核電站仿真機在首堆建設中的作用

曲 偉

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

0 引言

核電站仿真機通常被稱為模擬機（simulator），由于核行業的特殊性，安全在行業內被提到尤其特別的高度，基于安全方面的需求，核電站仿真機除了要滿足人員培訓外，還衍生了其他需求。尤其是某一堆型首臺機組的模擬機，需執行大量的程序驗證等任務，對核電站有著巨大的現實意義。

1 核電站模擬機的分類

1）原理模擬機：只針對某一堆型而非具體電廠；或者雖然與具體核電站關聯，但是軟、硬件功能不完整的模擬機。

2）工程分析模擬機：一般是核電站設計單位用來對電站設計方案進行基礎的仿真驗證；對核電站控制相關的儀控系統、保護系統及其控制常數和保護定值進行驗證、優化；對核電站在各類不同工況的運行和安全情況進行分析。

3）驗證模擬機：對核電站系統尤其是核島系統的設計進行驗證，同時執行電站儀控系統有效性驗證、電站控制室人機界面設計驗證、電站運行規程正確性驗證等工作。

4）嚴重事故模擬機：用于模擬核電廠在事故時的響應，尤其是核心的反應堆和一回路冷卻劑的熱工水力特性，為核電站提供準確的事故響應模型。同時嚴重事故模擬機一般與核電站的事故后專家決策系統以及嚴重事故導則系統相關聯，從而為操縱員、核電站技術人員提供事故下各類場景演練，協助進行安全研究和分析、制定核電站應急計劃。2011 年福島核事故之后嚴重事故模擬機的重要性日益被重視，國內外的核安全監管部門都深刻反思了福島核事故的經驗教訓，并要求各核電站進行改進，這其中改善核電站模擬機尤其是增加嚴重事故模擬機是一個重要的建議項，目前嚴重事故模擬機正在逐漸成為國內核電站的標準配置。

5）全范圍模擬機：以中華人民共和國能源行業標準《核電廠操縱人員培訓及考試用模擬機》為指引性文件[1,2]，完整模擬核電機組控制室內的各類操作和響應，包括控制室內的環境、硬件設施、軟件界面、電站響應等，營造與實際控制室完全相同的感官體驗，使得學員產生身臨其境的培訓感覺，從而完成核電廠操縱員培訓和考試工作。

對核電站主要系統進行建模仿真，具備擴展電站工程應用的能力，包括：核電站儀控系統驗證、運行/調試/事故規程驗證、電站設計變更驗證以及電廠的各類瞬態分析等。

能夠與嚴重事故模擬機對接，執行電站嚴重事故工況分析和嚴重事故培訓。

全范圍模擬機是所有核電站的標準配置，是核電站內部培訓設施的核心。以下內容討論的范圍都局限于全范圍模擬機。

2 承擔核電站的培訓重任

全范圍模擬機是核電站最重要的培訓設施，其對核電站的主要作用是對操縱員進行各種類型的培訓以提高人員技能。操縱員的模擬機培訓注重不同電廠工況下操縱員運行能力的培養，以及各類預期故障下操縱員發現問題、分析問題、應對問題，并將核電站帶入安全狀態的能力。這一過程中模擬機必須對操縱員的動作做出與機組一樣的響應，對故障的模擬必須足夠真實。在操縱員培訓過程中，負責機組運行的操縱員必須在對應模擬機上執行培訓和考試，以獲得核安全局頒發的上崗執照。也就是說三門核電的AP1000 操縱員必須在三門核電的AP1000 模擬機上考試才有效，而不能在其他核電站進行考試，這就要求每臺核電機組必須有對應的模擬機，以保證操縱員能夠得到有效的培訓。當前階段國內通常做法是每兩個設計相同的反應堆對應一臺全范圍模擬機，這一方面是考慮了堆型的一致性要求，另外一方面也考慮了每臺機組所需操縱員人數的培訓要求，基本上2 臺機組的操縱員培訓負荷會占據1 臺模擬機的可用時間。

2.1 操縱員培訓

操縱員是核電站內負責電站運行的人員，執行操縱員培訓和考試是核電站仿真機最基本的功能，操縱員培訓的內容主要分為初始培訓和復訓，其中初始培訓面向的是從非操縱員培養為核電站操縱員的培訓過程，復訓面向的是執照操縱員的技能強化，是已經擁有操縱員執照的人員每年進行的技能重復性培訓。由于核電行業極其重視安全相關內容，所以要求操縱員必須得到最有效的培訓，甚至對于模擬機與機組之間的細微差別都要進行單獨的差異培訓，以確認學員清晰地知曉機組上的實際情況。

一般情況下，模擬機要優先給操縱員安排培訓，因為操縱員作為核電站的第一“責任人”承擔著核電站日常運行的重任，其工作業績的優劣直接關系到電站的經濟效益和安全性。這其中首臺機組首批操縱員的培訓是尤其重要的核電站節點。為了保證首堆裝料的需求，一般在裝料前1 年左右開始組織培訓，三門核電作為世界首臺AP1000 機組，在裝料前5 年即開始開展操縱員模擬機培訓，并在其后執行了多輪復訓，保證了操縱員的技能水平，裝料后三門核電極少發生人員技能不足的問題，很大程度上得益于充分有效的模擬機培訓。

對三門核電這類新設計的反應堆堆型，由于沒有在運行的反應堆可供參考，操縱員無法通過在其他相同堆型的核電站實操而獲得足夠的工作經驗，只能通過在自身的模擬機上做足夠的演練和培訓來提高操縱員能力，模擬機的作用顯得額外重要。

2.2 即時培訓

即時培訓（just-in-time training）是從歐美國家引進的培訓方式，是模擬機另一個重要的使用需求，與操縱員初始培訓和復訓不同，即時培訓都是臨時安排的培訓，具有培訓時間短、培訓后立即投入工作的特點。在操縱員培訓中特別重視已經發生的事件的經驗反饋，針對發生的事件在模擬機上設計專門的場景對操縱員進行培訓和鍛煉，包括其他堆型的事件同樣要進行分析，并組織人力進行充分培訓。這種培訓大部分以即時培訓的方式執行。即時培訓的來源一般包括如下幾種：

第一種是事先預知要做某項操作，鑒于該操作的復雜性或者重要性，比如核電站啟動主泵的重大操作，在執行操作前對執行人進行強化培訓，從而提高執行人的熟練程度和信心。這類培訓的目的主要是為了提升人員某一特定操作的能力，并領悟操作中可能面臨的風險以及如何應對。

第二種是核電廠發生了某個非常有借鑒意義的問題，這個問題對三門核電也存在警示或者教育意義，為了防止三門核電在執行此類操作的時候發生同樣的問題，組織對執行人進行培訓。這類培訓的目的主要是通過學習負面事件，結合自身在模擬機上的實操演練，認識到導致此類事件的原因并盡量在工作中避免。

即時培訓與傳統培訓不同，傳統培訓注重向學員灌輸知識、技能，學員主要是被動式學習，屬于大水漫灌；即時培訓更重視學員在具體操作的時候熟悉問題、暴露問題、解決問題，學員的學習方式更為主動，教員更多地在于觀察學員的操作，找到不當之處并進行指導糾正。即時培訓對模擬機有很高的要求，培訓中涉及到的內容常常處于模擬機設計測試過程中重點控制的性能范圍之外。

3 輔助電站進行調試/試驗規程驗證

規程驗證在兩個方面有利于核電站，一個是驗證過程提高了人員技能，并了解到規程執行過程中可能面臨的風險點；另外一個是通過驗證發現規程中不合理的地方并加以改進。

根據1991 年IAEA 發布INSAG-4《安全文化》中的描述，核電廠發生的任何問題在某種程度上都來源于人為的錯誤，即所謂的人因失誤。在電力行業，人因失誤是安全生產的最大隱患。三門核電站采用世界最先進的三代核電堆型AP1000，在設計上已經非常完善，充分考慮了各種事件下的電站安全。這種情況下，能夠造成核電業績下降的最大殺手就是人因失誤[3]。

要減少人為錯誤，一個重要的途徑就是加強人員技能鍛煉，所以在機組上執行調試規程或試驗之前，借助模擬機平臺進行鍛煉，在實際執行之前先模擬執行一次，能夠大大提高人員對規程的熟悉程度，了解執行過程中可能面臨的不確定性或風險項，從而大大提升在實際執行時的效率和正確率。同時在模擬機驗證規程的過程中，由于執行人會比較完整地對規程進行執行，并觀察模擬機響應，這一工作會對規程本身進行完整驗證，通過對比規程編制人預想的電站響應和實際的模擬機響應，能夠發現其中步驟不合理、邏輯錯誤、執行時間不足的地方，并對規程加以改進。

4 探路先鋒，積累經驗

由于三門核電模擬機軟硬件平臺配置與實際反應堆一致，而模擬機投運時間遠遠早于實際機組，在這段時間中，通過模擬機的使用積累了大量的軟硬件配置方面的問題，這些問題對于電站機組同樣有重要的價值。

即使在機組投運之后，模擬機依然在很多方面走在機組前面，承擔探路先鋒的作用。

5 應急演習

按照監管當局的要求，核電站需定期執行應急演習，保證全廠的應急處置能力。演習過程中需要向應急指揮中心實時發送機組數據。由于在運行狀態下機組處于穩定狀態，無法提供諸如停堆、事故的數據，需要模擬機代替機組，給應急指揮中心發送演習預案中涉及到的電站工況數據，從而保證演習工作的順利執行。

從三門核電1 號機組調試以來，全范圍模擬機承擔了所有的應急演習數據源工作，這對培養、鍛煉全球首臺AP1000 機組運維人員的應急處置能力有著重大的作用。

6 結束語

對核電站來說，首堆建設是一項艱巨的任務，面臨著巨大的挑戰，在這一過程中，全范圍模擬機作為操縱員培訓的重要設施，不僅為核電站培養優秀的操縱員，還能夠輔助電站執行設計驗證、規程驗證，對工作的經驗積累，承擔開路先鋒的作用，具有重大的積極意義。