癥狀導向AOP規程的開發和應用

張初明

(山東核電有限公司,山東 煙臺 265116)

核電站的運行操作規程是指導電站反應堆操縱員進行操作的具體指令,操作規程可以分為:1)系統運行規程;2)正常運行規程;3)電站偏離正常運行規程 (AOP);4)應急運行規程 (EOP);5)報警響應規程報警響應程序;6)嚴重事故緩解導則。在這六類規程中,EOP和AOP規程的功能相似,都是針對異?；蚴鹿实奶幚?只不過EOP規程響應的是危及核電站安全的應急事故,目的是指導操縱員采取應對措施將電站帶入安全狀態;而AOP規程響應的是核電站各系統偏離正常運行的異常事件,目的是保障系統和設備的功能維持。EOP規程體系和結構的發展以美國三哩島事故為分水嶺,在三哩島事故前,EOP的規程體系和結構采用事件導向 (EVENT-BASED),三哩島事故之后發展成為癥狀導向 (SYMPTOM-BASED),目前世界各核電站使用的EOP規程基本上都采用癥狀導向結構,而AOP規程仍大部采用事件導向。美國西屋公司在開發AP600技術的同時,也采用了癥狀導向方法開發了相應的AOP規程,但由于EOP和AOP兩者之間的屬性各有不同,所以兩者之間的體系和結構存在不同之處。本文通過分析兩者之間的不同屬性,提出開發和使用癥狀導向AOP規程的原則和注意事項。

1　事件導向和癥狀導向規程的特點簡介

1.1　事件導向規程的特點

在1979年美國三哩島事故發生前,應急響應規程均采用事件導向的規程體系和結構,這類規程要求核電站操縱員在響應事故前,首先判斷電站發生了什么,在確定發生什么后,才使用相應的規程指導操作,響應流程如圖1所示。這類規程由于是用來響應特定的事件,它們提供了針對此事件的最佳恢復響應,運行人員在執行此類規程時會關注于特定事件的問題,有較少的分心和延遲,電站能夠在較短的時間內回復至正常狀態。但是這類規程也存在著:1)依賴于操縱員對發生事故的正確判斷,沒有程序文件來幫助操縱員對事件進行診斷;2)每一類事故需要單獨的一份規程用以指導,所以規程的量會非常大;3)一旦電站發生了非事先設定的事故,將會沒有規程指導;4)電站發生了多重事故,程序之間可能會發生沖突。三哩島事故初期涉及了一個通過穩壓器安全閥的小LOCA事故,但三哩島電站只有針對大LOCA事故的規程,然而大、小LOCA事故所顯現的癥狀是不一樣的,在事故處理過程中,電站操縱員無法進入LOCA規程的。

圖1　事件導向應急規程執行流程Fig.1　Implementation process of event-based emergency procedures

1.2　癥狀導向規程的特點

在三哩島事故發生后,美國西屋公司新開發了癥狀導向的EOP規程。不同于事故導向規程,癥狀導向的應急規程不急于診斷電站到底發生了什么,而是關心電站處于一種什么安全狀態,先緩解電站的不安全狀態,然后指導操縱員通過對電站安全狀態的表征參數的判讀,診斷找出最佳的恢復規程,這樣就避免了操縱員誤診斷,在執行最佳恢復規程的同時,電站的關鍵安全狀態始終得到監控,并根據電站關鍵的安全狀態采取優先行動。就像一個醫生在收到一個急救病人時,醫生首先關注病人是否需要止血、心臟是否跳動、呼吸是否自主,然后再進行病癥診斷和治療,在治療過程中始終關注危急病人生命的狀態。

所以癥狀導向的EOP規程,從體系上講,它是由診斷規程和一系列的恢復規程組成;從內容上講,它根據電站的系統及設備的狀態決定應采取的行動,對電站關鍵安全狀態的關注貫穿始終;從結構上講,它采用循環的方式指導操縱員執行。它有一個總入口,也是唯一的一個入口規程 (E-0),入口的條件就是反應堆停堆或電站安全系統啟動。進入E-0后,規程首先指導操縱員確認/確保電站停堆、停機及安全系統正確啟動,然后引導操縱員進行事故診斷。EOP規程的執行流程如圖2所示。

圖2　EOP規程執行流程Fig.2　Implementation process of EOP

所以癥狀導向的規程有如下特點:

1)只有一個入口,且入口條件簡單,因為電站無論發生哪種緊急事故,一個共同的響應是停堆或安全系統啟動。

2)把電站配置的安全系統的正確響應作為操縱員的立即行動。

3)通過指令來指導操縱員診斷電站狀態。

4)它把電站不同的安全狀態用一系列參數以及設備狀態來定義,便于判讀。

5)規程文本采用兩欄結構,即先診斷再行動。

6)程序循環應用,確保正確的應對行動能找出。

7)電站危急安全狀態被持續監督,并設計了優先等級順序,以應對復雜的多重事故。

癥狀導向法規程能在整個運行人員響應過程中提供指導,而不是依賴運行人員的知識和培訓來診斷事件;能夠恢復電廠至一個安全狀態,即使在程序的開發中初始事件沒有被考慮到,或運行人員沒有能診斷出事件,或運行人員錯誤診斷事件。盡管癥狀導向的規程能夠將電站恢復到安全狀態,但執行效率有所降低,可能延遲期望的(但不是重要的)行動的執行。

2　AOP規程的特點

癥狀導向法規程在國內外核電站的EOP規程體系中得到了廣泛的應用,那么它是否適用AOP規程呢?

EOP規程應對的是電站的事故,事故處理的原則是保證電站處在一個安全狀態,由于核電站一旦發生嚴重事故后具有事故后果嚴重、影響力大、事故后恢復困難等特點,所以核電站在設計上就始終把確保安全放在重中之重,在安全系統的設計和配置上采取了多重性、多樣性的原則,以確保安全系統的可靠、有效。這些手段及多重措施,都是為了同一個目標,即電站的安全。

AOP規程針對的是電站系統發生偏離正常運行的故障,它的目的是保持/恢復電站每個系統的功能,避免電站發生較大瞬態,從而削弱電站的縱深防御屏障,危及到電站的安全。與EOP相似,它也需要先診斷系統或設備發生了什么,然后采取正確的應對措施;但不同的是AOP針對的是電站眾多的系統,而每個系統的功能不一樣,具體來說AOP具有以下特性:

1)目的多樣性。電站是由復雜的眾多系統組成的,每個系統的功能均不一樣。

2)不可能有統一的入口。不同的系統功能有其不同的異常響應,無法統一入口。

3)每個系統的故障類型多,例如一個系統的故障可能包含泵的故障、控制的故障、閥門的故障、系統泄漏等類型。

4)每一類故障又有不同的故障模式。有些故障很明顯,操縱員能輕易地發現,如泵的意外停閉,閥門的意外關閉或開啟;有的故障發展比較迅速,造成的危害也較大,如較大的泄漏等;有的故障發展比較緩慢,如系統較小的泄漏;有的故障比較難以發現,如儀表系統的漂移。所以針對不同的故障模式,處理要分輕重緩急。

5)系統的任何一種故障類型及故障模型,都有針對性的糾正措施。

6)故障發生地點多樣,不同點的故障帶來的影響不同,查找故障點的難易程度不一樣。

7)在某種程度上,要求處理的更為迅速。

如上所述,AOP規程具有同EOP相似的處理要求,所以它也適合采用癥狀導向的規程體系和結構,但由于它又有自己不同于EOP的屬性,采用癥狀導向必須考慮其自身的特點。

3　癥狀導向AOP規程的開發及其應用的注意事項

事件導向的每一份AOP規程 (或規程附件)針對的是特定的故障類型、故障模型,而癥狀導向的規程需要把系統所有的故障類型及故障模型整合進一份規程,根據不同故障所顯現的不同癥狀指導操縱員進行診斷并采取行動,對規程的開發者是一個不小的挑戰。

3.1　合理的規程進入條件的設定

每份規程入口條件的設計,要囊括系統的各種故障類型及各種故障模型。通常來講,規程的進入條件包括兩部分:一是電站報警系統所給出的報警信息;二是操縱員監視發現的電站系統的異常趨勢,這些偏離了正常運行帶的異常趨勢可能尚未到達報警值,但趨勢很明顯。在設計入口條件時,要根據系統及設備的設計參數,結合運行條件、運行歷史經驗合理而全面地設定好入口條件,所列出的入口條件既要簡潔明了,又能反映系統的異常狀態。

3.2　重要的系統狀態監控參數的設定

為了防止系統或設備功能的失去導致更大瞬態的發生,某些表征系統或設備健康狀況的參數應鑒別出來并得到持續的監控,這些參數可以是液位、壓力、流量、振動等,一旦這些參數偏離了正常的運行控制范圍,意味著系統或設備將失去功能,所以首先要鑒別出影響系統或設備功能的重要參數,并在執行步驟里加以標注,以提醒操縱員需要該步驟為持續執行步驟。例如:

1 檢查CCS波動箱液位—大于0.178 m。

上例中的步驟1,CCS(設備冷卻水系統)波動箱液位如持續下降并失去,意味著該系統將失去設計功能,所以該參數需要得到持續監控,并在序號上進行了標注。

3.3　立即行動項的設定

由于狀態導向的規程存在著可能延遲行動執行的缺點,而系統發生故障時又希望能迅速地排除故障,避免瞬態的發生,所以對某些可能引起系統失去功能的故障,操縱員應該立即干預,而不需等到打開規程或按照規程的步驟執行。例如一旦發生故障跳泵,操縱員應立即檢查備用泵是否啟動或立即手動啟泵;又如當發現某一液位持續下降,應允許操縱員在液位降低到設定值之前就采取措施。這些需要立即行動的項目應該提前設計好,并作為一種操縱員的行為規范或規程執行紀律。

3.4　規程步驟的排序設定

每份AOP規程把系統的所有故障類型及故障模型集中在了一起,不同的故障類型及故障模型對系統產生的危害性各不相同,對系統或設備危害大的行動要優先進行。規程步驟的排序要遵循以下原則:

1)給定工況下的操作優先級;

2)可能給系統帶來的影響;

3)設備所處的位置。

3.5　強調團隊行為

癥狀導向規程要求運行人員根據的電站的狀態而采取行動,有些重要的電站狀態必須得到持續的監控,所以針對一個異常事件的處理需要多人的配合,尤其在執行多份規程時。在執行規程時,要求有良好的團隊精神,團隊負責人應合理分配團隊內各值班人員的職責,進行良好的團隊協作。

3.6　執行多份規程的優先級的劃分

對EOP而言,不管電站發生了多么嚴重的事故,它始終優先執行最高優先級的規程,這個優先級有簡單明確的判據并且得到持續的監控;而AOP不同,如果電站的多個系統同時發生故障,或一個系統發生多重故障,操縱員可能需要同時執行多份規程或需要監控多個參數。為了防止延誤對重要系統的恢復,團隊負責人要綜合判斷電站的狀況,劃分程序執行的優先順序,保證電站最重要的功能得到保障或得到恢復。

3.7　編寫一份好的編寫導則

編寫導則用于指導規程編寫者的工作,一份好的編寫導則應該包含所有規程的編寫要素,并且對這些要素作出明確的規定。這些要素不僅僅是指編寫格式、規格、編碼等基本信息,還應包含應用信息,例如警示、注意等的應用。

3.8　規程使用培訓

系統或設備的某些故障是比較簡單且易于判斷的,處理起來也比較容易,操縱員往往不甘心于等待規程或不樂于應用規程,怕規程的使用會影響處理效率,但伴隨這類故障往往會有某些不易發現的故障發生,如果不完整地執行規程可能不能發現這些難以察覺的問題,所以一個使用規程、遵守規程的良好的行為規范的養成,能更好地體現規程的價值。

4　總結

癥狀導向規程是在充分分析三哩島事故后開發出來的,它避免了事件導向規程所存在的依賴于人的缺點,同時又能確保電站處于某個安全狀態,雖然這個狀態可能不是最佳的狀態,所以癥狀導向的應急響應規程,在全世界核電站得到應用,并且顯示出了它的巨大優點。隨著核電站技術的升級優化,電站系統得到不斷的簡化,設備可靠性越來越高,自動化控制程度不斷提高,人因錯誤將會是導致電站發生瞬態甚至危及安全的主要因素,所以癥狀導向AOP規程在應對電站系統異常事件時,也會體現其優越性。