核反应堆安全分析课程虚拟仿真实验设计

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1、核反应堆安全分析课程虚拟仿真实验设计单建强吴攀张博西安交通大学核科学与技术学院摘要：核反应堆安全分析课程i是核工程与核技术专业重要的必修课，无法采用实体实验进行教学。论文以西安交通大学核电厂与火电厂系统虚拟仿真国家级教学实验中心的平台为基础，设计了核反应堆安全分析课程虚拟仿真实验，涵盖专业技能训练和前沿技术研究两个层次，内容由浅入深、由点及面，从而满足学生在不同培养阶段的需要。既可以帮助学生充分理解电厂、运行和事故对策分析、降低实验成本，还可以提高实验的安全性，也拉近了学生和先进电厂技术Z间的距离，为科研成

2、果促进教学发展提供了条件。关键词：核电厂安全;虚拟仿真;事故规程;严重事故;作者简介：单建强（1971—）,男，博士，教授，主要从事核反应堆安全分析相关的教学与科研工作，为核反应堆安全分析课程陕西省省级教学团队负责人。收稿日期：2017-06-06基金：陕西高等教育教学改革研究项目，本-硕-博多层次核反应堆安全课程建设研究（项目编号：13BY06）Received：2017-06-06随着能源发展与环境保护Z间的矛盾逐渐显现，核能作为一种经济、安全、可靠的清洁能源，在很多国家得到了快速的发展。根据我国能源需

3、求和能源生产结构,中国政府制定了宏大的核电发展规划UL尽管世界上的核电厂已拥有丰富的运行经验和良好的安全记录，但是，由于核电具有潜在的放射性危险，美国三里岛核电厂、前苏联切尔诺贝利核电厂和日本福岛核电厂三人严重事故的发生，说明核电安全永远是核电发展屮重屮Z重的专题。这对核工程与核技术专业核反应堆安全分析人才培养模式和教学内容提出了新的要求。核反应堆安全分析课程是核工程与核技术专业重要的必修课程，通过该门课程的学习，可以让学牛充分利用反应堆物理、热工课程的知识，掌握核电厂在事故工况下的行为。该课程国内目前普遍

4、采用西安交通大学朱继洲教授主编的核反应堆安全分析教材図。由于核电厂具有高温高压、强放射性等特点，所以反应堆安全分析的实验具有实体实验平台建设成本高，实验的安全性保障难等难点，给学生的实体实验学习带来巨大的挑战。利用虚拟仿真技术取代系统实体实验，可以降低实验成本，还可以提高实验的安全性，并帮助学生充分理解核电厂运行规律和事故对策分析、也拉近了学牛和先进电厂技术之间的距离，为科研成果促进教学发展提供了条件。本文以我校核电厂与火电厂系统虚拟仿真国家级教学实验屮心的平台为基础，设计了用于核反应堆安全分析课程的虚拟仿

5、真实验。1虚拟仿真实验计算平台实验设计基于核电厂全范围网络虚拟仿真平台和核电厂严重事故仿真平台进行。该两个平台均为我校与中广核核电仿真公司共建的平台。1.1核电厂全范围网络虚拟仿真平台针对目前核电站模拟机均是C/S(Client/server)结构，其具有专门的客户端安装程序，分布功能弱，难以满足不同需求的用户群体定制化学习课程等局限性。核电厂全范围网络虚拟仿真平台£11基于3Keymaster平台，与现有的核电站原理模拟机结合，使用户能在自己局域网环境中，通过账户登录，利用浏览器，开展核反应堆控制、核电厂

6、运行等实验课程，不受场地和时间的限制，只需要用户在网络所到之处，就能开展教学，轻松方便。如图1所示。该系统与中广核仿真公司共建，其仿真参考对象为国内主流的CPR1000压水堆核电厂，仿真范围主要包括核电厂一、二回路主要设备、主要工艺系统及其控制系统，整体运行可模拟启停堆全过程以及瞬态和事故分析过程。1.2核电厂严重事故仿真平台核电厂严重事故仿真平台£11也是基于3KEYMASTER仿真平台，其核心分析程序为MEL-C0R2.EMELCOR2.1是一个完整的第二代系统性程序，由美国Sandia国立实验室为美国

7、核管会(7RC)开发的且经7RC批准的严重事故分析程序;它是以PSA和源项分析为目的的一体化严重事故分析程序，能模拟轻水堆严重事故进程的主要现彖，并能计算放射性核素的释放及其后果，可以消氢，可以通过控制函数完成厂区内外放射性物质的质量、活度、比活度、放射性物源项和放射性分析。通过该平台，可以实现核电厂各种严重事故序列的仿真，严重事故导则的设计与验证。工習师站3K服务器1管理数据库3K服务器23K服务器3Web服务器服务器室3K服务器4KVM图1网络模拟机硬件拓扑图下载原图2虚拟仿真实验设计根据实验项目的特点

8、及实验目的，设计的核反应堆安全分析课程实验涵盖专业技能训练和前沿技术研究两个层次，内容由浅入深、由点及面，从而满足学生在不同培养阶段的需要。层次课程压水堆核电专业技能核反应堆压水堆核电安全分析压水堆核电压水堆核电压水堆核电事故规程分析专题压水堆核电压水堆核电压水堆核电前沿技术状态导向核研究类严重事故严重事故进严重事故事管理对策严重事故管专题重事故）的严重事故机2.1专业技能训练类实验项目该实验配合核反应堆安全分析