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。

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。

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。

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。

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.

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。

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。

核电厂安全级数字化仪控系统设备鉴定样机的设计方法及实践

根据核安全法规规定,核电厂安全级数字化仪控系统在正式工程应用前必须经过设备鉴定,以确保核电厂安全级数字化仪控系统在规定的运行条件及环境条件下能完成其预定功能.对于设备鉴定一般首选方法为型式试验,但通常核电厂安全级数字化仪控系统规模较大,而且试验场地有限,完全按照1:1对核电厂安全级数字化仪控系统进行型式试验不现实且经济性不佳.某些标准规定可对有代表性的样品设备进行一系列型式试验,但缺乏具体指导.因此,依据标准总体要求,并结合核电厂安全级数字化仪控系统特点,首次提出一种设备鉴定样机的典型性设计方法,通过该方法设计的设备鉴定样机即能满足型式试验相关要求,又具备核电厂安全级数字化仪控系统的典型特征,能够代表核电厂安全级数字化仪控系统进行型式试验.目前,该设备鉴定样机的典型性设计方法已成功应用于国内多个核电站项目.

“华龙一号”数字化核电厂建设与研究

"华龙一号"是我国具有自主知识产权的三代核电品牌,代表了我国核电的历史积淀、现实荣耀以及未来基石。数字化建设需要做到承前启后,并作为"华龙一号"核心竞争力,助力"华龙一号"项目的腾飞。已经搭建的数字化设计体系、数字化工程体系在"华龙一号"首堆的设计、建设的过程中发挥了重大作用。面向核电全寿期,本文提出核电厂智慧虚体与智能实体相结合的数字核电概念模型,涵盖数字化设计、敏捷化采购、集约化施工、系统化调试、数字化运维。据此提出"华龙一号"数字化核电厂的概念,总结了"华龙一号"数字化核电厂建设及应用现状。最后提出"华龙一号"数字化核电厂后续研究方向和展望。

人因可靠性研究巨著——评《数字化核电厂人因可靠性》

人因可靠性是人因工程/工效学的一个重要研究领域。近年来大规模复杂工业系统的数字化一方面提高了系统的信息化和自动化水平,另一方面由于系统人机交互模式等发生了很大变化,也产生了许多新的潜在风险,这也使得数字化工业系统中人因可靠性研究成为人因工程前沿研究的热点之一。张力教授及其研究团队敏锐地注意到了这个新问题,在4项国家自然科学基金项目和中广核核电运营公司项目支持下,以数字化核电厂这一类典型的大型复杂数字化工业系统为例,研究了数字化工业系统中人因可靠性的新问题,揭示了数字化工业系统与传统工业系统在人因可靠性方面的变化,探究了这种变化的内部机制和影响模式以及这种变化带来的后果,辨识潜在人因失误和新的风险,建立了与之相适应的人的行为模型和人因可靠性分析(HRA)方法,并成功应用于岭澳二期核电厂工程实践。《数字化核电厂人因可靠性》便是张力教授团队在上述领域长达十余年系统深入研究所取得的丰硕成果的集中体现。

信息化环境下数字化核电厂三维结构模型及其解决方案

在综合分析数字化核电厂建设现状基础上,构建了信息化环境下数字化核电厂的三维结构模型,分为业务维、应用维和路线维。基于三维结构模型理论,采用企业架构(EA)方法分析信息化建设如何满足数字化核电厂业务需求,给出了数字化核电厂的总体业务架构和应用架构,指出了信息化环境下应重点建设数字化核电厂信息管理平台和多个智能应用系统,可以为核电企业数字化核电厂建设工作提供参考。

基于云平台的数字化核电厂关键技术研究

数字化核电厂是利用新一代信息技术和数字技术,以核电厂全寿命周期管理为核心,构建数字孪生核电厂。本文在深入分析数字化核电厂构成及其特性的基础上,提出了数字化核电厂概念,并对数字化核电厂中一些关键技术包括三维可视化技术、数字化设计协同技术和数字化移交技术等进行研究、探索和实施,为数字化核电厂建设打下良好的基础。

核电厂数字化仪控系统I/O通道自动化测试技术的研究与应用

核电厂数字化仪控系统(以下简称:DCS)掌控着核电站300多个系统、近万套设备,是核电站的"大脑"和"神经中枢"。"输入输出(I/O)通道测试"是检测DCS质量的重要测试项,现有测试技术需要人工逐个通道进行信号输入、数据读取、数据强制、输出信号测量、人工记录数据和计算精度等操作,效率低且易出现人因失误。计算机技术和自动化技术的发展为仪控系统通道自动化测试提供了新的技术手段。本文针对这些困难,介绍了一种通道自动化测试的技术,并开发了相应的测试装置。测试人员只需编写测试用例,导入到自动化测试装置按提示执行便可完成整个测试流程,同时可以对测试数据自动进行处理,生成测试报告,提高测试效率和准确性。实际项目使用证明,此测试装置测试结果准确有效,测试效率显著提高,减少了人因失误,提升了核电厂仪控系统质量控制水平。

《核电厂数字化主控室班组情景意识理论:模型、测度方法与可靠性研究》简介

内容简介《核电厂数字化主控室班组情景意识理论:模型、测度方法与可靠性研究》由李鹏程与戴立操合著,2020年9月由中国原子能出版社出版,该著作得到国家自然科学基金项目“核电厂数字化主控室运行班组情景意识可靠性研究”(51674145)的支持。该著作主要针对数字化核电厂班组情景意识失误和可令性进行系统研究,为数字化核电厂进行TSA失误防控与可靠性评估提供有效的理论与技术支持,主要研究工作包括:建立TSA失误分析框架,基于人因事件报告分析,获取样本数据,建立TSA失误因果概念模型,揭示TSA失误机理;发展一种任务导向的班组情景意识水平测度方法,使测量结果更加客观合理;通过模拟机实验研究识别行为形成因子对班组共享情景意识彩响;通过模拟机实验,探究任务复杂性和知识经验水平对操纵员SA、TSA以及工作负荷的影响;基于动态贝叶斯网络建立一种TSA动态可靠性定量评估模型和方法,使评估结果更符合客观实际;最后,有针对性地从个体、班组、情景状态和组织四个方面提出具体的TSA失误预防控制对策,为数字化核电厂在预防和控制TSA失误方面提供理论与实践指导,以提升核电厂的安全水平。

核电厂操纵员的情景意识失误与预防控制研究

核电厂的仪控系统数字化,使得操纵员的情景意识失误(SAE)更为突出。为了识别操纵员存在的主要情景意识失误并进行预防和控制,从认知功能的视角对情景意识失误进行分类,采用建立的SAE分析方法对收集到的人因事件进行分析,获得79组样本数据,识别存在的主要情景意识失误及其原因。基于纵深防御的视角,从SAE的事前预防、事中控制和事后恢复三方面提出了系统化的SAE预防、控制和恢复体系,为数字化核电厂在预防和控制SAE方面提供理论指导。