核电厂功能设计的技术要求.docx

核电厂功能设计的技术要求1、一般要求本章规定控制室系统和监测与控制设备的功能设计要求。本章还规定人和控制室 设备之间的接口。设计应基于完整的人机系统的工程方法。2、人的能力和特性的基本数据在进行控制室详细设计时,应提供人的能力和特性的基本数据，作为基本的人因 工程设计资料。基本数据应包括：a）人体尺寸的考虑；b）公认惯例;c）听觉和视觉的能力与特性；d）人处理信息的能力；e）环境因素。这些基本数据针对不同的用户可以是不一样的。3、控制室的位置，工作环境和防护措施（1）位置控制室应安排在便于电厂运行的地方，并应满足5.3的平安原那么。（2）工作环境主控制室内的工作环境应使操纵员能高效且舒适地执行他们的任务。e）如果可行，记录操纵员控制操纵动作；f）将提供的信息范围扩大到包括隐含的数据。信息系统功能分级应符合GB/T 15474的规定。详细技术要求如下：a）提供给操纵员的信息。操纵员应能通过信息系统随时全面了解核电厂状态。信息系统（包括其测量设备）的设计基准应考虑到它们对平安的重要性。每个系统 所预期的平安功能和它在预计运行事件和事故工况下使操纵员采取正确操纵行 为中的重要性应表达在该系统的设计准那么里，并且应作为选择仪表和控制系统分 类方法的依据。信息系统可帮助操纵员完成如下功能：1）辨识任何已出现的或潜在的核电厂平安或可用性方面的危害；2） 了解自动化系统正在执行的操作；3）分析所有扰动的原因，并跟踪其开展过程；4）执行任何必需的手动操作。b）提供给非值班专家的信息。虽然控制室是正常运行和事故工况下电厂操纵员 的信息和控制中心，但在事故初期阶段，根据国家和营运单位的应急运行支援的 原那么，它还可作为主要中心指导厂外活动。相关内容参见IAEA NS-G-1.90最 好在一个单独的房间接待来访专家而不让他们进入控制氧为了向独立的外部支 援设施提供信息，信息系统可以扩展。c）记录和打印。为了获得关于电厂的性能与行为按时序的信息记录，在控制室 内或附近，应为过程变量模拟量和二进制信号提供足够数量的记录仪或打印机, 以便为下述目的提供信息：1）为值班操纵员提供短期和长期趋势的备份信息；2）为电厂管理提供总的运行信息；3）为运行和事故的短期和长期分析提供信息。宜考虑自动记录控制器的动作，以便分析操纵员的操作。2）数据采集和处理数据采集与处理应考虑可操作性和可靠性、将来电厂的修改以及可维修性等所有 方面的要求。在确定数据采集与处理系统时，基本工作是综合分析（例如：任务分析）。这种分 析还应将控制室人员能力因素考虑在内。这样的分析将明确对数据的要求，包括 必要的数据可用性和正确性。数据采集和处理应满足以下要求：a）数据采集与处理的主要功能要求：1）在电厂运行中，系统的故障不引起任何不平安状态或不可承受的经济损失；2）输入数据的采样、预处理和分析速率应适合于有关参数的变化速率的运行要 求；3）数据更新的速率应适合操纵员任务的需要；4）即使在数据峰值负荷时刻，对电厂数据或操纵员请求的处理，应没有大的延 迟；5）在系统的整个使用期限内，系统应能修改；6）应采取相关措施，便于操纵员辨识无效显示信息。b）确定数据采集与处理系统总体上应考虑的事项：1）数据采样频率和冗余度；2）预处理和一致性检查；3）异常工况所需的分析；4）输出要求和输出形式，例如：打印或屏幕显示等。对于单一的计算机系统，原始数据的处理可能占用数据处理器很大一局部处理时 间。类似的，任务分析、数据输出和显示也要消耗数据处理器处理时间。因此, 在数据采集和处理系统正式投入使用前，宜估计出正常和数据高峰情况下系统计 算机的负荷情况。估计的正确性宜通过在全面安装好的系统上进行适当的测试得 到验证，从而说明该系统在核电厂可预期的运行范围内对运行人员的可用性。即 使在数据峰值负荷时刻，处理和显示电厂数据或操纵员请求方面，应没有大的延 迟。经验说明，当计算机化信息系统的任一项功能有超过1s的系统延迟时，操 纵员会失去耐心。在某些情况下，较长的响应时间是可以接受的，例如：访问历 史或存档数据，此时应有信息反响的提示说明此操作正在进行。尽管某些系统可能仅使用一台计算机来处理数据和提供信息，数据采集和处理系 统还是宜配置冗余的计算机或模块，以确保单一故障（频繁发生的是单一故障）发 生时系统能够继续提供服务。3）显示系统显示系统应作为信息系统的人机接口来设计，设计时应考虑人的能力和特性。显 示系统应满足以下要求：a）显示系统设计1）应使操纵员了解反响堆保护系统和其他自动化系统正在执行的动作，以便可 以验证系统状态并执行必要的支持动作；2）应使操纵员能分析扰动原因并跟踪其开展过程； 3）应使操纵员能执行任何必要的手动操作。显示系统应使操纵员能够判明潜在的平安或可用性方面的危险。b）显示系统的主要功能要求1）控制室内的显示系统应包括适当的变量。这些变量应与平安分析的假设相符,并与操纵员在正常运行和事故工况下的信息要求一致；2）显示器的精度、量程和刻度应符合平安分析的假设和所支持的操纵员任务；3）应提供电厂和辅助设施的旁通或人为停运的工况的显示；4）与平安重要的信息显示器应置于控制盘上适当位置，并加上特殊的标识；5）应依据不同的显示目的选择显示器的合适类型；6）显示系统应既提供信息显示又提供报警显示，以综合的方法显示核电厂工况。c）显示系统一般采用基于屏幕显示器的方法提供显示和信息。但专用显示器，例如模拟仪表、数字指示器、指示灯以及趋势记录仪在如下场合也可能被采用：1）基于设备鉴定或多样性考虑的事故后工况；2）如果要求必须配备专用显示器的场合。宜配置足够数量的打印机以输出硬拷贝给值班人员，作为团队内部讨论和分析的材料以及用于满足规定的存档需求。基于屏幕显示器的显示系统的要求见NB/T 20058 ;专用显示器的要求见ISO 11064（所有局部）。4）报警系统主控制室报警应提供监视电厂偏离正常运行工况所需的全部信息。报警系统应能够：a）显示报警信息，使操纵员了解事故开展状态。 b）使操纵员能略去无关的信息，又保证有关的和重要的信息以操纵员易懂的方 式显示出来。c）使操纵员能区分两种不同性质的报警：1）操纵员的纠正操作没有结束的报警；2）没有维修工作的介入不可能消除的报警。d）防止信息过多使操纵员负担过重。报警系统还应具有：a）处理功能，向操纵员提供异常工况最有代表性的信息；b）显示功能，使得操纵员易于区分某个报警及其严重性。此外，应为每个报警提供一份规程性文件，例如报警卡或电厂物项操作指令，向操纵员说明报警的可能原因和所需的纠正动作。详细要求见NB/T 20027o5）操纵员支持功能为提高电厂的平安性、可用性和可操作性，宜提供如下操纵员支持功能：a）平安参数显示与监视功能（详细内容见GB/T 13624）;b）电厂诊断功能；c）正常运行和事故后工况下的操作指导功能，例如：基于状态的运行规程与基 于事件的运行规程；d）功率运行时的自动试验功能。这些功能应尽可能地贯彻到整个控制室设计之中。（3）控制功能本条涉及在正常与异常运行中手动操作及自动化的后备操作所使用的控制器与人因相关的功能性要求，电厂仪表控制系统所担负的控制功能的技术要求不属于本标准范围：a）总体思路：控制器的设计应保证操作简便,并使操纵员的过失最少。所选择 的控制器应适合于操纵员在控制室环境中使用，并与预期的使用人员的特征相适 应。控制器应满足以下要求：1）为使操纵员过失最少，控制器的动作方式应符合公认惯例并且应与被控变量 匹配；2）控制器应包含被选功能项的反响信息和被控组件状态的核对信息显示；3）控制功能的分类应与它们对平安的重要性相适应，满足GB/T 15474的要 求。b）错误操作的防止：为防止人为的事件，控制器的错误操作应用以下方法减到最少：1）将控制器安置于适宜的位置，防止在任何操作过程中意外地被触动； 2）使用保护结构，例如：使用实物屏障、隐藏式安装法或使用可移动的盖板或挡板;3）提供二次确认动作，例如：使用释放按钮或附加的软控制命令；4）使用联锁或允许信号，并对信号进行适宜的优先级分配；5）选择适宜的控制器件的机械特性，例如：尺寸、操作压力或操作力、触觉反响、光学和（或）声学反响等；6）以上措施的组合。c）技术：控制功能可通过软控制器、多用途控制器、专用控制器，或者它们的混合方式实现。宜根据如下原那么做出选择：1）鉴定和独立性考虑；2）所需的访问速度和使用频率；3）可行的技术。详细要求见NB/T 20059o8、控制与显示的组合控制器和它们相关的显示器应正确地组合，以使控制室人员能保证电厂有效地运 行。控制与显示设备的组合应符合按6.2和6.6进行分析后所提出的电厂运行方法。控制与显示设备的组合应满足以下基本要求：a）控制器应靠近相关的显示器，控制器的操作应在相关的显示器上产生相应的 变化；b）控制器与相关的显示器的编组应反映完成系统目标的需要，并宜与使用者头 脑中的核电厂模型一致；c）控制器与显示器的编排应反映因果关系；d）控制器的编排应表达使用者的习惯；e）显示器和相关的控制器所使用的编码形式应完全一致。9、通信系统（1）一般要求在控制室内应提供通信系统以便于电厂平安与有效运行。对于在异常或事故工况 下用于与应急设施联络的通信系统的设计，应给予专门考虑。为了改善电厂的可用性与平安，在控制室和其他信息中心之间，有必要设置非语 言的通信系统，例如： 、计算机之间的数据链。(2)语言通信系统1)厂内通信应提供分机数目足够的 系统，用于正常运行工况下的一般联络。至少有一台 分机应安装在控制室内。每台 分机可以与公用 系统连接。在控制室 内应额外提供一台专用的应急 分机，公用 系统不能与它接通。这台 分机的号码应为人熟知，并标记在所有 分机上,只用于向控制室人员传送异 常和事故报告。应在适当地方安装一个独立的、直通的 系统，以便在事故或紧急工况下与安 全重要的辅助操作设施和控制点通信。系统应使控制室人员能进行一对一的通信 或同时与选定的数台 分机并行通信。系统还应使控制室人员能与同一厂址内 具有独立控制室的任一其他机组的控制室通信。系统应由不间断电源系统供电。 应在控制室外需要的地方提供 机的插孔。这些插孔在事故工况下应仍能接入。 该系统也可以在运行中使用。应提供广播系统，以便在任何电厂工况下寻找厂内人员。在维护、试验或维修期间，其他通信系统不能可靠到达的地点，应提供便携式无 线电对讲机，以无线电方式与控制室通信。在仪表控制系统的设计、电缆敷设、 设备布置和试验中，应考虑无线电频率干扰的问题。为了尽量减少这种干扰，应 限制并规定这些无线电设备的频率范围和最大输出功率。应确定不可以使用无线 电设备的场所，例如控制设备室。2）厂外通信为了与厂外的营运单位、急救站、政府和公众机关通信应提供专用的通信系统。某些 分机的号码，尤其是控制室的分机号码应不对外公开。为了与必要的机构和人员及时联络，应提供最低数目的 外线。重要的联系应 具有冗余和多样的系统，例如包含一个 系统和一个无线电系统。这种通信联 系应按照国家标准进行设计，典型的通信联系包括：a）机组工作人员中的待命和随叫随到的人员，在紧急或事故工况中支援的专家； b）在厂址外面执行有关平安工作的辐射监测工作队；c）有关的消防站；d）当地公安局;e）政府、公众或代理机关。3）布置满足运行通信需要和操纵员间通信需要的通信设备应安装在操纵员工作台上。控制室还应设计成为正常运行和事故初期的电厂通信中心。在这些阶段使用的通 信系统的职责和需求应在任务分析中确定，通信设备应按照分析结果相应布置。 与厂外通信的绝大多数设备，最好安放在一个专门的通信桌上，或安装在主控制 台和控制盘的延伸面板上。（3）非语言通信系统 在控制室内，可以提供非语言通信系统，例如：a)在事故工况下可能用到的监督反响堆操作平台和汽轮发电机状态的电视系统； b)为了紧急状态下传送电厂状态和运行建议，与应急响应设施连接的 系统。10、其他要求(1)电源控制室的电源装置的可靠性与可用性应符合与仪表控制系统、平安系统以及平安 重要系统的要求。控制室内的平安重要系统需要在正常运行和事故工况下全时可 用，应由不间断电源供电。控制室的供电要求见NB/T 20071。(2)鉴定应制定一个与整个核电厂设备一致的鉴定大纲，以证实控制室中的平安重要设备 和系统，在需要它们运行时可能出现的环境条件下能连续地满足设计基准性能要 求(例如：量程、精度、响应时间)。该大纲应包括保证设备预期的使用寿期的鉴 定计划，如必要的话，还应提出及时复检或更换的要求。鉴定的技术要求见GB/T 12727和GB/T 13625。(3)可维护性设备应设计成便于监视与维护，在出现故障的情况下，易于诊断和修复，或易于 更换。控制室的环境设计应包括对空气调节、照明条件及音响环境的要求。具体要求如 下：a）空气调节：主控制室应能进行空气调节。空调系统的设计应包括应对核电厂 事故工况的措施，例如：使用过滤器或隔离功能；b）照明：照明系统设计应确保照度均匀，防眩光、反光和阴影；c）声响环境：声响环境设计应确保运行班组内通信便利，尽量不受环境噪声干 扰，同时确保对语音信息、报警和紧急信号的可靠感知。正常工况下对工作环境的技术要求导那么见ISO 11064o在环境技术要求中考虑控制室尺寸和形状要求以及初步布置、电缆敷设要求、抗 震要求、房间和盘台颜色以及其他完工细节要求，有助于满足土建需求和后续详 细的设计确认需求。在工作环境设计中应采取适当的措施，即使在电厂紧急工况下仍保持控制室的可 用性。（3）防护措施控制室的设计应在设计基准范围内对以下事件提供防护措施：火灾、辐射、内部 和外部的飞射物、地震和敌意活动。控制室设备应按设计基准条件进行鉴定。 控制室设计应确保上述事件不会同时危害主控制室和辅助控制点。具体要求如下：a）防火：应注意只使用非燃性材料。控制室区域应安装火警探测系统和灭火系 统。控制室内的电气设备应在合理可行的范围内设计成既不引燃，也不助燃。与 控制室有关联的电缆和开关柜应有防火保护。电缆绝缘和护套材料应满足低烟、 无卤、阻燃要求。在设计阶段应估计修复时间对可用性的影响。在每个特定系统的设计基准中应规 定平均修复时间和检查频度。探查发生故障的方法，例如电源系统检查(试验), 应是这种估计的一局部。系统维护的手段应设计成对电厂平安的任何影响应是可接受的。(4 )维修控制室的设计应考虑控制盘的布置和设备配置，应使其里面的系统和设备易于维修。设计还应考虑维修设施和备品备件。(5)可试验性控制室应设计成在必要的时间段内，可以对每项必需的功能方便地进行试验与校 验。b）放射性防护：控制室人员应受保护，免受任何事故情况下的直接照射。空气 引入风管应安装辐射监测系统。如果情况需要，控制室通风系统应具有自身隔离 的能力，应为工作人员配备呼吸面具。c）飞射物防护：控制室的设计应对控制室外部与内部飞射物做出评估，并采取 预防措施。飞射物防护应符合IAEA NS-G-L11的要求。d）地震防护：与平安功能有关的控制室设备、空调系统和应急照明系统（即：为 地震后保持功能而设的照明），应按相同的地震基准来设计。详细设计要求见GB /T 13625。e）保安措施：应采取措施阻止无关人员进入控制室，并防止敌意行动。保安计 划应遵守国家法规的要求。4、控制室的空间与布置（1）控制室的空间控制室应具有足够大的空间，使控制室人员可以执行全部必需的活动，而且在异 常工况下，使操纵员的移动范围最小。在控制室设计中，应注意提供工作场地、书写空间和资料的存放空间，详细要求 如下：a）操纵人员持续工作的区域将设计成坐姿操作，并提供舒适的座位，但也可以 站姿操作；b）当书写与阅读文件成为操纵员任务中的经常工作时，应有适当的书写空间； c）在靠近操作位置的地方，还应提供文件存放空间，以防止文件堆放在控制台或办公桌上； d）可以提供一定的空间满足未来扩展的需要（例如：在设计阶段或控制室的生存 周期内）。（2）控制室的布置在控制室的布置中，应考虑下述事项：a）营运管理原那么；b）给操纵员和仪表控制系统的功能分配；c）集中或就地控制的原那么，由此决定控制室内有多少控制器；d）监视电厂的准那么，由此决定概貌显示图的使用，以及控制仪表盘上使用的屏 幕显示器、指示仪表、记录仪、报警器和指示灯的数量；e）技术的选择，如：相对于软控制和屏幕显示器（包括大屏幕显示）的使用程度而 言，专用硬接线控制器和指示器的使用程度；不同序列之间的分区；自动控制顺 序的使用；自动化和（或）多路控制的程度；f）营运主管当局要求和法定要求，例如：由运行策略或平安当局所要求的控制 室操纵员的人数；g）不需要操纵的系统（如：火灾报警与消防系统，及其他与就地相关的功能系统） 的安装；h）为行政管理提供的空间。控制室应划分为假设干操作区，在所有运行和事故工况下，每个操纵员在其操作区 内，具有执行任务所需的全部控制器和信息。操作区的布置和控制室设备（例如控制台、控制盘和盘）的布置应符合人因工程原 那么o控制室的布置应让每一位操纵员对控制室设备按照其相应功能实现方便操纵 和快速辨识，并且应让每一位操纵员能够和通常在场的其他操纵员直接对视并交 流，而没有彼此间视线的不当干扰。具体的技术要求见£0 11064（所有局部）。信息显示设备和控制器的布置应遵循统一的原那么。这些原那么宜在设计过程中形成 文件。控制室的布置应是结构化的，尤其在控制室大量使用专用硬接线控制器和指示器 的情况下，以利于在正常运行、事故工况和紧急情况下系统与部件的识别，并将 人为过失引起的误操作几率减到最小。以上准那么可与其他设计要素结合使用。由此衍生的各种规那么，所有的操作区都应 一致遵守。5、台盘设计（1）优先性属于某个系统的某一功能的报警器、显示器和控制器的布置与排列，以及在控制 盘上布置的相似器件之间的优先次序，应建立一些原那么，并予以贯彻。对电厂中 的所有控制盘，其规那么应一致。（2）台盘上的设备布置在控制台盘上，显示器、指示器和控制器的布置应依据以下准那么：a）报警屏和报警牌应从控制室的操作区可以观察到，并且从操纵员的可视性和 辨识性角度考虑应布置在合适的高度上；b）频繁使用的控制器应位于便于触及的地方，有关的指示器和显示器应从操作位置可以读数。详细的技术要求见£0 11064（所有局部）。(3)镜像布置为了防止左右混淆，各种控制盘、控制器和指示器应防止采用镜像布置。6、布置的辅助手段(1)显示信息和控制器的编组显示信息和控制器按逻辑关系编组是重要的。以下技术可用于显示信息和控制器的编组：a)按功能编组：信息和控制宜按功能或在系统内的相互关系来编组。应注意根 据信息在完成系统目标中所起的作用，而不是根据信息的来源或测量的方法来确 定其功能。b)按使用的顺序编组：信息和控制器可以依据使用顺序编组。既可把显示当作 一个整体，也可把显示分为几个局部。这两种情况都可以按顺序组织。在显示上 宜反映因果关系。可以使用符合使用者公认惯例的自然编组法，例如：1、2、3 或a、b、c等。由于同一理由，显示宜按相应方法来组织，例如，从左至右、 从上至下。c)按使用的频率编组：在这种编组形式中，将最常用的信息集中在一起，放在 显示的上部，较少使用的放在显示的下部，使用最多的控制器最靠近操纵员。确 定使用频率最通用的方法是链分析法，以便决定信息或控制设备和操作顺序之间 的联系。由于这种类型的编组方法在显示上有明显不合逻辑的风险，应用是有限 制的。d)按优先级编组：按信息或控制对系统正确执行功能的重要性编组，最高优先 级物项宜置于一组之内的主要位置上。e）按运行规程编组：信息显示和控制器宜根据运行规程编组，在紧急工况下所 要使用的显示器与控制器等专用设备，宜与正常运行的显示与控制设备分别编组。f）模拟图式的编组：如果使用模拟图，应注意防止跟所用的其他准那么相矛盾； 如果将来需要变更或增加工艺流程或仪表与控制器的话，一定要注意保持相同的 模拟原那么。通过衡量上述方法各自的特性，宜将合适的方法筛选出来单独或组合使用。每个 组的规模应适当，以便可以迅速与准确地寻找。止的卜，应充分考虑人的执行能力。 编组宜与操纵员对于核电厂的认知模型相一致。应特别注意防止编组出现矛盾现象，尤其当同时使用几种不同编组技术时，更要 精心设计。（2 ）命名方法核电厂内的每一个物项（还应考虑核电厂其他冗余物项）的名称和标识应精心设 计并在工程范围内统一使用。宜统一规定并使用专用的简称或缩写（例如：CVCS代表化容控制系统）。按照人 因工程原那么对这些核电厂标识进行审核是十分有益的。（3）编码方法控制器和显示信息的编码用于区分不同类型的控制器或不同种类的显示信息，例 如：平安功能、平安重要的其他功能、非平安重要功能。编码规那么应建立于控制室设计的早期阶段，而且应符合要求和工程实践。在整个控制室内，编码体系应是一致的。显示器和它们相关的控制器所使用的位 置、信息、颜色和亮度的编码形式应完全一致。实际采用的编码方法应通过衡量各类编码方法的相对优势来确定： a）物理编码（尺寸编码、形状编码、颜色编码、音响编码、亮度编码等）；b）信息编码；c）位置编码。各类编码方法及其导那么见ISO 11064（所有局部）。考虑到潜在的人员因素（例如：色弱型人员）和设备因素仪口：褪色，仪表和控制系 统设备的局部失效），颜色不应作为区别平安重要信息的唯一编码手段。同样的， 在其他应用场合也宜防止颜色成为唯一编码手段。（4）标识在控制室内应提供恰当的标识。标记方法应与电厂中其他标记方法一致，并符合 相关标准要求和工程实践。详细要求见£0 11064（所有局部）。控制室中所有的标记、标识符和所有显示所使用的语言和字符样式都应统一。7、信息和控制系统（1）一般要求按照NB/T 20026规定的设计过程和要求，仪表和控制系统总体结构设计将会 产生信息和控制系统，实现主控制室对核电厂监测控制功能的人机接口。系统结构取决于：a）平安分级；b）失效准那么;c）纵深防御策略；d）鉴定和可靠性要求； e）维护要求;f）可用技术的选择。信息和控制系统由一个或几个子系统实现。这些子系统分别完成不同的人机接口 功能和操纵员支持功能。典型的信息和控制系统包括带屏幕显示器和软控制的计 算机系统以及专用模拟指示表和控制器。（2）信息功能1）一般要求应设置信息系统，向操纵员提供对平安和可用性重要的电厂状态及变量的显示， 使控制室操纵员可以随时全面了解核电厂状态。应提供足够的信息,使运行人员能依据法规要求实现并长期保持在平安停堆状态。 在事故工况下，系统还应向技术专家和厂内、厂外的平安专家提供电厂状态的信 息。系统应具有数据采集、显示和报警功能。系统还应具有对平安和可用性重要的电 厂过程变量的记录与记忆功能，以便分析和向营运机构与管理当局报告。系统还应具有信息处理功能，以作为支持操纵员的高级思维处理工作的手段,其功能应包括以下各项：a）辅助决策；b）改善监测的性能和能力。以上功能宜通过如下方法实现：a）确保信息的高可用性和可靠性；b）为规范化操作提供有用信息；c）方便控制室人员之间信息交流； d）为分析提供瞬态过程与事故工况的记录，包括提供对记录数据的获取；