提出了较高的挑战；对于堆型不同的多堆厂址，应对多机组同时发生严重事故能力有待提高； 严重事故日常培训与演习方式单一，培训与演练效果差。

因此，为了解决现阶段存在的不足，秦山核电需要开发一套严重事故管理工具，完善事故管理体系，提升事故管理水平[1]。

1 机组多渠道实时监测

图1 实时监测Fig.1 Real-time monitoring

通过梳理秦山核电现阶段机组监测手段，可用于相关应急专业组的监测途径包括PI 系统和EM 系统。两套系统具备从机组读取参数的功能，但各有优缺点。PI 系统能够读取机组大部分参数，且读取频率较快，满足实时了解机组状态的要求。 但是，PI 系统是利用办公用局域网来传输数据， 不具备应急功能， 在事故工况下无法保证其可用性。 EM 系统属于应急支持系统，具备9 台机组严重事故关键参数， 数据库与服务器具备UPS 供电， 系统可靠性高。 但是也存在不足之处，数据量较小，读数更新慢。 因此， 通过整合PI 系统和EM 系统两套数据源， 秦山核电9 台机组共梳理出1000余个数据测点，建立机组实时监测模块。在严重事故管理专家支持系统专用服务器上建立数据库， 每隔5 秒读取一次PI系统和EM 系统中的严重事故关键参数，并将这些参数传送给对应机组客户端。在各机组的客户端上，参数以多画面的形式展现给事故管理人员，包括二维流程简图、参数总览、趋势图等。 实时监测的数据源可在PI 系统与EM 系统中自动切换，也可以手动选择，兼顾了严重事故下数据源的冗余性、安全性和高效性。 通过实时监测模块， 远离主控室的各应急组织可以及时了解机组最新状态， 提高事故决策的时效性。

2 智能化严重事故管理导则

在核电厂中， 对严重事故的管理依据严重事故导则来具体实现。 通过建立可视化操作界面，将严重事故管理导则与应急运行规程（EOP）的接口和相互关系清晰展示，准确把握事故进展阶段。 为诊断流程图（DFC）和严重威胁状态树（SCST）增加逻辑判断功能。通过实时监测模块自动采集到的机组关键参数与DFC 和SCST 中的导则入口条件进行对比， 自动识别超限参数并报警，提示导则评估人员选择相应的严重事故缓解策略进行严重事故处理。 诊断流程图和严重威胁状态树分别对应了若干份严重事故导则和严重威胁导则，每份导则均实现电子化。 导则评估人员根据智能化的执行向导的指引，对执行当前策略的目的、使用范围、可用手段、正负面影响、限制条件和长期关注等内容进行逐一评估。 评估完成后，系统将生成严重事故缓解对策单。 根据之前评估过程， 严重事故缓解对策单中将自动生成超限参数数值、缓解行动策略、负面影响评估、缓解行动限制条件以及需要长期关注等内容。 对策单经最终批准后， 提供给运行人员执行事故缓解措施。 评估过程中使用的计算辅助（CA）同样也实现了智能化。 计算辅助是电厂相关参数的曲线图，用于在诊断过程提供部分不能直接从电厂仪表得到的信息及回答各个导则中提出的某些问题。 通过图形化的计算辅助， 机组的实时参数能直接反映在计算辅助的图表中， 导则评估人员可方便快捷地得到所需要的计算结果， 为事故缓解手段的决策提供计算依据[2]。

图2 智能严重事故管理导则Fig.2 Intelligent SAMG

3 事故预测分析模块

事故预测分析模块建立了各堆型热工水力模型，利用先进的一体化严重事故计算程序， 预设常见的事故始发事件，包括全厂失电（SBO）、可自定义破口尺寸的LOCA、蒸汽发生器传热管破裂、丧失给水和各类专设安全设施故障等。 通过自定义事故假设条件， 自由组合事故类型，达到模拟事故发展进程的目的。 事故预测模块还具备实时干预功能， 即在预测计算过程中通过可视化的界面动态插入新的故障或者缓解措施， 并基于当前状态继续向前预测分析，从而改变事故进程，使其更符合实际使用需求。 由于严重事故计算程序具备强大的计算能力，能够在短短几分钟内计算出未来数小时甚至数天的事故发展方向。 改变了过去技术人员仅凭经验推测事故发展方向的模式，通过自身经验结合计算机理论计算结果，事故管理人员可以更加准确预测事故进程， 评估缓解措施的负面影响与有效性。

图3 三维模拟Fig.3 3D Simulation

4 网络化布局

由于秦山核电机组数量众多，堆型丰富，且技术差别较大，各生产单元之间地域分散，多机组严重事故管理难度较大。 集合9 台机组为一体的严重事故管理专家支持系统可以实现对9 台机组同时在线监测，为各应急组织提供最新的机组状态，便于统筹规划。严重事故管理专家支持系统由服务器软件和客户端软件两部分组成。 服务器软件布置在应急控制中心的技术支持室， 由应急供电系统保证其事故工况下的正常供电。 服务器主要负责对客户端软件的管理、电厂数据的采集、事故预测的后台计算和场景库的管理。 客户端软件安装在各应急组织就位点，用于反应堆监测、严重事故管理导则评估和事故预测。在服务器软件与客户端软件上开发了通讯接口，通过秦山核电内部网络，实现了分布式布置，统一管理的模式。鉴于秦山核电应急组织特定， 严重事故管理导则评估工作由位于应急控制中心的技术支持组和位于各电厂技术支持中心的电厂技术组完成。统一管理为应急控制中心和技术支持组统筹考虑9 台机组情况， 做出最佳应急资源调配提供充分保障。 分布于各电厂的系统则保证各技术组专注于本电厂的事故缓解措施。

5 多样化事故模拟场景

为满足严重事故培训与演习需求，严重事故专家支持系统设置了演习模式。可自定义常见的严重事故类型，通过严重事故计算程序，将整个事故序列计算并保存。将保存的事故序列回放，实现事故场景再现。演习过程中的新插入故障和事故缓解措施均可以通过实时干预手段实现。在演习模式下，情景库管理还具备手动修改参数功能，以达到某些特定演习的需求， 考验参演人员处理该项威胁的应对能力。严重事故的进程根据不同的始发事件，有较大的差别， 如压水堆中一回路大破口事故在发生后数小时压力容器可能已经熔穿， 而小破口事故时间要长很多。因此事故序列回放增加了任意倍数加速功能，解决了演习与真实事故之间的时间差问题。在客户端软件中针对演习模式开发了多角色管理模式。 针对不同的角色支持不同的操作与显示界面，保证演习顺利进行。

6 结语

严重事故管理专家支持系统建立了一套具备国内领先、国际先进的严重事故处理程序，科学的指导技术人员应对严重事故，协助应急控制中心进行严重事故诊断和管理决策，提升了核电厂严重事故管理能力。通过使用该系统，事故管理人员能够第一时间掌握机组信息，大量减少因信息沟通繁琐耽误的时间，导则评估人员可减少手动翻阅导则，避免了手写决策单的繁琐工作量和人因失误风险，为事故决策节省约20%时间。决策的高效性是事故缓解的重要因素。利用智能化的严重事故管理导则和事故预测功能，导则评估人员可以更加准确评估机组状态，减轻其工作压力，提高缓解措施的准确性。 对于多机组严重事故，网络化的管理平台为严重事故处置提供了有力支持，为秦山核电多机组严重事故管理奠定了基础。