文 芳

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

核電廠運行，最重要的是安全，而保證核電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，需要優(yōu)質(zhì)的建造、合格的人員和完善的運行規(guī)程。運行規(guī)程是運行人員對電廠系統(tǒng)或設備進行操作的必要依據(jù)和指導，1979年的三哩島事故后，核電業(yè)界充分認識到核電廠穩(wěn)定和安全運行的重要性，因而對運行規(guī)程進行了大范圍的修改工作，其中包括了應急運行規(guī)程由事件導向逐步變?yōu)檎髡讓颉２贿^需要注意的是，雖然經(jīng)歷了一系列的改進，現(xiàn)階段的規(guī)程在執(zhí)行過程中，由于操縱員往往關注于步驟的表達和某幾個電廠參數(shù)的變化，可能導致對電廠全局狀態(tài)把握不準確。另外，如遇到規(guī)程的跳轉(zhuǎn)時，操縱員手中可能持有多本規(guī)程，對執(zhí)行不利；操縱員不僅要時刻關注步驟的執(zhí)行狀態(tài)，同時又要執(zhí)行對電廠的控制操作，操作負荷較大。而這些局限性所帶來的問題可以較好地被計算機化規(guī)程系統(tǒng)（Computerized Procedure System，CPS）解決。AP1000引進了計算機化規(guī)程系統(tǒng)后，使得規(guī)程的易用性、人機界面的友好性有了很大的改觀，規(guī)程執(zhí)行效率大幅提高。因而CPS的應用也是AP1000作為第三代壓水堆的優(yōu)勢特點之一。

1 AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)與優(yōu)勢

1.1 AP1000運行規(guī)程體系簡介

三門核電AP1000機組共有111個系統(tǒng)，對于每一個系統(tǒng)，都需要有一套格式統(tǒng)一、內(nèi)容完整的指導系統(tǒng)運行技術(shù)文件。AP1000運行規(guī)程體系主要由以下幾類規(guī)程組成[1]：

1) 系統(tǒng)運行規(guī)程（System Operation Procedure，SOP）是運行人員控制某一系統(tǒng)或設備，實現(xiàn)某一系統(tǒng)設計功能所使用的規(guī)程。

2) 總體運行規(guī)程（General Operation Procedure，GOP）是運行人員在運行狀態(tài)下，控制或改變整個機組狀態(tài)所使用的規(guī)程，主要用于機組的啟停操作以及正常運行期間的負荷跟蹤。

3) 異常運行規(guī)程（Abnormal Operation Procedure，AOP）是運行人員在處理一些比較復雜的，但仍屬于運行狀態(tài)的運行瞬態(tài)或偏差時所使用的規(guī)程。

4) 應急運行規(guī)程（Emergency Operation Procedure，EOP）是運行人員在處理機組事故工況的執(zhí)行文件，在保護系統(tǒng)觸發(fā)停堆或?qū)ＴO啟動之后，采取后續(xù)行動以緩解事故和限制事故后果的規(guī)程。

5) 定期試驗規(guī)程（Surveillance Test Procedure，STP）是運行人員按照規(guī)定的周期和狀態(tài)，驗證系統(tǒng)或設備功能滿足設計要求所使用的規(guī)程。

6) 報警響應規(guī)程（Alarm Response Procedure，ARP）是運行人員在主控室出現(xiàn)報警信號時所使用的規(guī)程。它用于處理那些簡單的、屬于運行狀態(tài)的運行瞬態(tài)或偏差。

7) 換料大修規(guī)程（Refueling Procedure）主要對大修期間進行活動給予指導。此類規(guī)程詳細描述了機組停運、維修、換料、啟動要進行的總的活動。其中部分內(nèi)容取自總體運行規(guī)程，一些特殊活動由文件包來完成。

上述7類規(guī)程中，有3類規(guī)程使用了計算機化規(guī)程系統(tǒng)，即總體運行規(guī)程GOP、異常運行規(guī)程AOP和應急運行規(guī)程EOP。美國標準AP1000電廠僅AOP和EOP使用了CPS。

1.2 AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)的功能

配置計算機化規(guī)程系統(tǒng)CPS的目的，一方面通過識別適當?shù)碾姀S參數(shù)和推薦的應對操作，引導操縱員一步一步執(zhí)行規(guī)程；另一方面提供必要的并行信息（如包含在注意、警告或插頁中的信息及關鍵安全功能），這些信息需要引起操縱員的注意，可幫助操縱員評估電廠狀態(tài)。

CPS是一個基于軟件、由數(shù)據(jù)驅(qū)動的動態(tài)系統(tǒng)，可指導操縱員執(zhí)行總體運行規(guī)程GOP、異常運行規(guī)程AOP和應急運行規(guī)程EOP。CPS的設計準則是：操縱員擁有全部的控制權(quán)；所有的判斷均由操縱員做出，CPS提供建議和警告，但并無強制執(zhí)行。操縱員可以隨時進入不同規(guī)程的任一步驟。據(jù)此，CPS包含以下功能[3]：

1）當前執(zhí)行的主步驟的顯示；

2）支持子步驟及相關數(shù)據(jù)的顯示；

3）應對信息的顯示；

4）并行（同步）信息的顯示，如警告、插頁、后續(xù)步驟的跟蹤；

5）表格、圖形、附件計算的執(zhí)行和顯示；

6）為操縱員提供快速入口，可查閱圖表等相關詳細信息；

7）規(guī)程以流程圖的形式顯示。

圖1為CPS的界面圖，左邊是流程圖形式的規(guī)程顯示，右上方是當前步驟的文本顯示，右下方是當前步驟的邏輯顯示[2]。

1.3 AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

CPS由服務器、應用客戶端和規(guī)程編輯器組成。其中，服務器執(zhí)行絕大部分的任務、管理規(guī)程及相關文件，采集用于規(guī)程邏輯判斷的電廠數(shù)據(jù)，還可通過開放協(xié)議為其他應用程序提供信息。應用客戶端的主要任務是運行在操縱員工作站，多個客戶端可同時與服務器進行通信。規(guī)程編輯器是運行于獨立環(huán)境的類似于客戶端的應用軟件，實現(xiàn)規(guī)程的編輯和修改等維護工作[3]。CPS硬件、軟件及通信接口之間的關系圖如圖2所示。

為了提高CPS系統(tǒng)的可靠性，AP1000的CPS采用了雙服務器的冗余配置。正常運行時，一臺服務器工作，另一臺服務器處于熱備用狀態(tài)，且同步進行運算。當工作的服務器發(fā)生故障時，備用服務器投入運行。CPS的服務器運行于Microsoft Windows環(huán)境，采用的是基于Apache HTTP的模塊化、可擴展服務器。同樣，操縱員工作站也是冗余的，一個操縱員工作站出現(xiàn)故障，備用工作站可作為后補投入運行。而運行于獨立環(huán)境的規(guī)程編輯器可實現(xiàn)對運行規(guī)程的修改而不影響現(xiàn)有的已發(fā)布規(guī)程，即離線維護。規(guī)程編輯器的一個主要任務就是將規(guī)程開發(fā)之初的word格式文檔轉(zhuǎn)換為CPS系統(tǒng)可識別的XML格式文檔，轉(zhuǎn)換過程大致分為以下幾步：第一步，讀取已生效規(guī)程的word源文檔；第二步，視情況對word源文檔進行編輯；第三步，從Ovation儀控平臺的高速數(shù)據(jù)源獲取相應的信號點名稱（每個采集的信號都分配一個唯一的名稱）；第四步，將各信號點名稱和要求的邏輯關系組合起來，正確再現(xiàn)word格式規(guī)程[4]。

1.4 AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)的優(yōu)勢

傳統(tǒng)紙質(zhì)運行規(guī)程的使用一般具有以下幾點不足：首先是復雜性，規(guī)程通常要求操縱員同時考慮不同等級的運行狀態(tài)，如系統(tǒng)級、設備級；其次是數(shù)據(jù)獲取的多樣性，在執(zhí)行規(guī)程時，要求操縱員通過各種媒介來獲取所需的信息，如控制界面、顯示器甚至就地操作柜；還有是操作的精神壓力，規(guī)程通常要求操縱員記住一系列的操作，這一點在應急運行規(guī)程的執(zhí)行中尤其突出，對于立即操作的步驟，如安注觸發(fā)后的確認動作，要求操縱員憑記憶迅速、準確地執(zhí)行。而使用CPS后，操縱員不僅可獲得規(guī)程步驟相關的信息，還可獲得警告、插頁、表格、圖形、附件計算的執(zhí)行和顯示等并行信息；CPS通過數(shù)據(jù)自動采集和處理，可對規(guī)程的邏輯進行判斷，大大提高了操縱員執(zhí)行規(guī)程的效率；由于AP1000的應急運行規(guī)程采用的是征兆導向規(guī)程，在一定程度上也減輕了操縱員在事故工況下的精神壓力。

除此之外，CPS還具備更多的優(yōu)勢：

1）為電廠運行規(guī)程的編制、維護和使用提供了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)和格式；

2）節(jié)省了規(guī)程修改升版的循環(huán)時間；

3）操縱員單擊鏈接就可查閱相關圖表和文件，作為執(zhí)行規(guī)程時的參考；

4）提高了規(guī)程執(zhí)行的效率同時減少了人因失誤的風險；

5）提供獨特的用戶界面，支持多規(guī)程瀏覽：交互式流程圖界面、格式化文本界面和動態(tài)邏輯界面。

2 AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)與某M310加改進型壓水堆數(shù)字化規(guī)程的比較

以配置了數(shù)字化規(guī)程系統(tǒng)的某M310加改進型為例，從下面幾個方面來比較該系統(tǒng)與AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)的異同。該系統(tǒng)與AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)相對應，是較為先進的運行規(guī)程系統(tǒng)：

首先，規(guī)程系統(tǒng)的適用范圍不同。該M310加改進型壓水堆的數(shù)字化規(guī)程系統(tǒng)適用于總體運行規(guī)程, 系統(tǒng)運行規(guī)程和應急運行規(guī)程；而AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)適用于總體運行規(guī)程GOP,異常運行規(guī)程AOP, 應急運行規(guī)程EOP。與M310加改進型壓水堆核電廠相比，AP1000將異常工況的應對也納入CPS，這不僅大大降低了操縱員的操作負荷，同時也提高了響應速度，有助于緩解不利工況。

其次，規(guī)程系統(tǒng)的啟動方式不同。該M310加改進型核電廠的數(shù)字化規(guī)程系統(tǒng)中，對于正常運行規(guī)程（指總體和系統(tǒng)運行規(guī)程）需操縱員視情況手動點擊相應界面來啟動相應的規(guī)程；對于故障規(guī)程可由相關報警卡鏈接進入；對于事故工況，點擊DEC、AO按鈕進入相應的引導規(guī)程，然后再進入相應的事故規(guī)程。而AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)對異常和應急運行規(guī)程則時時自動監(jiān)測規(guī)程入口條件，一旦入口條件滿足，2 s內(nèi)啟動CPS，且監(jiān)測入口條件的時間間隔不大于5 s。這就基本保證了一旦出現(xiàn)異常工況或事故，CPS將在第一時間作出響應，并自動調(diào)用相應的運行規(guī)程供操縱員執(zhí)行。自動監(jiān)測規(guī)程入口條件并啟動系統(tǒng)的這一特點，不僅提高了操縱員的應對速度，也大大降低了由于操縱員判斷入口條件失誤而導致進入錯誤規(guī)程的概率。

再次，對電廠數(shù)據(jù)的可用性和質(zhì)量判斷有所區(qū)別。AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)CPS啟動后，對GOP、AOP、EOP三類所有的規(guī)程均做到了時時更新規(guī)程執(zhí)行狀態(tài)，通過采集電廠數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量，可顯示當前步驟及下一步驟，且各步驟狀態(tài)數(shù)據(jù)更新的時間間隔不大于2 s。而該M310加改進型核電廠的數(shù)字化規(guī)程系統(tǒng)總體和系統(tǒng)運行規(guī)程不自動采集電廠數(shù)據(jù)，因而也不對數(shù)據(jù)質(zhì)量進行辨別，需由操縱員讀表獲??；然而其應急運行規(guī)程會將相關參數(shù)顯示在規(guī)程畫面上。但這三類規(guī)程中所含的邏輯判斷均需由操縱員人工進行規(guī)程步驟的推斷（除了事故引導規(guī)程AO和DEC規(guī)程具備自動判斷），如圖3所示。

最后，二者也有相同之處，都無一例外地使用了規(guī)程導航這一功能。該功能可指示哪些規(guī)程正在執(zhí)行，哪些規(guī)程已完成操作，規(guī)程信息一目了然，有助于操縱員總覽全局，了解各規(guī)程的執(zhí)行情況，較好地把握當前電廠狀態(tài)，明確后續(xù)規(guī)程的執(zhí)行目標。另外，兩套規(guī)程系統(tǒng)均配備了獨立的規(guī)程編輯軟件，便于規(guī)程的修改和維護工作。

從二者的上述比較來看，AP1000計算機化規(guī)程系統(tǒng)CPS無論從規(guī)程啟動方式還是對電廠數(shù)據(jù)的獲取以及執(zhí)行效率上都要優(yōu)于舉例的M310加改進型核電廠的數(shù)字化規(guī)程系統(tǒng)，不過該M310加改進型核電廠數(shù)字化規(guī)程系統(tǒng)在規(guī)程的每一步驟后面附帶了操作畫面的鏈接定義，可以快速進入相應的操作畫面，為操縱員調(diào)用各系統(tǒng)及功能模塊界面提供了較大的方便，這一點CPS可以借鑒改進。

3 CPS本土化設想及存在問題探討

在故障或事故處理這類緊張的工作氣氛下，非母語規(guī)程的使用（EOP和AOP）對操縱員是一個較為嚴峻的考驗，因此CPS本土化的必要性就突顯出來了。CPS系統(tǒng)的功能要求文件中指出CPS系統(tǒng)可支持多語言環(huán)境運行，這就為CPS的漢化提供了技術(shù)基礎。由于AP1000整個儀控平臺均使用英文的語言環(huán)境，CPS的漢化大致有兩種方案。方案一，通過將整個儀控平臺漢化，CPS的漢化也就隨之進行。方案二，保持現(xiàn)有的英文儀控平臺，僅將CPS漢化，如采用加裝中文語言軟件包來實現(xiàn)。就目前的條件而言，方案二較易實現(xiàn)。首先，AP1000技術(shù)的完全消化吸收尚需一些時日；其次，將整個儀控平臺漢化，是一項復雜而龐大的工程，不僅要在完全掌握其核心技術(shù)的基礎上進行，而且需要有匹配的軟、硬件作為支持；再次，加裝中文語言包來進行漢化實施較為簡便，在不對現(xiàn)有儀控平臺做變更的基礎上即可實現(xiàn)。需要指出的是，CPS漢化也存在一些問題。若采用加裝中文語言軟件包來實現(xiàn)漢化CPS，那么漢化后的CPS與英文儀控系統(tǒng)平臺存在兼容性的問題，例如可能會出現(xiàn)部分規(guī)程仍然顯示英文，或者語言包的小缺陷會影響CPS乃至整個儀控平臺的運行穩(wěn)定性。另外，CPS可識別的文本格式為XML語言，而規(guī)程被開發(fā)的是可編輯word版本，那么二者之間文本格式的轉(zhuǎn)換過程中，其準確性如何保證也是亟待解決的問題，因為漢化后的CPS必須完整無誤地再現(xiàn)word版本規(guī)程的文本內(nèi)容和所含邏輯關系。這就要求漢化后的規(guī)程有適當且可靠的驗證手段，來確保其與原英文規(guī)程完全一致，除了規(guī)程單個步驟內(nèi)的邏輯判斷外，還包括在同一份規(guī)程內(nèi)不同步驟之間的跳轉(zhuǎn)，以及多份規(guī)程之間的跳轉(zhuǎn)。除此之外，要對可能出現(xiàn)的CPS系統(tǒng)故障，無法執(zhí)行運行規(guī)程的情況做好應對策略，不僅在主控室要放置備用的紙質(zhì)規(guī)程，還應在操縱員培訓及復訓過程中，強化此類故障的處理。

4 結(jié)論

數(shù)字化儀控技術(shù)在核電廠的推廣為計算機化規(guī)程系統(tǒng)在以AP1000為代表的三代先進壓水堆中的應用提供了技術(shù)基礎。AP1000所采用的計算機化規(guī)程系統(tǒng)CPS在智能化和便捷性上優(yōu)于參與比較的某M310加改進型核電廠所采用的數(shù)字化規(guī)程系統(tǒng)，CPS能使操縱員較好地把握電廠全局狀態(tài)，為操縱員提供更為豐富的相關信息，提高規(guī)程執(zhí)行的便捷性和執(zhí)行效率，降低了操縱員的操作負荷。同時，需要注意的是，在CPS漢化的過程中也將會遇到一些問題，因此CPS的漢化應謹慎考慮，斟酌使用，循序漸進，必須在保證安全的前提下進行，另外，漢化后也應在模擬機上反復驗證，以確保規(guī)程文本格式轉(zhuǎn)換的零錯誤率，確保電廠安全、穩(wěn)定地運行。

[1]Mark G Williams.Plant Operations, Surveillance, and Maintenance Procedures [R], 2007, Rev1.

[2]Susan S.Burke.AP1000 Writer's Guideline For Two Column Procedures [R], 2008, RevE.

[3]Robert A.Dudics.Standard Computerized Procedures System Functional Requirements [R], 2008, Rev1.

[4]Nancy L.Zupetic.AP1000 Computerized Procedures System Extensible Markup Language Processor Design Specification [R], 2010, RevA.