核電廠教室模擬機升級改造方案與實施

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)核電廠教室模擬機升級改造方案與實施摘要：全范圍模擬機是核電廠機組執(zhí)照操縱員培訓(xùn)和考試的重要設(shè)備，本文從新建核電廠操縱員模擬機培訓(xùn)需求出發(fā)，分析將教室模擬機改造為可用于操縱員培訓(xùn)全范圍模擬機的可行性，重點從全范圍模擬機實體逼真度和人因工程、系統(tǒng)和完整性、運行環(huán)境三方面詳細闡述了升級改造實施方案，升級后的模擬機滿足核電廠操縱員培訓(xùn)需求，不僅有效解決全范圍模擬機在機組建設(shè)期培訓(xùn)負荷過高和性能不足問題，而且節(jié)省了新建核電廠基建期間設(shè)備采購成本。關(guān)鍵詞：核電廠全范圍模擬機教室模擬機升級改造中圖分類號：TM743文獻標識碼：A文章編號：1007-9416（2014）03-0231-021引言福建寧德核電廠項目規(guī)劃總?cè)萘繛?臺百萬千瓦級，其中一期工程建設(shè)4臺機組，配置1臺全范圍模擬機（FullScopeSimulator，簡稱FSS）和1臺教室模擬機（ClassRoomSimulator，簡稱CRS）。其中，F(xiàn)SS主要用于核電廠操縱員培訓(xùn)和考試，CRS主要用于模擬機教員備課、教學(xué)分析和模擬機偏差處理。與FSS相比，CRS在仿真軟件配置上是相同的，能夠?qū)崿F(xiàn)相同的仿真功能，不同的只是硬件；配置數(shù)量較少。與相關(guān)參考機組相比，寧德4臺核電機組配備1臺全范圍模擬機的配置偏少。特別是寧德核電處于首臺機組建設(shè)期間，首批運行操縱員培訓(xùn)任務(wù)繁重，單臺FSS難于滿足公司高質(zhì)量培訓(xùn)指標要求。2項目改造必要性和可行性分析2.1必要性分析在寧德1號機組裝料前，F(xiàn)SS完成全部操縱人員模擬機課程的培訓(xùn)和考試，但每年FSS培訓(xùn)小時數(shù)超出行業(yè)FSS年培訓(xùn)使用時間1倍以上，給FSS日常維護帶來很大問題，主要表現(xiàn)以下幾個方面。（1）FSS與實際機組一致性問題。模擬機上游文件來源于實際機組，在模擬機投用時，實際機組還處于設(shè)備安裝階段，電站調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)的問題需要有選擇地在模擬機上進行與機組的一致性升級。（2）模擬機儀控系統(tǒng)（DigitalControlSystem，簡稱DCS）信號質(zhì)量位傳輸不完善。在操縱員復(fù)訓(xùn)課程儀表失電專項訓(xùn)練部分場景中，需要模擬實際機組儀表失電故障，此時相應(yīng)DCS信號質(zhì)量位應(yīng)該置1并觸發(fā)設(shè)備保護，同時提醒操縱員該儀表信號不可靠，而模擬機只能通過插入DCS通道故障以實現(xiàn)儀表失電模擬，與實際儀表失電機理過程存在偏差。（3）電氣模型模擬不夠完整。模擬機在出廠驗收（FAT）完移交培訓(xùn)前，由于模擬機項目超前于實際機組電氣系統(tǒng)設(shè)計，電氣系統(tǒng)下游負荷清單不全，多數(shù)系統(tǒng)配電只模擬至母線甚至不模擬，無法滿足操縱員完善的失電專項培訓(xùn)需求。（4）模型服務(wù)器各處理器（CPU）負荷分配不均，計算高峰期容易造成仿真時間減緩。模型計算量80%集中于熱工水利模塊的計算，但該模塊僅分配至其中2個CPU計算，而其余6個CPU只占少量計算量。上述問題的徹底處理需要對FSS進行整體升級，根據(jù)以往FSS升級實踐經(jīng)驗，大約需要4～6個月。此外除了機組操縱員培訓(xùn)外，核電廠運行規(guī)程生效驗證、操縱員強化訓(xùn)練等技術(shù)支持工作也需要在FSS上完成，因此FSS一直處于高負荷運行狀態(tài)，沒有足夠的時間窗口。一旦設(shè)備故障導(dǎo)致強制停機，將對模擬機培訓(xùn)產(chǎn)生重大影響。2.2升級改造可行性分析通過前期綜合分析發(fā)現(xiàn)，CRS具備改造為FSS的基礎(chǔ)。（1）CRS與FSS具有相同的仿真功能，后臺服務(wù)器配置齊全，只簡化了前端終端硬件的配置，預(yù)留設(shè)備空間面積較大，滿足全范圍模擬機的功能、空間布置要求。（2）通過對現(xiàn)有CRS改造可以縮短模擬機的建造時間并節(jié)省采購費用。新建FSS供貨周期需要30～32.5個月，而對現(xiàn)有CRS改造從合同簽署到移交可用于培訓(xùn)計劃工期大約只需6個月，且費用只有全套模擬機十分之一左右。（3）改造后的教室模擬機不僅能夠滿足教員備課、教學(xué)分析等原始設(shè)計功能，而且能夠進行開展除BUP盤功能外所有操縱員模擬機課程培訓(xùn)和實際機組規(guī)程驗證。因此對現(xiàn)有的CRS進行適當升級改造，使之成為可用于操縱員培訓(xùn)的模擬機，從模擬機使用功能、項目工程進度、采購成本多方面來看，都是一種比較可行方案。3項目改造規(guī)劃與策略3.1總體改造規(guī)劃根據(jù)國家能源局發(fā)布的行業(yè)推薦標準《核電廠操縱人員培訓(xùn)及考試用模擬機》（NB/T20015-2010）關(guān)于模擬機的功能和性能規(guī)定，以及計算機類設(shè)備運行環(huán)境要求，CRS改造最終需要滿足以下三方面要求。（1）模擬機的實體逼真度和人因工程。標準中明確規(guī)定：模擬機需要配置主控室和輔助控制室各種臺盤、控制臺和操作站，以便提供機組正常運行操作和故障處理所必須的控制、儀表、報警、和其它人機界面；需要模擬參考機組控制室在正常、異常、應(yīng)急運行時的環(huán)境特性；需要模擬操縱人員指揮就地操作時所使用的通訊系統(tǒng)，至少可通過適當?shù)耐ㄓ嵪到y(tǒng)與教練員進行聯(lián)絡(luò)。寧德核電廠機組主控室和輔助控制室設(shè)備配置如（表1）所示。因此改造時需要綜合考慮上述設(shè)備配置，此外根據(jù)模擬機教學(xué)特點需要另外配置教員工作站、教學(xué)對講系統(tǒng)、學(xué)員操作監(jiān)控錄制系統(tǒng)、教學(xué)分析錄播系統(tǒng)。（2）模擬的系統(tǒng)及其完整性。標準規(guī)定：模擬機模擬的范圍包含操縱人員進行正常變工況運行操作和故障處理操作所需的參考機組系統(tǒng)；這些系統(tǒng)需要具備足夠完整性，使操縱人員能夠如同在參考機組上一樣進行有關(guān)的操作和觀察模擬機組的響應(yīng)；模擬范圍需要包含所模擬的系統(tǒng)之間的相互作用，以提供綜合的機組響應(yīng)。寧德核電廠全范圍模擬機模擬了實際機組234個工藝系統(tǒng)，儀控系統(tǒng)采用了虛擬DCS技術(shù)，人機界面采用全模擬方式。改造工作主要集中于模擬機平臺功能改進和工程文件一致性升級，包括部分遺留項處理工作。（3）主控室、主計算機室和教控室環(huán)境條件。按照國家計算機類設(shè)備運行標準及行業(yè)模擬機房通用設(shè)置要求，計算機類設(shè)備運行時室內(nèi)環(huán)境條件要求如（表2）所示。因此運行環(huán)境改造的重點在于設(shè)備環(huán)境溫濕度的監(jiān)測和控制。3.2項目進度控制項目進度計劃如（圖1）所示。預(yù)計項目實施總工期6個月，臨時驗收后進入2年的質(zhì)保期。為保證總體工期，設(shè)備抵運現(xiàn)場之前機房改造必須全部完成。3.3改造工程注意事項（1）主控室防靜電高架地板整體應(yīng)穩(wěn)定牢固，人員在上面行走不應(yīng)有搖晃感；安裝設(shè)備重量大于高架地板的載荷能力時需要增設(shè)承重鋼結(jié)構(gòu)。（2）為增強單向和隔音效果，主控室與教控室之間應(yīng)有一定高度差，教控室觀察窗應(yīng)采用中空隔音單向玻璃，并且反光面朝主控室一側(cè)，控制室燈光設(shè)計不宜靠玻璃太近，否則影響單向效果。（3）為保留原有教室模擬機備課和偏差處理功能，2臺DCS工程師站放置于教控室，詳細設(shè)計時需要預(yù)留網(wǎng)絡(luò)端口。（4）不間斷電源蓄電池容量應(yīng)保證模擬機設(shè)備供電時間至少持續(xù)1個小時。4教室模擬機改造實施改造工作主要圍繞3.1節(jié)三方面內(nèi)容開展，具體實施方案如下。4.1實體逼真度和人因工程改造（1）功能區(qū)劃分。按照模擬機教學(xué)培訓(xùn)需求，將原來一體化的空間按教學(xué)功能劃分為主控室和教控室，并使用單向玻璃、隔音棉分隔成兩個功能區(qū)，主控室用于學(xué)員的學(xué)習(xí)活動，教控臺用于教員的教學(xué)活動，通過單向玻璃和攝像監(jiān)控系統(tǒng)，教員可以監(jiān)控學(xué)員學(xué)習(xí)過程。（2）硬件擴展。硬件擴展主要包括主控室、計算機房和教控室設(shè)備。主控室配置與實際機組保持一致，包括4套工作站、緊急停堆盤、4套大屏幕顯示屏。教控室配置教員操控的教練員站和用于DCS邏輯監(jiān)視的工程師站。（3）DCS多畫面監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過截取模擬機主控室DCS操作員站的圖像信息，使教員可以在教控室遠程實時監(jiān)視和記錄學(xué)員在操作員站上的具體操作行為，為教學(xué)評價提供依據(jù)和參考。（4）電話調(diào)度系統(tǒng)。模擬機設(shè)置一套獨立電話調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)教員對學(xué)員操作機組過程與外界溝通內(nèi)容和行為的監(jiān)控。學(xué)員撥打任何外界的電話，均通往教控室，由教員接聽并模擬不同角色，同時教控室電話能夠直接識別學(xué)員正在撥打的電話號碼并以專業(yè)名稱顯示。（5）環(huán)境特性：根據(jù)實際機組主控室環(huán)境特性配置文件柜、核島閉路電視系統(tǒng)以及報警音響系統(tǒng)。4.2模擬機系統(tǒng)及完整性改造（1）升級平臺軟件，增加信號質(zhì)量位診斷功能。與實際機組DCS信號診斷功能保持一致。（2）優(yōu)化模型系統(tǒng)資源配置。重新劃分計算任務(wù)較大的熱工水利模型，解決各CPU計算負荷分配不均問題，使CPU平均總負荷低于50%，高峰期單CPU最高負荷低于80%。（3）優(yōu)化虛擬安全級DCS結(jié)構(gòu)。在DCS終端設(shè)備故障時，快速重啟，不影響服務(wù)器運行，減少模擬機故障時間。（4）細化電氣模型。按培訓(xùn)需求將電氣開關(guān)的動力電源和控制電源模擬到具體的母線和控制柜，母線失電后電氣開關(guān)能夠正確動作響應(yīng)。4.3模擬機運行環(huán)境改造（1）模擬機房室內(nèi)溫度控制。原模擬機室采用多聯(lián)機中央空調(diào)，與其它培訓(xùn)教室共用室外機，無法滿足冬天模擬機溫度控制要求，改造時分別在教控室、主控室、計算機房增設(shè)制冷設(shè)備，用于模擬機運行環(huán)境溫度控制。（2）模擬機房室內(nèi)濕度控制。寧德核電站地處閩東沿海，常年濕度較大，春天梅雨季節(jié)濕度可能超過75%，改造時各機房增設(shè)除濕機，當濕度監(jiān)測儀表超過預(yù)設(shè)報警值時，自動啟動除濕機，將濕度控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。5結(jié)語經(jīng)測試驗證，改造后教室模擬機各項指標滿足模擬機行業(yè)標準要求，通過對模擬機平臺優(yōu)化完善，教室模擬機總體性能跟FSS相比有很大的提升，較好地保持了與實際機組的一致性，目前該模擬機已經(jīng)完成了多批電廠執(zhí)照操縱員的培訓(xùn)，能夠