劉雪陽(yáng)，張 力,,*，鄒衍華，陳 帥，洪 俊

(1.南華大學(xué) 核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001； 2.湖南工學(xué)院 人因與安全工程研究院，湖南 衡陽(yáng) 421002)

電網(wǎng)需根據(jù)用電負(fù)荷的變化而要求發(fā)電部門(mén)相應(yīng)改變發(fā)電機(jī)組的出力，不同類型的發(fā)電機(jī)組其實(shí)現(xiàn)調(diào)峰運(yùn)行的方式有所差異?；痣姀S參與電網(wǎng)調(diào)峰主要通過(guò)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行、兩班制啟停運(yùn)行、少汽無(wú)功運(yùn)行以及低速旋轉(zhuǎn)熱備用運(yùn)行等4種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。水電站參與電網(wǎng)調(diào)峰主要通過(guò)控制水流量來(lái)改變發(fā)電功率。核電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行則需通過(guò)改變核反應(yīng)堆控制棒位置或調(diào)整冷卻劑的硼溶液濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)功率升降，但頻繁的功率快速調(diào)節(jié)可能對(duì)反應(yīng)堆系統(tǒng)產(chǎn)生較大沖擊，加劇反應(yīng)堆壓力容器的輻照脆化和系統(tǒng)某些關(guān)鍵部件的金屬疲勞，影響核電廠安全運(yùn)行且降低機(jī)組設(shè)備的壽命[1]。相較于其他電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰的運(yùn)行原理和特性，核電廠由于系統(tǒng)硬件/功能不足，導(dǎo)致在調(diào)峰過(guò)程中極易誘發(fā)高風(fēng)險(xiǎn)事故。因此需系統(tǒng)評(píng)價(jià)核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰對(duì)操縱員人因可靠性帶來(lái)的可能影響，進(jìn)而分析現(xiàn)有的人因可靠性分析(human reliability analysis, HRA)方法能否適用于調(diào)峰運(yùn)行背景下的人員可靠性分析。

本文基于核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行背景下主控室操縱員操作任務(wù)特性，從定性分析程度、定量分析水平、可追溯程度及可用性4個(gè)方面，對(duì)典型HRA方法進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)其在調(diào)峰運(yùn)行背景下的適用性進(jìn)行研究，為建立或改進(jìn)調(diào)峰運(yùn)行背景下HRA方法打下基礎(chǔ)。

1 主控室操縱員操作任務(wù)特性

為探討現(xiàn)有HRA方法在調(diào)峰運(yùn)行背景下的適用性，首先分析調(diào)峰運(yùn)行背景下主控室操縱員操作任務(wù)特性和相關(guān)的行為形成因子(performance shaping factor, PSF)，對(duì)比與常規(guī)工況下操作任務(wù)的差異。

核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰后，會(huì)頻繁進(jìn)行升降功率操作，相對(duì)于常規(guī)工況下的操作任務(wù)，其在操縱員培訓(xùn)方式、操作任務(wù)類型、操作負(fù)荷等方面均發(fā)生了變化，具體表現(xiàn)如下。

1) 操作任務(wù)更復(fù)雜，操作時(shí)間窗口小

功率持續(xù)快速變化是核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰運(yùn)行的一個(gè)顯著特征，此種情況下的升降功率操作對(duì)操縱員要求更高，要在短時(shí)間內(nèi)，以30～50 MW/min的速率升降功率[2]，在此過(guò)程中，還需同時(shí)監(jiān)視許多不同操作界面的參數(shù)，獲取實(shí)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)，操縱員需打開(kāi)設(shè)備操作窗口、點(diǎn)擊操作指令、確認(rèn)操作指令、執(zhí)行操作指令、關(guān)閉操作窗口等，維持系統(tǒng)在規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行[3]。

常規(guī)工況下，操縱員進(jìn)行啟停堆操作時(shí)，主要通過(guò)硼酸來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆升降功率速率；在調(diào)峰操作過(guò)程中，操縱員主要通過(guò)控制棒來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)堆升降功率速率[4]。由于調(diào)節(jié)硼酸濃度和控制棒相比反應(yīng)更為緩慢，因此功率穩(wěn)定性更好。進(jìn)行控制棒調(diào)節(jié)時(shí)，升降功率速率快，反應(yīng)性波動(dòng)大，操縱員所需監(jiān)視的參數(shù)增多，導(dǎo)致調(diào)峰操作任務(wù)更復(fù)雜，操作的時(shí)間窗口也大為減小。

2) 操縱員操作方式的變化

在常規(guī)工況下，操縱員進(jìn)行操作時(shí)只需按照操作計(jì)劃，找到對(duì)應(yīng)的操作規(guī)程進(jìn)行操作。當(dāng)核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰后，遇到突發(fā)性調(diào)峰任務(wù)時(shí)，主控室操作班組中值長(zhǎng)需根據(jù)實(shí)際情況臨時(shí)制定調(diào)峰的操作策略，而不再按照原有計(jì)劃進(jìn)行操作，這導(dǎo)致操縱員操作方式發(fā)生變化。

3) PSF增多

執(zhí)行調(diào)峰任務(wù)的操縱員行為一般分為監(jiān)測(cè)和察覺(jué)、理解和感知、決策、執(zhí)行及團(tuán)隊(duì)協(xié)作5個(gè)部分[5-7]，除HRA中常規(guī)的規(guī)程/導(dǎo)則、電廠信息、決策難度、負(fù)面影響和決策時(shí)間5個(gè)PSF外，還識(shí)別出了團(tuán)隊(duì)有效性、可用時(shí)間、執(zhí)行難度以及資源4個(gè)PSF對(duì)操縱員執(zhí)行調(diào)峰任務(wù)的限制。

4) 工作負(fù)荷變化

在工作負(fù)荷方面，核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰初期，相比于常規(guī)工況操縱員進(jìn)行反應(yīng)堆啟動(dòng)或停堆，由于時(shí)間壓力的增大，導(dǎo)致操縱員心理負(fù)荷大幅增加，且體力負(fù)荷也由于頻繁的升降功率而增加[8]。核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰中后期，由于操縱員對(duì)調(diào)峰任務(wù)熟悉程度的增加，時(shí)間壓力對(duì)操縱員影響降低，操縱員的心理負(fù)荷將會(huì)大幅減少，但體力負(fù)荷與初期相比變化不大。

2 HRA方法適用性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

HRA方法是一種對(duì)人對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)進(jìn)行定性和定量評(píng)估的方法，目的在于識(shí)別、建模和量化事故場(chǎng)景中的人因失效事件[9]。HRA方法起源于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，從最開(kāi)始研究行為導(dǎo)致的結(jié)果，發(fā)展到以人的認(rèn)知可靠性模型為研究熱點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)情境環(huán)境對(duì)人的認(rèn)知可靠性影響，再到現(xiàn)在基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬人員的行為，已形成了眾多的HRA方法[10]。但目前HRA方法并未針對(duì)調(diào)峰這一情境開(kāi)展針對(duì)性研究，未考慮調(diào)峰任務(wù)的動(dòng)態(tài)性，所以需重新考慮現(xiàn)有HRA方法在調(diào)峰運(yùn)行背景下的適用性。

分析現(xiàn)有HRA方法在調(diào)峰運(yùn)行背景下的適用性關(guān)鍵是要確定恰當(dāng)?shù)谋容^標(biāo)準(zhǔn)。Hendrickson等[11]提出了內(nèi)容有效性、可靠性、可追溯性、方法有效性、適應(yīng)性及實(shí)用性6個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)。Haney等[12]列出了以下6個(gè)指標(biāo)：資源需求、方法復(fù)雜性、敏感性分析的復(fù)雜性、方法的可靠性、表面效度和安全問(wèn)題的確定；Reiman[13]則把方法的準(zhǔn)確性與定性有用性作為衡量HRA方法的重要標(biāo)準(zhǔn)。張力[14]以滿足PSA本質(zhì)需求為基本原則，確立了方法有效性、可用性、可靠性及工程性這4個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)核管會(huì)(NRC)專家指出，一個(gè)完整的HRA方法應(yīng)包含：內(nèi)容的有效性、較好的因果模型、明確定義分析過(guò)程、充分覆蓋對(duì)人因失效事件的依賴性和恢復(fù)性、可靠性、分級(jí)分析能力、人因失誤概率的正確性、可追溯性/透明度、測(cè)試整個(gè)或部分模型和分析的能力以及可用性/實(shí)用性等屬性[9]。

這些比較標(biāo)準(zhǔn)存在很多交叉內(nèi)容，結(jié)合HRA方法的定義，一個(gè)HRA方法最根本的目的是要定性和定量地分析人對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)水平，并能很好地應(yīng)用在各場(chǎng)景，再基于調(diào)峰運(yùn)行背景下主控室操縱員操作任務(wù)特性，建立定性分析程度、定量分析水平、可追溯程度及可用性4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1 HRA方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Fig.1 Criteria of HRA method

3 HRA方法適用性分析

選取目前具有代表性的HRA方法，邀請(qǐng)7位國(guó)內(nèi)HRA專家(長(zhǎng)期從事HRA方法研究，工作經(jīng)驗(yàn)最少5年)，根據(jù)各自對(duì)HRA方法的理解，結(jié)合NRC文件NUREG-1792[15]、NUREG-1842[16]中HRA方法實(shí)踐的評(píng)價(jià)，來(lái)評(píng)估挑選出的HRA方法對(duì)給定標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，若符合或涉及該標(biāo)準(zhǔn)，打“√”，若不符合或不明確，則打“×”，針對(duì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)給出5個(gè)選擇(好，較好，一般，較差，差)。最終結(jié)果取5位及以上專家所贊同的意見(jiàn)，綜合整理后的結(jié)果列于表1。需要注意的是：1) 表1中只是專家根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)各方法打分的簡(jiǎn)化答案，其中√和×不能完全說(shuō)明該方法是完善或不完善的，均有可能進(jìn)行改進(jìn)；2) 由于追溯性暫時(shí)沒(méi)有明確的定義，暫時(shí)以定性追溯與定量追溯來(lái)區(qū)分，如果該方法能被定量追溯，則認(rèn)定該方法追溯性好。

表1 HRA方法的適用性比較Table 1 Comparison of applicability of HRA methods

3.1 人誤率預(yù)測(cè)技術(shù)

人誤率預(yù)測(cè)技術(shù)(technique for human error rate prediction, THERP)[17]提出了HRA事件樹(shù)和PSF的概念，通過(guò)將人員行為分解為一系列由規(guī)程或系統(tǒng)功能所規(guī)定的子任務(wù)，并對(duì)每個(gè)子任務(wù)賦以經(jīng)專家判斷或統(tǒng)計(jì)分析所得到的基本人誤概率(human error probability, HEP)，同時(shí)使用PSF在不確定性范圍內(nèi)對(duì)HEP進(jìn)行修正，進(jìn)而得到完成整個(gè)任務(wù)成功/失效的概率。然而THERP受制于認(rèn)知科學(xué)、心理學(xué)、行為學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展水平，在人因失誤機(jī)理分析、認(rèn)知行為建模等方面普遍存在局限性，不能很好地說(shuō)明調(diào)峰運(yùn)行背景下操縱員的行為失誤機(jī)制和操縱員在認(rèn)知方面受到的影響。

3.2 人誤評(píng)價(jià)與減少技術(shù)

人誤評(píng)價(jià)與減少技術(shù)(human error assessment and reduction technique, HEART)[18]采用一個(gè)面向PSF的量化框架，依據(jù)專家判斷，對(duì)給定任務(wù)的PSF劃分等級(jí)和權(quán)重，進(jìn)而利用數(shù)學(xué)模型對(duì)標(biāo)稱人誤概率進(jìn)行修訂以獲得最終的失誤概率。該方法未考慮PSF間的影響/因果關(guān)系，不能很好地反映PSF的動(dòng)態(tài)性，其局限性與THERP類似。

3.3 事故序列分析程序

事故序列分析程序(accident sequence evaluation program, ASEP)[19]是THERP的簡(jiǎn)化版，以時(shí)間可靠性相關(guān)為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算認(rèn)知/決策失效的HRA方法，主要目的是為獲得HEP的數(shù)量級(jí)估計(jì)。該方法缺少PSF對(duì)人因可靠性影響的機(jī)理研究及PSF與人因失誤的因果關(guān)系研究，不能說(shuō)明調(diào)峰運(yùn)行背景下操縱員的行為失誤機(jī)制和操縱員認(rèn)知方面受到的影響。

3.4 人誤分析技術(shù)

人誤分析技術(shù)(a technique for human error analysis, ATHEANA)[20]是為了彌補(bǔ)第1代HRA方法對(duì)執(zhí)行型失誤[21]研究不足而發(fā)展起來(lái)的，該方法將人的認(rèn)知過(guò)程劃分為感知、診斷、響應(yīng)3個(gè)階段，在這個(gè)認(rèn)知模型基礎(chǔ)上通過(guò)分析確定失誤誘發(fā)背景和不安全動(dòng)作。該方法未能說(shuō)明人員行為與動(dòng)態(tài)環(huán)境的交互特征；PSF的取值過(guò)分依賴于專家打分，不利于精確計(jì)算；在認(rèn)知模型中未闡明人-機(jī)交互過(guò)程中認(rèn)知行為的演化機(jī)制，不利于調(diào)峰運(yùn)行背景下操縱員HEP的計(jì)算。

3.5 認(rèn)知可靠性和失誤分析方法

認(rèn)知可靠性和失誤分析方法(cognitive reliability and error analysis method, CREAM)[22]采用情景依賴控制模型作為認(rèn)知模型基礎(chǔ)，將認(rèn)知功能分為觀察、揭示、計(jì)劃和執(zhí)行，將認(rèn)知控制模式分為混亂的、機(jī)會(huì)的、戰(zhàn)術(shù)的和戰(zhàn)略的，每類控制模式對(duì)應(yīng)1個(gè)認(rèn)知失效概率區(qū)間。該方法對(duì)PSF考慮不足，缺少層次化分類體系，導(dǎo)致局限性與ATHEANA類似。

3.6 標(biāo)準(zhǔn)化核電廠風(fēng)險(xiǎn)分析人因可靠性分析方法

標(biāo)準(zhǔn)化核電廠風(fēng)險(xiǎn)分析人因可靠性分析(standardized plant analysis risk-human reliability analysis, SPAR-H)方法[23-24]認(rèn)為情境環(huán)境通過(guò)影響人在完成任務(wù)時(shí)的診斷和執(zhí)行功能而決定最終的HEP，通過(guò)判定PSF的乘數(shù)，并結(jié)合診斷和執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)失誤概率來(lái)獲得HEP。雖然SPAR-H建立了一個(gè)明確的人員行為信息處理模型，且分析程序簡(jiǎn)潔易用，但其HEP的定量結(jié)果過(guò)于保守，不利于調(diào)峰運(yùn)行背景下操縱員HEP的計(jì)算。

3.7 班組動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型

班組動(dòng)態(tài)響應(yīng)(information, decision, and action in crew context, IDAC)模型[25]建立了PSF模型、認(rèn)知行為模型、基于動(dòng)態(tài)事件樹(shù)[26]的概率仿真方法及認(rèn)知響應(yīng)的因果模型，與事故動(dòng)態(tài)模擬(accident dynamic simulation，ADS)[27]程序結(jié)合，可模擬分析在事故進(jìn)程中各可能人員決策點(diǎn)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。盡管IDAC模型開(kāi)始考慮人員行為的動(dòng)態(tài)特性，但仍存在以下局限性：1) 缺乏對(duì)人的認(rèn)知過(guò)程的動(dòng)態(tài)性、PSF的動(dòng)態(tài)性和人-機(jī)交互的真實(shí)性描述；2) 沒(méi)有全面且合適地考慮PSF對(duì)人員行為的影響；3) 過(guò)于偏重從人的角度分析在人-機(jī)交互過(guò)程中操縱員的認(rèn)知行為響應(yīng)。

3.8 綜合決策樹(shù)人因事件分析系統(tǒng)方法

綜合決策樹(shù)人因事件分析系統(tǒng)(integrated decision-tree human event analysis system, IDHEAS)方法[28-29]整合了先進(jìn)的人員行為和認(rèn)知心理學(xué)的知識(shí)，通過(guò)構(gòu)建班組響應(yīng)樹(shù)和決策樹(shù)來(lái)提供1個(gè)具有可追溯性的HRA計(jì)算模型，在NUREG-2114[5]中對(duì)該方法的認(rèn)知理論基礎(chǔ)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，但該方法仍側(cè)重于對(duì)認(rèn)知過(guò)程的探究，未考慮認(rèn)知失誤機(jī)理的演化。

4 結(jié)果與討論

核電廠參與電網(wǎng)調(diào)峰后，由于系統(tǒng)運(yùn)行任務(wù)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致操縱員的行為模式、工作特征和工作要求等發(fā)生了變化，操作任務(wù)更復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的操作時(shí)間窗口變小，為了維持核電廠系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，操縱員需在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行一系列持續(xù)快速變化的操控任務(wù)來(lái)對(duì)多目標(biāo)和多參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，在操作過(guò)程中，也更強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，需要值長(zhǎng)根據(jù)任務(wù)需求的變化及時(shí)選取正確的操作方式。在此過(guò)程中，操縱員認(rèn)知負(fù)荷、心理負(fù)荷和體力負(fù)荷也會(huì)發(fā)生變化。這些與常規(guī)操作的不同之處，會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)行HRA方法不能完全在此背景下適用。

針對(duì)調(diào)峰運(yùn)行背景下核電廠操縱員的人因可靠性問(wèn)題，現(xiàn)行HRA方法主要存在以下缺陷：1) 對(duì)操縱員的認(rèn)知行為研究大多采用靜態(tài)分析技術(shù)，如HRA事件樹(shù)和決策樹(shù)，這樣的分析技術(shù)無(wú)法真實(shí)、全面地反映在連續(xù)高強(qiáng)度工作負(fù)荷下操縱員對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程中的認(rèn)知行為變化；2) 現(xiàn)有HRA方法中對(duì)PSF的考慮和處理無(wú)法滿足調(diào)峰運(yùn)行背景下的任務(wù)分析要求(深度不夠，考慮不足)；3) 分析中無(wú)法體現(xiàn)操縱員認(rèn)知行為在頻繁、快速的人-機(jī)交互過(guò)程中的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程；4) 現(xiàn)有HRA定量分析模型結(jié)構(gòu)普遍單一，模型的回溯性和預(yù)測(cè)性不足，缺乏不確定性定量分析；5) 缺乏相應(yīng)的人因可靠性數(shù)據(jù)。

本文研究了HRA方法在核電廠調(diào)峰運(yùn)行背景下的適應(yīng)性，但只針對(duì)現(xiàn)有的且常見(jiàn)的HRA方法進(jìn)行分析，沒(méi)有把現(xiàn)有HRA方法結(jié)合起來(lái)的可行性進(jìn)行分析，主要有以下原因：1) 新的HRA方法是在舊的HRA方法基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，一般是幾種舊方法結(jié)合而成的；2) HRA方法不能隨意結(jié)合，還應(yīng)充分考慮邊界、使用范圍等問(wèn)題，不能簡(jiǎn)單地結(jié)合。因此本文不討論幾種現(xiàn)有HRA方法結(jié)合起來(lái)一起使用的可行性。

5 結(jié)論

針對(duì)調(diào)峰的情境特點(diǎn)，現(xiàn)有HRA方法無(wú)法進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，主要由于：1) 操控任務(wù)持續(xù)快速變化給操縱員帶來(lái)了更大的認(rèn)知負(fù)荷、心理負(fù)荷及體力負(fù)荷，在已有HRA方法的PSF中與這些因素相關(guān)聯(lián)的因子有許多，但沒(méi)有某些明確的PSF，或是1個(gè)避免了重復(fù)性與交叉性的結(jié)構(gòu)化PSF集合來(lái)表征操控任務(wù)持續(xù)快速變化這一特點(diǎn)；2) 由于任務(wù)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)性、任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性以及人的認(rèn)知的模糊性，導(dǎo)致人員行為具有更大的隨機(jī)性和復(fù)雜性，而現(xiàn)有方法中對(duì)人員行為建模的處理手段均較為單一。因此，如何彌補(bǔ)現(xiàn)有分析技術(shù)不足，并建立一種新的HRA方法用來(lái)解決調(diào)峰運(yùn)行過(guò)程中操縱員的人因可靠性問(wèn)題是有必要的，且該方法應(yīng)滿足以下內(nèi)容。

1) 定性方面。針對(duì)調(diào)峰運(yùn)行背景下操縱員的任務(wù)特性，考慮PSF能明確表征操控任務(wù)持續(xù)快速變化這一特點(diǎn)，建立完善的PSF，建立合適的人員行為模型。

2) 定量分析方面。要精確合理地確定PSF的取值，以便計(jì)算出合理的HEP值，要充分考慮到計(jì)算過(guò)程中的不確定性。

3) 可追溯性。要有較好的可追溯性。

4) 可用性。能開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬程序，對(duì)調(diào)峰運(yùn)行背景下操縱員的行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)模擬分析。

5) 較好的可用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，方便研究人員查閱相關(guān)數(shù)據(jù)。

此外，可考慮把現(xiàn)有的HRA方法結(jié)合形成新的HRA方法，前提是充分考慮邊界、使用范圍等問(wèn)題。