核電廠基于網絡構架的嚴重事故管理平臺

李小龍， 劉德懿， 孔 琳

（1.中核核電運行管理有限公司， 浙江 嘉興 314300； 2.中機生產力促進中心， 北京 100044）

0 引言

2011 年3 月11 日， 日本發生9 級大地震并引發海嘯，強烈的地震和海嘯造成福島第一核電站多機組、長時間的全廠斷電和喪失最終熱阱。 最終導致福島核電站多機組發生嚴重事故，大量放射性物質外泄。日本福島核事故發生之后，秦山核電對嚴重事故管理日趨重視。 但是，現階段嚴重事故管理依然存在不足之處： 嚴重事故下部分遠離事故機組的應急組織信息獲取效率低下， 且有一定的延遲，時效性有待提高；嚴重事故管理和緩解措施的實施往往在極其嚴苛的條件下進行的， 對導則評估人員造成較大壓力，加劇了人因失誤風險，對其評估能力提出了較高的挑戰；對于堆型不同的多堆廠址，應對多機組同時發生嚴重事故能力有待提高； 嚴重事故日常培訓與演習方式單一，培訓與演練效果差。

因此，為了解決現階段存在的不足，秦山核電需要開發一套嚴重事故管理工具，完善事故管理體系，提升事故管理水平[1]。

1 機組多渠道實時監測

圖1 實時監測Fig.1 Real-time monitoring

通過梳理秦山核電現階段機組監測手段，可用于相關應急專業組的監測途徑包括PI 系統和EM 系統。兩套系統具備從機組讀取參數的功能，但各有優缺點。PI 系統能夠讀取機組大部分參數，且讀取頻率較快，滿足實時了解機組狀態的要求。 但是，PI 系統是利用辦公用局域網來傳輸數據， 不具備應急功能， 在事故工況下無法保證其可用性。 EM 系統屬于應急支持系統，具備9 臺機組嚴重事故關鍵參數， 數據庫與服務器具備UPS 供電， 系統可靠性高。 但是也存在不足之處，數據量較小，讀數更新慢。 因此， 通過整合PI 系統和EM 系統兩套數據源， 秦山核電9 臺機組共梳理出1000余個數據測點，建立機組實時監測模塊。在嚴重事故管理專家支持系統專用服務器上建立數據庫， 每隔5 秒讀取一次PI系統和EM 系統中的嚴重事故關鍵參數，并將這些參數傳送給對應機組客戶端。在各機組的客戶端上，參數以多畫面的形式展現給事故管理人員，包括二維流程簡圖、參數總覽、趨勢圖等。 實時監測的數據源可在PI 系統與EM 系統中自動切換，也可以手動選擇，兼顧了嚴重事故下數據源的冗余性、安全性和高效性。 通過實時監測模塊， 遠離主控室的各應急組織可以及時了解機組最新狀態， 提高事故決策的時效性。

2 智能化嚴重事故管理導則

在核電廠中， 對嚴重事故的管理依據嚴重事故導則來具體實現。 通過建立可視化操作界面，將嚴重事故管理導則與應急運行規程（EOP）的接口和相互關系清晰展示，準確把握事故進展階段。 為診斷流程圖（DFC）和嚴重威脅狀態樹（SCST）增加邏輯判斷功能。通過實時監測模塊自動采集到的機組關鍵參數與DFC 和SCST 中的導則入口條件進行對比， 自動識別超限參數并報警，提示導則評估人員選擇相應的嚴重事故緩解策略進行嚴重事故處理。 診斷流程圖和嚴重威脅狀態樹分別對應了若干份嚴重事故導則和嚴重威脅導則，每份導則均實現電子化。 導則評估人員根據智能化的執行向導的指引，對執行當前策略的目的、使用范圍、可用手段、正負面影響、限制條件和長期關注等內容進行逐一評估。 評估完成后，系統將生成嚴重事故緩解對策單。 根據之前評估過程， 嚴重事故緩解對策單中將自動生成超限參數數值、緩解行動策略、負面影響評估、緩解行動限制條件以及需要長期關注等內容。 對策單經最終批準后， 提供給運行人員執行事故緩解措施。 評估過程中使用的計算輔助（CA）同樣也實現了智能化。 計算輔助是電廠相關參數的曲線圖，用于在診斷過程提供部分不能直接從電廠儀表得到的信息及回答各個導則中提出的某些問題。 通過圖形化的計算輔助， 機組的實時參數能直接反映在計算輔助的圖表中， 導則評估人員可方便快捷地得到所需要的計算結果， 為事故緩解手段的決策提供計算依據[2]。

圖2 智能嚴重事故管理導則Fig.2 Intelligent SAMG

3 事故預測分析模塊

事故預測分析模塊建立了各堆型熱工水力模型，利用先進的一體化嚴重事故計算程序， 預設常見的事故始發事件，包括全廠失電（SBO）、可自定義破口尺寸的LOCA、蒸汽發生器傳熱管破裂、喪失給水和各類專設安全設施故障等。 通過自定義事故假設條件， 自由組合事故類型，達到模擬事故發展進程的目的。 事故預測模塊還具備實時干預功能， 即在預測計算過程中通過可視化的界面動態插入新的故障或者緩解措施， 并基于當前狀態繼續向前預測分析，從而改變事故進程，使其更符合實際使用需求。 由于嚴重事故計算程序具備強大的計算能力，能夠在短短幾分鐘內計算出未來數小時甚至數天的事故發展方向。 改變了過去技術人員僅憑經驗推測事故發展方向的模式，通過自身經驗結合計算機理論計算結果，事故管理人員可以更加準確預測事故進程， 評估緩解措施的負面影響與有效性。

圖3 三維模擬Fig.3 3D Simulation

4 網絡化布局

由于秦山核電機組數量眾多，堆型豐富，且技術差別較大，各生產單元之間地域分散，多機組嚴重事故管理難度較大。 集合9 臺機組為一體的嚴重事故管理專家支持系統可以實現對9 臺機組同時在線監測，為各應急組織提供最新的機組狀態，便于統籌規劃。嚴重事故管理專家支持系統由服務器軟件和客戶端軟件兩部分組成。 服務器軟件布置在應急控制中心的技術支持室， 由應急供電系統保證其事故工況下的正常供電。 服務器主要負責對客戶端軟件的管理、電廠數據的采集、事故預測的后臺計算和場景庫的管理。 客戶端軟件安裝在各應急組織就位點，用于反應堆監測、嚴重事故管理導則評估和事故預測。在服務器軟件與客戶端軟件上開發了通訊接口，通過秦山核電內部網絡，實現了分布式布置，統一管理的模式。鑒于秦山核電應急組織特定， 嚴重事故管理導則評估工作由位于應急控制中心的技術支持組和位于各電廠技術支持中心的電廠技術組完成。統一管理為應急控制中心和技術支持組統籌考慮9 臺機組情況， 做出最佳應急資源調配提供充分保障。 分布于各電廠的系統則保證各技術組專注于本電廠的事故緩解措施。

5 多樣化事故模擬場景

為滿足嚴重事故培訓與演習需求，嚴重事故專家支持系統設置了演習模式。可自定義常見的嚴重事故類型，通過嚴重事故計算程序，將整個事故序列計算并保存。將保存的事故序列回放，實現事故場景再現。演習過程中的新插入故障和事故緩解措施均可以通過實時干預手段實現。在演習模式下，情景庫管理還具備手動修改參數功能，以達到某些特定演習的需求， 考驗參演人員處理該項威脅的應對能力。嚴重事故的進程根據不同的始發事件，有較大的差別， 如壓水堆中一回路大破口事故在發生后數小時壓力容器可能已經熔穿， 而小破口事故時間要長很多。因此事故序列回放增加了任意倍數加速功能，解決了演習與真實事故之間的時間差問題。在客戶端軟件中針對演習模式開發了多角色管理模式。 針對不同的角色支持不同的操作與顯示界面，保證演習順利進行。

6 結語

嚴重事故管理專家支持系統建立了一套具備國內領先、國際先進的嚴重事故處理程序，科學的指導技術人員應對嚴重事故，協助應急控制中心進行嚴重事故診斷和管理決策，提升了核電廠嚴重事故管理能力。通過使用該系統，事故管理人員能夠第一時間掌握機組信息，大量減少因信息溝通繁瑣耽誤的時間，導則評估人員可減少手動翻閱導則，避免了手寫決策單的繁瑣工作量和人因失誤風險，為事故決策節省約20%時間。決策的高效性是事故緩解的重要因素。利用智能化的嚴重事故管理導則和事故預測功能，導則評估人員可以更加準確評估機組狀態，減輕其工作壓力，提高緩解措施的準確性。 對于多機組嚴重事故，網絡化的管理平臺為嚴重事故處置提供了有力支持，為秦山核電多機組嚴重事故管理奠定了基礎。