白志強

(海南核電有限公司,海南 昌江 572733)

在福島核事故發(fā)生時，日本核應急平臺SPEEDI在應急監(jiān)測預測及應急響應決策等方面都發(fā)揮了一定的作用，但同時也反映了一些不足，其中一點是:核應急平臺必須與其他平臺結合，才能及時有效地應對復雜情況下的核事故[1]。對此，為保障實現(xiàn)核應急工作最終目的，海南昌江核電廠結合現(xiàn)有平臺開發(fā)情況，針對應急響應情況下的巨量數(shù)據(jù)采集、分析、顯示任務和信息流轉(zhuǎn)需要，同時考慮與日常應急準備需求兼容，組織開發(fā)了海南昌江核電廠應急輔助決策系統(tǒng) (以下簡稱 “系統(tǒng)”)。

1 系統(tǒng)設計要求

系統(tǒng)設計要求主要包括可靠性、安全性、開放性、可擴展性、易用性等方面[2]。

1)可靠性:系統(tǒng)關鍵硬件設備需滿足冗余設計，可保障系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運行。系統(tǒng)軟件需采用標準化、組件化的開發(fā)方法，設計科學的軟件架構，降低出錯概率。

2)安全性:通過設置防火墻等方式，進行網(wǎng)絡保護和數(shù)據(jù)隔離，實現(xiàn)通訊安全防護。通過設置權限管理等，防止盜用。

3)開放性:支持 TCP/IP、網(wǎng)絡DDE、OPC等開放通訊協(xié)議，可以針對特定設備進行定制開發(fā)通訊接口;系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫支持多種文件格式，便于數(shù)據(jù)導入導出功能的實現(xiàn)。

4)可擴展性:系統(tǒng)配置留有適當余地，便于功能的調(diào)整和修改。硬件配置考慮可方便增加工作站、可進行功能或規(guī)模擴展。支持開發(fā)第三方應用、支持用戶自定義文件模板、報表等。

5)易用性:系統(tǒng)軟件提供圖形化的操作界面，可通過鼠標完成大部分操作;各種人機數(shù)據(jù)顯示、報警、人機交互操作等，均從信息全面性、安全性、易用性角度考慮。

2 系統(tǒng)架構和主要功能

2.1 系統(tǒng)架構

2.1.1 系統(tǒng)硬件架構

系統(tǒng)硬件部分主要包括計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)，計算機系統(tǒng)包括通訊服務器、數(shù)據(jù)服務器、應用服務器、堆芯損傷評價服務器以及相應的計算機終端、打印機等，系統(tǒng)構成及硬件布置見圖1。

圖1 應急輔助決策系統(tǒng)硬件架構Fig.1 The hardware architecture of emergency auxiliary decision system

2.1.2 系統(tǒng)軟件架構

系統(tǒng)軟件采用C/S+B/S組合架構，分為數(shù)據(jù)層、接口層、功能模塊層、展現(xiàn)層四個層次(見圖2)，通過這種層次設計，使得軟件功能具備可配置、后期可擴展性。

2.2 系統(tǒng)主要功能

2.2.1 數(shù)據(jù)通訊與管理

主要包括數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸、顯示、調(diào)用管理。數(shù)據(jù)類型包括模擬量、開關量、字符串變量等。數(shù)據(jù)內(nèi)容包括機組關鍵安全功能參數(shù)和報警信號、氣象數(shù)據(jù)、輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)以及二次分析計算后的源項數(shù)據(jù)、事故后果評價信息等，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)實時性與安全性要求的不同，將其存儲到不同的數(shù)據(jù)庫中，可以通過流程圖、表格等方式在人機界面進行顯示，也可以按要求向場外主管、監(jiān)管單位實時發(fā)送。

圖2 系統(tǒng)軟件架構Fig.2 System software architecture

2.2.2 輔助判斷

包括應急狀態(tài)輔助判斷以及機組關鍵安全功能的輔助判斷。系統(tǒng)從電廠DCS系統(tǒng)、KRS系統(tǒng)、事故后果評價系統(tǒng)、堆芯損傷評價系統(tǒng)或以人機交互的方式獲得判斷應急狀態(tài)所需參數(shù)，并與應急行動水平比較，經(jīng)邏輯判斷后實現(xiàn)應急狀態(tài)等級輔助判斷?？蛇x取反映機組關鍵安全功能的參數(shù)與運行技術規(guī)格書中的安全限值進行比較，對各機組的核功率水平、堆芯冷卻、通過二回路系統(tǒng)對反應堆冷卻劑的熱量排出、反應堆冷卻劑的裝載量、安全殼的完整性等參數(shù)進行監(jiān)視，實現(xiàn)反應性控制、堆芯冷卻、主回路完整性、主回路冷卻失效、安全殼完整性等的輔助判斷。

2.2.3 事故診斷和評價

通過與堆芯損傷評價系統(tǒng)和事故后果評價系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口和通訊，實現(xiàn)堆芯損傷評價和環(huán)境事故后果評價信息的有效共享，為應急響應提供決策支持。系統(tǒng)能夠提供堆芯損傷計算和事故后果計算輸入的數(shù)據(jù) (包括在線和離線兩種方式)，能夠為事故診斷和評價結果數(shù)據(jù)提供顯示畫面。

2.2.4 應急信息發(fā)布與流轉(zhuǎn)

系統(tǒng)可以實時發(fā)布重要應急響應信息后在各個終端查看，能夠?qū)崿F(xiàn)應急通知報告的網(wǎng)上編制、自動填寫及電子簽批發(fā)布流程，可以實現(xiàn)歷史發(fā)布信息及報告的查詢和存檔管理等。

2.2.5 應急演習模擬

系統(tǒng)通過與核電廠全范圍模擬機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊連接，開發(fā)模擬氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員清點數(shù)據(jù)導入功能，實現(xiàn)應急演習所需的模擬數(shù)據(jù)配置，可以保持演習畫面及響應行動與事故響應畫面和流程的一致，并通過標識明顯區(qū)分，用于應急準備階段的演習操作使用。

2.2.6 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)設置管理功能，以便系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)的用戶信息、代碼、權限、日志和設備運行狀態(tài)進行日常維護和管理。主要包括用戶管理、權限管理、時鐘同步等，保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

3 系統(tǒng)建設關注問題

3.1 系統(tǒng)間接口管理

系統(tǒng)連接DCS系統(tǒng)以獲取機組相關參數(shù);連接模擬機獲取機組模擬數(shù)據(jù);連接KRS系統(tǒng)獲取氣象數(shù)據(jù)及輻射環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù);連接場外應急平臺，提供重要機組數(shù)據(jù)，同時獲取氣象數(shù)據(jù)等;提供堆芯損傷評價計算輸入?yún)?shù)，讀取源項數(shù)據(jù)和評價結果;為環(huán)境事故后果評價、操作干預水平計算提供氣象數(shù)據(jù)和源項數(shù)據(jù)，評價結果在系統(tǒng)中斷顯示和調(diào)用;與時鐘系統(tǒng)接口，對系統(tǒng)范圍內(nèi)的所有計算機進行校時。因為不同系統(tǒng)并非統(tǒng)一建設，多平臺集成帶來的數(shù)據(jù)通訊接口、功能兼容，對系統(tǒng)安全性、開放性、可擴展性方面帶來較大挑戰(zhàn)。

3.2 機組數(shù)據(jù)清單的梳理

系統(tǒng)主要從DCS二層系統(tǒng)獲取用于實現(xiàn)系統(tǒng)功能的相關數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)清單的確定需要結合系統(tǒng)相關功能，應該包括根據(jù)核電廠應急行動水平專項報告分析得到的核電廠應急狀態(tài)等級判斷所需要的相關參數(shù)，堆芯損傷評價和事故后果評價計算所需要的部分輸入?yún)?shù)，機組關鍵安全功能參數(shù)以及外部監(jiān)管單位和場外應急組織應急平臺建設需場內(nèi)配合提供的數(shù)據(jù)，同時應考慮相關數(shù)據(jù)信息從DCS二層獲取并傳輸?shù)目蓪崿F(xiàn)性。

3.3 應急狀態(tài)輔助判斷功能的實現(xiàn)

應急狀態(tài)輔助判斷功能的實現(xiàn)關鍵在于數(shù)據(jù)的獲取和判斷邏輯的制定。這就要求編制核電廠應急行動水平時要確定應急行動水平中的數(shù)據(jù)點以及判斷邏輯，但并非所有的應急行動水平都是通過測量值的邊界或報警信號來表征，所以應急輔助判斷不可能實現(xiàn)完全自動化，可以針對有判斷邏輯的應急行動水平建立，對與此種情況，可以把針對每一條應急行動水平的前提條件列出來，并確定 “與”“或”關系，在判定應急狀態(tài)時輔助決策系統(tǒng)彈出響應的界面加以提示，可以起到輔助判斷的功能，從而在一定程度上增加判斷的準確性。

3.4 人機界面設計與實現(xiàn)

人機交互界面是系統(tǒng)操作人員與整個系統(tǒng)進行工作交互的主要途徑，在核事故發(fā)生的情況下，對系統(tǒng)人機界面有著比普通數(shù)字界面更高的要求[3]。因此，對于應急系統(tǒng)來說，人機界面的設計與實現(xiàn)尤為重要。系統(tǒng)開發(fā)設計時需充分考慮系統(tǒng)針對的用戶群體，要求界面簡潔易用，系統(tǒng)界面盡量與電廠其他系統(tǒng)界面風格保持一致，從而減輕培訓工作的難度，也從一定程度上減少人因失誤的可能。

4 系統(tǒng)應用效果及改進建議

4.1 系統(tǒng)應用效果

按照設計要求及功能需求，海南昌江核電廠應急輔助決策系統(tǒng)完成設計開發(fā)及安裝調(diào)試后投入使用。在日常情況，系統(tǒng)實時獲取機組數(shù)據(jù)和環(huán)境氣象數(shù)據(jù)，并在各個應急功能房間內(nèi)布置的終端上畫面顯示，同時可以向國家核安全局、海南省核應急辦傳輸數(shù)據(jù);系統(tǒng)管理人員可以實時查看報警信息、應急狀態(tài)輔助判斷提示信息，可以根據(jù)需要增減數(shù)據(jù)點位、修改畫面顯示信息。在應急演習應用中，系統(tǒng)可以由正常運行模式一鍵切換至應急演習模式，畫面完全一致;模擬機數(shù)據(jù)及手動導入數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)畫面顯示并自動隨時間變化;應急指揮部成員可以通過瀏覽系統(tǒng)終端畫面信息，及時根據(jù)提示完成應急狀態(tài)的正確判斷，可以實時查看機組關鍵安全功能狀態(tài)參數(shù)、堆芯損傷評價結果、后果評價計算結果，為應急響應決策找到數(shù)據(jù)支撐和科學依據(jù);可以通過系統(tǒng)發(fā)布重大響應信息，簽批通知報告，減少了紙質(zhì)信息報送量，減低了出錯幾率，為快速有效響應提供了一定保障。不過，在實際應用中，也發(fā)現(xiàn)了一些存在的問題，以及系統(tǒng)可進一步優(yōu)化擴展的空間。

4.2 系統(tǒng)改進建議

4.2.1 數(shù)據(jù)傳輸中斷報警功能

系統(tǒng)通過幾個獨立的數(shù)據(jù)采集、中轉(zhuǎn)、發(fā)送軟件，實現(xiàn)機組關鍵安全功能數(shù)據(jù)由DCS二層向場外監(jiān)管單位的實時發(fā)送，在系統(tǒng)實際運行過程中，多次出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷未能及時主動發(fā)現(xiàn)的情況。通過開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸中斷報警功能，在數(shù)據(jù)中斷后及時報警提醒系統(tǒng)管理人員，可有效保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)持續(xù)傳輸。

4.2.2 應急演習情景庫軟件融合

福島核事故后，為提高核電廠嚴重事故應對能力，加強應急演習實戰(zhàn)效果，在監(jiān)管部門推動下，核電廠廣泛開展核事故應急情景庫研究應用[4]。未來，為提高易用性，情景庫的電子化、軟件化已成趨勢。在情景庫軟件開發(fā)過程中，考慮與決策系統(tǒng)平臺融合，充分利用現(xiàn)有的模擬機數(shù)據(jù)傳輸顯示及模擬數(shù)據(jù)導入功能，將情景庫導入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存數(shù)并可以隨時、隨機調(diào)用，為提高演習實戰(zhàn)效果提供可能，同時記錄演習過程中的關鍵響應內(nèi)容，為應急響應提供參考。

4.2.3 應急響應內(nèi)容電子化

現(xiàn)有系統(tǒng)主要針對應急情況下的大量信息處理以及集成顯示，應急響應人員對系統(tǒng)的操作、對響應任務的理解，主要依靠日常參加的應急啟動與響應培訓及演練經(jīng)驗。當人員經(jīng)驗不足時，依然無法避免響應失效、失誤的情況。對此，可以在不降低應急人員能力要求情況下，通過在系統(tǒng)數(shù)據(jù)中存儲關鍵響應邏輯、響應任務單元、響應任務說明，在演習或事故應對中，系統(tǒng)可以實現(xiàn)響應任務單電子流轉(zhuǎn)，響應任務自動提醒以及關鍵響應環(huán)節(jié)錯誤報警，保障應急響應準確性。

4.2.4 PC終端向移動終端擴展

目前，系統(tǒng)終端均布置在幾個相關的應急響應功能房間內(nèi)。在傳統(tǒng)PC終端逐步邁向手持移動終端的科技大趨勢下，核電廠可在保證系統(tǒng)安全性、可靠性的前提下，保留PC終端，同時擴展開發(fā)系統(tǒng)軟件B/S架構部分，實現(xiàn)在移動終端瀏覽關鍵應急信息、接受應急響應任務、從應急響應現(xiàn)場傳回人員清點數(shù)據(jù)、機組搶修畫面等實時信息并顯示，為應急響應的快速、科學、有效提供支持。

4.2.5 應急準備綜合管理

在日常應急準備管理中，可以借助系統(tǒng)現(xiàn)有硬件配置基礎，擴展開發(fā)應急準備綜合管理模塊，動態(tài)管理應急響應人員資格任命、應急O(jiān)NCALL排班、應急人員培訓演練記錄、以及應急文件版本更新等，實現(xiàn)在系統(tǒng)人機界面實時查閱，為應急響應任務安排提供信息參考。

5 結 論

海南昌江核電廠應急輔助決策系統(tǒng)建設考慮了福島核事故應急響應經(jīng)驗反饋，在現(xiàn)有應急平臺開發(fā)基礎上，實現(xiàn)了多平臺集成和綜合應用。系統(tǒng)建設過程中，滿足了可靠性、安全性、開放性、可擴展性、易用性等設計要求，采用科學的硬件配置和軟件架構，克服了接口繁雜、數(shù)據(jù)傳輸需求多、顯示內(nèi)容多帶來的挑戰(zhàn)，解決了基于應急行動水平的應急狀態(tài)輔助判斷功能開發(fā)難題，在人機界面開發(fā)方面也充分考慮了使用對象及易用性等。最終，系統(tǒng)各項設計功能按照需求完成開發(fā)建設，并在日常維護及應急演習過程中得到應用，實際應用效果表明，系統(tǒng)在保障應急決策科學性、提高應急響應速率、降低應急響應出錯幾率等方面起到重要作用。但是，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中斷報警、應急響應流程電子化、與情景庫軟件融合、應急準備綜合管理以及系統(tǒng)終端擴展等方面，仍有進一步改進拓展的空間。