数字核电功能规划与架构设计

打造"数字核电"是当前各核电集团发展的重要目标之一,是贯彻国家"互联网+"战略的举措,已成为核电企业信息化建设的核心内容。本文从核电企业业务需求出发,从顶层对数字核电的功能与应用目标进行规划,提出数字核电的顶层架构,并对数字核电的应用效果与价值进行探讨,为有效推进数字核电项目提供支持。

从先进核电厂仿真器到数字核电厂之现状与发展方向

进入21世纪后各种尖端科技进展很快,例如高性能计算能力、超高速网络、云平台等。本文探讨如何应用这些尖端科技,进行从先进核电厂工程仿真器往上提升成为数字核电厂之初期规划与发展方向。

数字化核电厂主控室软操作任务分析

核电厂数字化后,操纵员在计算机界面进行监视、评估与操纵,需要进行大量软操作。为全面了解数字化核电厂主控室软操作任务特征,基于操纵员任务类型以及NUREG/CR-6690,确定操纵员软操作类型。然后以某核电厂丧失给水事件复训为例,分析其反应堆操纵员(RO)和汽轮机操纵员(TO)的软操作特征。实例分析结果表明:TO软操作、界面管理任务和主任务次数大于RO;操纵员界面管理任务次数大于主任务次数;操纵员软操作工作负荷与任务有关,且不同工况下操纵员工作负荷存在差异;操纵员界面管理任务中,导航和查询/质问占比最大。

纸质规程下数字化核电厂界面管理任务研究

为全面了解纸质规程下数字化核电厂界面管理任务特征,首先,基于NUREG/CR-6690以及操纵员在计算机屏幕上的点击行为,确定5类12条界面管理任务;然后,以某核电厂某班组复训过程操纵员监视与操纵行为为研究对象,利用INTERACT软件对反应堆操纵员(RO)和汽轮机操纵员(TO)的界面管理任务和主任务进行统计与分析。实例分析结果表明:RO和TO界面管理任务均多于主任务,分别占各自总任务的69.3%和82.3%;正常运行工况下,RO与TO界面管理任务占比均超75%,事故运行工况下,TO界面管理任务占比均超81%;RO与TO相比需要执行更多的界面管理任务;RO和TO画面调整和配置次数较少,导航和查询/质问次数最多;在事故运行工况下,TO较多采用自动化执行监视、评估和操纵任务。

数字化核电型号研发过程中的风险识别与管控

核电数字化转型是核电产业发展的必然趋势,也是高质量发展的内在需求和重要支撑。某数字化核电型号研发属于重大牵引性项目,其风险管控是重要科研管理工作。文章以型号研发的重要内容之一——数字化应急程序界面开发风险管控为案例,全面、深入、透彻地开展风险研究,包括风险发生的原因、关键因素及风险、风险管理措施、风险评估结果等方面。该案例有效实现对重大风险的防范和化解,为项目顺利推进做出重要贡献,具有良好的风险管控借鉴价值。

基于VACP的数字化核电厂主控室操纵员工作负荷评价

为合理评估数字化核电厂主控室操纵员工作负荷,识别规程执行过程高工作负荷子任务,降低人因失误,基于多资源理论,结合基于状态导向规程(SOP)的数字化核电厂任务执行特征,总结获得适用于分析SOP数字化核电任务工作负荷的VACP量表,并确定工作负荷计算方法,最后以某SOP数字化核电厂蒸汽发生器传热管事故(SGTR)为例进行应用。结果表明:事故诊断与处理过程工作负荷约为31%,任务执行过程视觉和认知占据大部分资源;在事故诊断和安全壳喷淋系统监控执行过程中,工作负荷较大;操纵员基于规程判断各设备状态、信息记录及与班组人员进行沟通时,工作负荷较大。本研究所获得的操纵员工作负荷评价方法为合理化评估数字化核电任务工作负荷提供了方法支持。

数字孪生技术在核电站的应用分析

未来核电站向着数字化、智能化发展,“少人值守、智能监测”将广泛应用于核电站运行管理。利用数字孪生技术,可以对实体核电站和孪生核电站的数据进行交换分析,促进核电站的运行管理和监测,更好地确保反应堆运行安全。本文介绍了数字孪生核电站的建模对象、构架、实现手段,对孪生核电站的建模技术、仿真技术、数据处理、优化迭代等多种技术进行分析;数字孪生技术在核电设计、建造、运维、性能优化等领域的应用可以促进核电站性能提升。分析表明数字孪生技术将广泛应用在智慧核电的建设中,数字孪生技术将有力支撑现代化核电站的运行管理,支撑核电企业数字化转型发展。

新形势下核电企业数字化转型的建设思考

随着内外部环境不断变化,核电企业管理者愈发认识到数字化转型的重要性,核电企业全面数字化转型已迫在眉睫。文章介绍了核电企业开展数字化转型所面临的新形势,从技术基础、管理基础、数据基础和安全基础四个方面对核电企业的相关领域建设现状进行评估,提出了从工程建设、生产运营和资源保障三个领域进行数字化提升的建设方向。在数字新基础设施建设、网络及信息安全保障、专用关键技术研发、组织资源及模式转换四个维度提出关键措施。分析了数字化转型在目标、路径、机制、能力四个层面面临的难点,并提出以设计思维、顶层设计、渐进式机制建设、内外部能力整合的应对方式。最终对核电企业数字化转型的未来进行了总结和展望。

数字化核电厂操纵员监视行为可靠性分析及其应用

为了建立数字化核电厂操纵员监视行为可靠性量化模型,在分析电厂数字化主控室设计特征和操纵员监视行为的基础上,结合监视活动过程与规律,将监视行为可靠性划分为屏幕间转移可靠性、屏幕内信息搜索转移可靠性和信息察觉可靠性3部分。基于Senders的监视理论建立了屏幕间转移可靠性计算模型;基于注意力资源分配理论建立了屏幕内信息搜索转移可靠性计算模型;考虑行为形成因子(PSF)的因果关系,基于贝叶斯网络建立了信息察觉可靠性计算模型,并给出了'误安注'场景下监视可靠性计算应用实例。结果表明,建立的监视行为可靠性模型既能客观地描述操纵员监视过程,又能给出其可靠性量化结果,克服了传统方法的不足,提高了人因可靠性分析的精度,为数字化主控室操纵员监视行为可靠性分析与工程应用提供了理论与技术支持。

基于人因可靠性的核电厂数字化人机界面功能单元数量优化方法

核电厂数字化人机界面功能块中的构件数量给操纵员带来了极大负荷并影响人误事件的发生。本文对功能块中的参数数量建立了一完整的优化流程图,对流程图中的几个关键部分进行详细研究:对因子数量采用动态模糊分段法产生模糊数量段;在模糊数量段因子的搜索中,建立了模糊数量段的取中查找提取方法,大幅提高了搜索性能;对人机界面参数量设计了失误亲和率函数。试验结果表明:模糊数量段的取中查找提取方法明显优于顺序查找提取方法,失误亲和率函数具有较好的稳定性、收敛性及灵敏度。

核电厂数字化仪控系统软件可靠性定量评估研究

本文依据IEEE std 1633标准,对Schneidewind软件可靠性模型进行研究,将该模型应用于核电厂数字化仪控系统软件可靠性定量评估,并评价该模型对于核电厂数字化仪控系统软件可靠性定量评估的适用性。本文结合某堆型核电厂数字化仪控系统典型功能模块软件故障数据,代入Schneidewind模型,对软件可靠性进行定量评估。本文介绍的工作对进一步开展数字化仪控系统软件可靠性研究具有积极意义。

数字化核电厂班组SSA测度方法与实验研究

情景意识(SA)问题在数字化核电厂中更为突出。为识别班组共享情景意识(SSA)水平及行为形成因子(PSF)对班组SSA的影响,基于情景意识全面评估技术(SAGAT)建立一种班组SSA测量和计算方法并进行模拟机实验。结果表明,个体SA(ISA)水平与SSA水平有关,ISA级别越高,SSA级别越高;ISA和班组SSA都受到PSF的影响,PSF的状态水平越高,ISA和SSA的水平越高;对于不同的实验场景,操纵员的ISA水平和班组SSA水平不同,这表明风险场景的症状越明显及知识经验水平越好,ISA和SSA水平就越高。最后,通过被试的自评价识别当前PSF的状态水平,主要不良的PSF是班组沟通和合作水平、压力水平、人-机界面等。这些评估结果为提高数字化核电厂人因可靠性和安全水平提供了理论支持。

数字化核电厂班组情景意识可靠性评价方法

班组情景意识(TSA)水平是影响班组可靠性的重要原因。为更客观地定量评价数字化核电厂TSA水平,通过定性分析和专家组讨论构建TSA因果概念模型,发展基于贝叶斯网络的TSA可靠性评价方法。该评价方法不仅考虑了行为形成因子(PSF)的相对权重,且发展了分别用于确定中间变量和二值变量条件概率的方法,使获得的概率数据更为客观合理。通过案例分析说明该方法的具体应用。结果表明,该方法不仅能很好地模拟PSF与TSA可靠性之间的因果关系,且在给定事故情景下能定量对TSA可靠性进行评价,并能识别出引发TSA失误的最重要原因,为人因失误预防提供理论支持。

核电数字化保护系统模拟量输入卡件的设计

文章以核电数字化保护系统模拟量输入卡为例,在遵循核级硬件、软件设计准则的基础上,研究核级卡件的功能划分及设计方法。通过此卡件原理样机的开发,探索核电数字化仪控系统设备研发的关键设计技术,从而为实现我国核电数字化保护系统的自主化提供一些思路。

提升人因可靠性水平 促进数字化核电厂安全保障——评《数字化核电厂人因可靠性》

核安全是国家安全的重要组成部分。《中华人民共和国核安全法》规定:核设施营运单位和核安全有关科研机构,应当持续开发先进、可靠的核安全技术,充分利用先进的科学技术成果,提高核安全水平。岭澳二期核电厂是世界上首座采用全数字化控制系统且使用状态导向事故处理规程的核电厂,投运后遇到了一系列新问题和新挑战,特别在人因可靠性方面。因此,中广核核电运营有限公司设立了“岭澳二期核电厂DCS+SOP人因可靠性分析”项目,并委托湖南工学院张力教授团队开展相关研究工作,以提升该类核电厂的安全可靠运行水平。本人时任中广核核电运营有限公司副总经理,曾组织核电厂相关部门和人员配合、参与了此项研究工作。

对利用三维协同设计技术构建数字化核电的探讨

三维设计技术、协同设计技术的应用,为数字化核电建设提供了技术支持。本文对数字工程管理平台、数字化电厂模型、跨专业数据集成、标准编码体系等数字电厂实施内容进行了探究,提出了网络通讯、不同平台整合、数据信息关联等关键点,为核电相关设计人员人们提供参考。

适用于核电厂数字化仪控系统的RAMS管理体系方案设计

核电厂数字化仪控系统是核电厂的神经中枢,其RAMS特性直接关系到核电厂的整体安全性。作为大型复杂工程系统,核电厂数字化仪控系统的RAMS管理工作对其RAMS特性的提升非常重要。我国核电领域对于核电厂数字化仪控系统如何开展RAMS管理工作的研究目前处于起步阶段,尚无可指导具体工作的标准或指南。基于IEC 60300-1等RAMS管理标准给出的理论,借鉴航空航天、铁路在RAMS管理方面取得的成果,并结合广利核公司在核电厂数字化仪控系统自主化过程中的RAMS实践经验,提出了一套适用于核电厂数字化仪控系统全生命周期活动的RAMS管理体系方案,包括RAMS管理机构方案、RAMS管控方案和RAMS管理运行评估方案,实践结果表明,使得RAMS活动的标准化程度显著提高,工作成果质量得到保障,最有价值的缺陷识别率大幅提升,后期返工情况减少,降低了生命周期成本,具有良好的推广价值。

核电数字化保护系统软件的模块化设计

核电数字化保护系统软件设计的透明性、准确性以及一致性是提高核级软件可靠性的重要保障。根据保护系统软件实现的数据采集与调理、处理、监控和冗余等功能,对保护系统核级软件进行了模块化划分,并在核电数字化仪控系统平台上实现。通过该文的探索,为国内反应堆保护系统的自主化提供一些设计思想。

基于核电厂数字化仪控系统的电磁兼容RS和CS鉴定试验探究

主要探究在RS和CS试验条件下,从工程系统设计、电路设计及PCB设计3个方面,通过控制变量法,基于单一因素比对鉴定试验,分析总结出电磁干扰对核电厂数字化仪控系统的影响因素、产生原因及改善方法。提出了一种EMC问题的解决思路——将系统性的EMC问题,分解到具体的因素上,进行定位、分析、整改,由此提高了EMC问题的定位、解决效率。基于该种思路,已完成大亚湾核电站等多个项目的EMC试验,有效降低了EMC问题的定位难度和时间,提高了解决的效率,为今后核电数字化仪控系统EMC试验的通过及出现问题后的整改提供了一种思路。

基于费茨定律的数字化核电厂操作员绩效定量评价方法研究

提出一种评价数字化核电厂操纵员操作绩效的新方法并进行了实验验证.基于数字化核电厂操纵员的基本操作,模拟四种基本操作:良好环境下切屏点击、干扰环境下切屏点击、良好环境下不同距离与角度阀门点击、干扰环境下不同距离与角度阀门点击.通过专家打分确定各项操作的初步绩效权重,再由熵值法进行调整,克服了其它权重法不能随着具体情况的变化而变化的缺点.实验结果表明,该方法能对数字化核电厂操纵员的绩效进行定量、有效地评估,既能用于各数字化核电厂对主控室操纵人员的选拔,又能用于对在岗操纵员进行绩效考核,可以在数字化核电厂中得到广泛应用.