计算机化的核电厂操纵员支持系统

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1、第18卷第2期核动力工程Vol.18.No.21997年4月NuclearPowerEngineeringApr.1997计算机化的核电厂操纵员支持系统张源芳(清华大学,北京,100084)近十多年以来在国际核电界内计算机化的操纵员支持系统得到了很大的发展.这个发展趋势在新核电厂控制室设计、旧核电厂控制室改进以及有关国际组织(如IEEE、IAEA、OECD)和有关国家(如德国、法国、美国、日本)对该研究项目的开发计划中都有体现.本报告调研了该领域的最新发展概况,把计算机化的操纵员支持系统按其功能分成若干子项,包括:堆芯

2、监督系统、计算机化报警监督系统、安全参数显示系统、临界安全功能监督系统、计算机化的应急操作规程和核电厂设备故障诊断专家系统,并对每个子项的基本功能、关键技术和发展现状都作了简单介绍。关键词核电厂安全控制室设计操纵员支持系统1引言近十多年以来,国际核电界从实践中体会到核电厂原控制室设备在支持操纵员处理核电厂故障和事故上的功能不足,以及在控制室内增设计算机化的操纵员支持系统的必要.近十十年内计算机技术在以下几方面的发展使得核电厂控制室增设计算机化的操纵员支持功能成为可能.
计算机可靠性(包括硬件、软件及相关技术)得到了很大

3、提高,使计算机可以进入诸如核电厂这种要求可靠性极高的领域;计算机价格大幅度下降,在经济上使增设计算机化支持系统成为可能;计算机技术在社会上的普及,使操纵员无障碍地接受计算机化支持系统成为可能;计算机在网络、图形工作站和多媒体上的发展,在技术上使计算机化支持系统的优越性能得到最充分地体现;!人工智能、仿真技术和专家系统的发展是促进计算机化支持系统蓬勃发展的又一重要因素.应该特别指出:近十年来西欧共同体、美国、日本和韩国一批既懂核电厂运行又懂计算机技术的专家热衷于此,做了大量的工作.他们是计算机化的核电厂操纵员支持系统发

4、展的直接推动者.到目前为至,已投入运行或正在开发研究的操纵员支持系统可分为:堆芯监督系统、计算机化报警监督系统、安全参数显示系统、技术规格书监督系统、计算机化的应急操作规程、设备故障诊断专家系统.对现已开发的具体的操纵员支持系统来说,可能具有上述单一功能,也可能是多个功能的综合.下面我们将分别对上述系统作一简单介绍.2堆芯监督系统近年来在核电厂过程计算机之外陆续开发了监测重点不尽相同的各种堆芯监督系统.其1995年10月10日收到初稿,1995年12月28日收到修改稿.164核动力工程Vol.18.No.2.1997中

5、,意大利在80年代末为其国内核电厂开发了功能较为完善的堆芯监督系统(3DMONI
[1]CORE),其主要功能如下:
在平衡氙或氙瞬变下对整个堆芯或1/4堆芯计算keff和功率/中子通量及空泡分布;计算当堆芯任一参数发生变化时为维持反应堆临界所需要的控制棒、中子通量的变化;预计当控制棒、中子通量或核功率按操纵员要求变化时,堆芯关键参数随时间的变化趋势,其中包括氙瞬变;!计算堆芯轴间通量分布和象限功率倾斜,并提供有关报警和校正动作建议;∀监督控制棒动作(包括插入极限),预计停堆至冷态时的反应性和停堆深度;#计算堆芯燃料

6、的线功率密度峰值,最小的临界功率比,以及最大的二维平均线功率密度;∃在整个堆芯寿期内进行燃耗计算,为确定堆芯寿期和最佳的功率运行方式[2]提供依据等.在90年代初韩国还开发了更为精确的堆芯监测模型,这个系统还可以预计和监测堆芯的DNBR(偏离泡核沸腾比).总之,利用堆芯监督系统可以避免功率密度峰值或DNBR超过安全限值、瞬振荡、停堆深度不足等等恶化了的堆芯状态.在新的核电厂控制室设计中大多把堆芯监督系统的功能划入电厂过程计算机.3计算机化的报警监督系统传统报警系统的极大部分报警都是针对核电厂各个系统和设备的,它完全建立

7、在一个测量点(一个报警)的基础上.尽管在核电厂运行中这些系统和设备是相互关联的,任一故障都会在一定程度上影响到核电厂安全,但是这些报警却难以反映它们之间的因果关系和对总体安全的影响.在影响面较大的核电厂事故中,核电厂的报警会成片出现,其中包括大量与判断根事件无益的报警,使操纵员很难从这些报警中筛选出真正的根事件,而且极有可能淹没同时或随后发生的其它独立报警.[3]从80年代后期到90年代初,美国EPRI(电力研究所)、日本Milsubishi原子电力公[4][5]司和西欧共同体Halden计划等分别开发和研制了计算机化

8、的报警监督系统,其最大的特点就是可以把那些独立发生、具有相对重要性的故障从众多的报警中筛选出来,从而达到报警数量压缩的目的.用于报警压缩的方法有核电厂运行模式分离、设备运行状态分离、报警重要性排序、设备故障因果关系和面向特定事件模式等.日本Milsubishi原子电力公司对其开发的报警监督系统在丧失非应急交流电和引起安注的LOCA