核电厂运行规程标准化开发的研究

施 锦，薛山虎

（上海核工程研究设计院，上海 200233）

核电厂运行规程标准化开发的研究

施 锦，薛山虎

（上海核工程研究设计院，上海 200233）

由于运行规程文件体系的复杂性、运行规程对核电厂安全运行的重要性，为了充分保证运行规程的正确性和规范性，实现核电厂运行规程的标准化开发是十分必要的。本文基于规程体系和内容结构的分析，对CAP系列核电厂运行规程标准化开发的需求进行了分析，通过程序设计和代码实现开发了规程标准化开发工具并建立了规程标准化开发平台。规程开发人员能够通过平台应用使开发出的规程文件标准化、规程重要技术内容信息化，并在后台实现数据管理。实践表明，运行规程标准化开发平台能够有效提高规程的质量和开发效率，满足核安全法规对运行限值和条件的跟踪、配置管理要求，能够从设计源头降低主控室操纵员出现人因失误的可能性，对保障核电厂的运行安全有重要意义。

规程；标准化；运行安全；平台开发

核电厂运行规程是指导操纵员执行运行操作的一系列指令集合，核安全法规要求操纵员必须严格遵守运行规程［1］。运行规程作为核电厂运行期间操纵员在主控室内进行班组沟通的重要内容，对核电厂的运行安全有重要影响［2］。实现运行规程的标准化是客观上确保操纵员执行标准、正确操作的前提。虽然计算机化规程系统 （Computerized Procedures System，简称CPS）的开发可以解决操纵员基于文本操作规程容易出现忽略操作步骤、误操作的问题，甚至可实现规程监测和逻辑操作的自动执行［3～5］。但计算机化规程系统的开发是基于纸质规程文本和核电厂运行、控制、显示的要求，它作为运行规程应用阶段的数字化革新，并不能从根本上保证运行规程的正确性、易读性和易执行性。运行规程的质量必须在规程开发阶段得到充分保证，因此，通过对运行规程的开发方法进行研究，根据规程标准化开发的需求进行程序设计和工具开发，以获得实现规程标准化开发的解决方案，这不仅对提升运行规程的开发技术有积极意义，对保障核电厂的运行安全也有着重要意义。

1　规程标准化开发的需求分析

为了缓解核电厂严重事故的严重事故管理导则，目前CAP系列核电厂运行规程按照使用条件和目的的不同，分为总体运行规程 （General Operating Procedure，简称GOP）、正常系统运行规程 （System Operating Procedure，简称SOP）、72小时后系统运行规程 （Procedure for Post 72-Hour Operations，简称72H）、报警响应规程 （A-larm Response Procedure，简称ARP）、异常运行规程 （AbnormalOperatingProcedure，简 称AOP）、应急运行规程 （Emergency Operating Procedure，简称EOP）和监督试验规程 （Surveillance Test Procedure，简称STP），其内容和结构层次模型如图1所示［6］。

图1　运行规程文件内容和结构层次模型Fig.1 Hierarchical model of contents and structure for operating procedures documents

如图1所示，各类规程中都包含操作步骤内容，操作步骤是各类规程的主要内容。CAP系列核电厂运行规程的操作步骤包括操作动作、操作对象以及与操作动作或操作对象相关的必要信息，但不含操作原因说明。为了确保操纵员能够快速执行操作，减少主观判断分析所用的时间，操作步骤中的动作、对象必须描述准确、规范，并与具体设计、显示信息一致。

核电厂系统繁多复杂，运行规程涉及各个系统的工艺、布置、设备、电气、仪控、土建、暖通等多个专业。在规程开发的过程中，输入信息的来源复杂，当专业间沟通不充分时非常容易出现规程引用的数据和信息表达不统一、数据不便于追溯甚至不准确的问题。为了使各专业组的规程开发人员能够按照统一的标准进行规程开发，针对各类规程的特点分别开发了适用的管理规定。但规程开发过程相对独立，管理程序无法保证全部规程在实际开发的过程中皆满足相关要求，需要从开发的实际操作上进行约束以保证规程标准化。

核安全导则要求核电厂运行规程必须与国家核安全监管部门批准的运行限值和条件相一致，并能保证运行限值和条件的贯彻执行［7］。运行限值和条件是运行规程整定值信息的重要内容，来源于设计和运行维护要求，按法规要求需要进行配置管理和动态跟踪。整定值的确定作为运行规程开发的核心技术之一，与核电厂安全分析、仪控通道不确定性分析等关键技术紧密相关，应保证规程整定值信息的管理和控制［8，9］。

在核电厂运行期间，机组运行状态的改变可能要求操纵员从当前规程跳转至另一个规程去执行相关步骤，或要求暂停继续执行当前规程，通过参考其他技术文件来决定下一步应该采取的措施。因此，规程接口复杂，包括参数、状态、安全相关的各种接口［10］。除了规程之间的接口，也包括规程和具体厂址技术内容之间的接口。为了确保核电厂安全运行，应确保规程跳转和引用的正确和规范性。

由于核电厂运行规程文件数量大且相互关联影响，因此规程开发任务非常繁重且接口众多，规程中使用的大量数据往往需要在多份文件中重复引用，一旦由于某些原因 （如设计变更等）造成某类数据需要修改时，则需要对大量规程进行修改升版，修改任务工作量非常大，非常有必要提高规程开发的自动化程度。

2　规程标准化工具的开发和平台建立

2.1方案设计

基于需求分析可知，规程标准化开发需要实现规程格式和内容的标准化、规程开发的自动化、规程重要技术信息的控制和管理，设计规程标准化工具并建立标准化开发平台是十分必要的。根据可行性研究结果，通过程序设计建立协同平台来固化规程开发的操作流程；通过功能模块开发利用信息化、自动化的手段来解决规程文件格式、表达不统一导致操纵员阅读困难、难于理解的问题，以及规程开发效率低的问题；通过数据库设计和应用实现规程数据的集成、融合和数字化的信息管理。最终实践方案为：应用Word模板技术开发规程标准化模板来实现规程格式标准化；应用Microsoft SQL Server数据库技术建立规程标准化数据库并与模板建立关联，以实现规程内容标准化；应用VB编程进行功能模块的开发来建立标准化工具；通过软件集成和界面设计实现面向用户的规程标准化开发平台的开发［11～15］。开发流程如图2所示。

图2　规程标准化软件的设计开发流程Fig.2 Flowchart of the software design for procedure standardized development

2.2工具开发

通过对规程内容标准化的分析来识别重要数据项目，根据数据特点进行建模和标准化数据库的设计，基于数据库结构设计进行数据采集和数据标准化。CAP系列核电厂规程标准化数据库结构设计中考虑了核电厂构筑物、系统和部件（Structures，Systems，andComponents，简 称SSCs）、整定值、文件关联、专业术语和缩略语等项目，其中对整定值信息建立了关系模型。对核电厂构筑物、系统和部件信息进行专业 （系统、仪控、土建等）、单位 （常规岛设计院、核岛设计院等）划分，由负责单位和专业确认并按规则进行标准化。对整定值信息进行多层级划分以便于控制，例如，运行整定值按数值类型划分为流量 （F）、液位 （L）、温度 （T）、压力 （P）、放射性 （R）、过冷度 （S）、时间 （J）、变化率（C）、化学浓度 （B）、中子通量 （N）、负荷/功率 （W）、转速 （Z）、电压 （Y）、体积 （V）、其他 （Q），按功能类型划分为停堆整定值、专设安全设施驱动整定值、正常运行限值、控制和保护运行整定值、仪表可测限值等，同时建立数据内部逻辑关系，运行整定值信息的主要数据结构见表1。而报警整定值由于数量庞大且系统性强，因此报警整定值独立于这些运行整定值进行管理，报警整定值信息的主要数据结构见表2。

表1　运行整定值数据表示例Table 1 Operating setpoints data table

表2　报警整定值数据表示例Table 2 Alarm setpoints data table

通过对规程格式标准化的分析，利用模板技术固化各类规程的文档结构，建立约束条件，设计自动输入和输出样式。在标准化模板中嵌合规程标准化数据库、功能模块，使规程开发人员在规程开发过程中能够直接进行标准化数据的自动查询、插入、定位和更新，并应用各种功能模块来简化重复性、复杂性操作。由于各类规程结构和内容特点不同，规程标准化工具在设计时考虑了通用功能模块和特定功能模块。例如，在各类规程执行过程中，操纵员都必须对核电厂的初始状态和操作步骤的完成情况进行确认，并且关注有警告或注意标识的重要信息，因此通用功能模块中考虑了签名区、确认框、警告和注意的自动插入等；由于操纵员在系统运行期间需要对相关核电厂构筑物、系统和设备进行状态检查和确认，因此只在执行系统运行操作时使用的系统运行规程中包含大量设备状态检查清单。而在执行报警响应操作时使用的报警响应规程中报警点信息复杂且相互独立，一个报警点对应一份独立的子规程，其结构和内容完全不同于其他规程。因此在特定功能模块中设计了系统运行规程设备状态检查表插入功能和报警响应规程报警点模块化引用功能等。基于整定值信息数据结构，通用功能模块中整定值功能模块设计的E-R图如图3所示。

图3　整定值功能模块E-R图Fig.3 E-R figure for setpoints function module design

2.3平台集成

通过程序设计和代码实现对规程标准化工具进行集成，从而建立规程标准化开发平台。通过界面设计确保用户界面简洁、易于理解和操作，通过安装绿化应用程序使平台的应用简单快捷。平台提供了进行各类规程标准化开发的入口、在文件开发过程中查询并参考相关技术文件的入口以及帮助开发人员了解标准化工具应用方法和常见问题解决方法的入口。由于平台用户的需求是动态的，为了持续改进规程标准化开发的流程，平台支持对规程标准化工具进行功能扩展。运行规程标准化开发平台的集成逻辑如图4所示。

图4　平台逻辑结构Fig.4 Schematic diagram of platform logical structure

不同专业组的规程开发人员能够基于平台应用直接进行各类规程的开发，并在开发过程中应用标准化工具，快速查询、引用标准化规程数据，自动完成相关内容的输入；而规程技术管理人员在后台对规程重要技术信息进行跟踪和分析，必要时与核电厂设计信息进行交流。由于规程中标准化内容与标准化数据库建立了映射关系，如果设计信息出现更改，能够通过功能应用快速实现全部运行规程中指定信息的定位和更新，而后台整定值信息的管理也能够充分满足核安全法规对运行限值和条件要求。

3　规程标准化开发平台的应用

3.1应用示例

规程开发人员在标准化开发平台上选择规程类别，即可直接进行相应规程的开发。例如，选择系统运行规程进行化学与容积控制系统运行规程设备状态检查表的开发，首先选择特定功能模块中的设备状态检查表功能，然后应用设备功能模块进行设备信息查询，根据设备的操作要求 （如是否就地）选择引用方式，则可按流程自动完成相应内容的开发，无需输入任何字符或进行格式调整，也无需参考系统设计文件。通过规程标准化开发平台完成的设备状态检查表内容见表3。

表3中自动插入的部件编号、名称和房间号信息与规程标准化数据库中的相关信息一致，一旦数据库信息进行了更改，通过点击数据更新功能按钮即可实现规程全文相关信息的同步更新。

在完成规程内容开发的同时，后台数据库能够自动记录所需数据实现重要技术内容的跟踪和分析。例如，选择总体运行规程进行GOP -107《电厂升温 （模式5至正常运行温度）》规程的开发，在规程正文第4.19步需要跳转到GOP-108《反应堆启动 （模式3至模式2）》规程时，通过通用功能模块中的插入跳转或引用文件功能模块能够完成相关内容输入。同时，在后台标准化数据库系统中自动生成如表4所示的相关文件接口信息数据表。

表3　设备状态确认检查表示例Table 3 SSCs alignment checklist

表4　规程文件接口数据表示例Table 4 Data table of operating procedures file interface

3.2应用评估

在CAP系列核电厂运行规程开发的实践中，基于标准化开发平台完成的规程文件在编校审和质量检查中出现的问题数目明显减少，规程开发人员个人质量分析中的综合指数降低，项目的规程开发周期缩短。根据示范工程核电厂操纵员对标准化规程的评审结果，不同操纵员对规程的认可度都明显提高。

基于规程标准化数据库的应用和管理，能够通过数据挖掘来扩大其应用范围。例如，整定值数据综合考虑设计和运行要求，在设计参数和运行数据的动态融合技术方面进行深入研究将对核电厂运行裕量的管理和研究有积极意义。此外，由于计算机化规程系统开发需要规程文件作为输入，通过对规程标准化工具和计算机化规程系统组态工具的接口进行研究，一旦建立连接，可优化计算机化规程系统的开发过程，从而进一步保障主控室操纵员的响应效率和准确性。

4　结论

规程标准化工具和平台的开发和应用能够满足核电厂运行规程标准化开发的要求，确保规程格式和内容标准化，提高开发效率，实现重要规程信息的控制和管理。通过对运行规程标准化开发进行更深入的分析和研究，可以持续完善标准化工具和平台，提升规程分析技术并优化规程开发路径，从而进一步保障核电厂的运行安全。规程标准化工具和计算机化规程系统组态工具的接口、规程整定值信息的维护和应用方法也需要进一步研究，以更好地支持数字化核电厂的设计。

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Research on Operating Procedures Standardized Development for Nuclear Power Plants

SHI Jin，XUE Shanhu
（Shanghai Nuclear Engineering&Research Institute，Shanghai 200233，China）

While operating procedures documentations are complex and are very important to safe operation of nuclear power plants，the development of operating procedures standardizations are required to ensure the correctness and standardization of procedures.Based on the framework analysis of operating procedures for CAP series advanced passive plants，the functional requirements of procedures standardization development are analyzed.Through programming and code implementation，some tools for procedures standardized development are designed and established，as well as a software platform.The operating procedures developers are able to establish standardized operating procedures through the platform.Meanwhile the important technical contents are informationized.The specific practices show that this platform supports operating procedure standardization efficiently，and meets the regulatory requirements for operating limits and conditions.It also benefits the human errors reduction for operators from the start of operating procedures design，which is meaningful to enhance the operational safety of nuclear power plants.

operating procedures；standardization；operational safety；platform development

TL 364.1

A

1672-5360（2016）03-0089-06

2016-07-27

2016-08-24

CAP 1400关键设计技术研究，项目编号 2011ZX06002-001

施锦 （1987—），女，湖北鄂州人，工程师/硕士研究生，核能与核技术工程，现主要从事运行规程开发和管理工作

施锦，E-mail：shijin@snerdi.com.cn