16.04.2015

25 лет внедрения инновационных технологий подготовки оперативного персонала АЭС

В 2015 году исполняется 25 лет со дня основания тренажеростроительной фирмы «ДЖЭТ». Зародившись как совместное советско-американское предприятие, она прошла свой эволюционный путь развития в различных условиях российской действительности и сегодня является одним из мировых лидеров по количеству реализованных проектов полномасштабных
и аналитических тренажеров, построенных для российских и зарубежных атомных электростанций.

  Современные атомные энергоблоки оснащаются развитыми системами безопасности и сложными системами автоматического регулирования и управления. Однако, несмотря на это, роль человека-оператора остается достаточно значимой, а его ошибочные действия могут привести к негативным последствиям даже при высокой степени автоматизации энергоблока. При этом, хотя оператор и должен действовать в рамках технологического регламента и эксплуатационных инструкций, ситуации на энергоблоках бывают столь разнообразными, что могут выходить за рамки, обоснованные в проекте энергоблока. Поэтому для повышения готовности к любым отказам оборудования или, что еще хуже, их наложениям во времени, необходимы регулярные тренировки операторов на полномасштабных тренажерах, на которых могут быть реализованы самые экзотические нетривиальные сценарии, в том числе и запроектные аварии. Но даже и этого может быть недостаточно, если не проанализировать в нужной степени интенсивность работы операторов блочного щита управления (БЩУ) с использованием имеющихся на БЩУ средств контроля технологических параметров и органов управления оборудованием в различных эксплуатационных и аварийных режимах.
  Поэтому важной составляющей новых проектов является функциональный анализ (ФА) деятельности оператора с точки зрения его способности управлять энергоблоком в различных ситуациях при заданной конфигурации БЩУ, степени автоматизации энергоблока и с заданной численностью оперативной смены.
  Международные нормативные стандарты требуют безусловного проведения такого рода анализа для оптимизации человеко-машинного интерфейса еще на ранних стадиях проектирования блока. При этом критерии, заложенные в данных требованиях, носят чисто качественный характер, что не позволяет однозначно доказать выполнение данных критериев.
  На стадии технического проектирования энергоблока нового поколения ВВЭР-ТОИ была поставлена задача проведения расширенного функционального анализа деятельности оператора и определения необходимой степени автоматизации энергоблока при уменьшенном штатном коэффициенте, соответствующим лучшим мировым практикам. Проведение ФА должно исключить применение в проекте ВВЭР-ТОИ проектных решений, которые неоправданно усложняют процессы эксплуатации АЭС или приводят к неоправданному удорожанию проекта, и должно способствовать обеспечению устойчивой и безопасной работе энергоблока АЭС в процессе эксплуатации. Методологической основой для проведения ФА является Стандарт МЭК 61839, применимость которого должна быть расширена на анализ эксплуатационных режимов (функционирование, контроль и управление) всех технологических систем как в отдельности, так и в полном объеме взаимодействия во всех проектных режимах энергоблока и двухблочной АЭС в целом.
Известно, что нагрузка оператора при осуществлении управляющих воздействий (контроль, анализ параметров и процессов, управление оборудованием в соответствии с требованиями эксплуатационных и противоаварийных инструкций) существенно отличается при различных режимах эксплуатации. Под нагрузкой понимается количество операций в единицу времени, выполняемых оператором при управлении (контроль, анализ, действие) работой некоторой системы.
Из рисунка видно, что в переходных режимах (например, отключение оборудования со срабатыванием АВР) нагрузка временно возрастает и затем возвращается в исходное состояние.
В аварийных режимах вплоть до максимальной проектной аварии (МПА) нагрузка может превысить предел возможностей оператора. В частности, на тренажере энергоблока В-320 при возникновении МПА фиксируется более тысячи дискретных сигналов в первую же секунду аварии. Чтобы разгрузить оператора в стрессовой ситуации, проектом предусмотрен запрет на действия оператора в течение 30 минут с момента возникновения аварии и срабатывания систем безопасности. Такой подход полностью соответствует требованиям МЭК 61839, который настаивает, чтобы «для снижения вероятности ошибок оператора системы управления должны быть разработаны таким образом, чтобы удерживать станцию в безопасных пределах без какого-либо вмешательства оператора в течение заданного периода времени после возникновения на АЭС определенных аварийных ситуаций».
  Уровень автоматизации энергоблока фактически определяет распределение нагрузки управления между человеком и машиной. При этом для неподготовленного оператора требуется более высокий уровень автоматизации, а использование для эксплуатации системы, например, двух операторов позволяет снизить уровень автоматизации управления. Поэтому одной из важнейших целей проведения ФА является организация такого распределения функций между человеком-оператором и машиной, чтобы ограничить нагрузку на оператора на уровне заведомо ниже предела его возможностей осознания возникшей ситуации. Для достижения этих целей была разработана методика количественной оценки нагрузки оператора с учетом рекомендаций специалистов инженерной психологии, которая была реализована в виде компьютерного программного комплекса «Арфа».
  С точки зрения инженерной психологии, деятельность человека по контролю и управлению технологическими процессами можно рассмат­ривать как последовательный набор действий, характеризующихся различной степенью сложности и имеющих разную продолжительность. Графически это можно представить в виде диаграммы Ганта, где каждое действие отображается в виде столбика, высота которого характеризует сложность, а ширина – продолжительность. При этом, если оператор выполняет несколько действий одновременно, столбики надстраиваются.
  Если человек-оператор длительное время работает в области монотонной деятельности, его внимание рассеивается, и он может совершить ошибку – пропуск действия или излишнее действие из-за ложной тревоги.
  В стрессовой ситуации также вероя­тен пропуск действия из-за физической невозможности его совершить. Поэтому в этих областях необходимо либо автоматизировать определенные (критические) операции, т.е. передать эти действия машине либо привлечь на время выполнения этих операций второго оператора.
Данный подход был использован при разработке программного комплекса «Арфа» для выполнения расширенного функционального анализа эксплуатации проекта ВВЭР-ТОИ. В его основе лежит составленная библиотека элементарных действий оператора, которая включает как активные (включить насос, открыть задвижку и т.д.), так и пассивные (проконтролировать, запросить разрешение) действия операторов. Их сложность определялась экспертным образом опытными и действующими операторами.
Длительность действий определялась как оценка времени физического воздействия оператора на орган управления плюс время реакции объекта управления (например, время открытия/закрытия задвижки).
Таким образом, стандартные технологические процедуры, например ввод в работу определенной технологической системы, стало возможным формально описать в виде последовательных действий, шагов и операций по управлению оборудования, выбранных их библиотеки стандартных действий с учетом реальных характеристик, выбранных из проектной базы данных. Такое описание было сделано для каждой категории персонала, входящего в состав оперативной смены.
  После этого, рассматривая ввод в  работу целого комплекса технологических систем (всего 180 сис­тем) в соответствии с типовым регламентом пуска энергоблока, можно рассчитать с использованием ПК «Арфа» полную картину занятости различных категорий персонала во времени.
Красными столбиками обозначены наложения действий персонала, т.е. выполнение действий одновременно на нескольких системах, что создает предпосылки для ошибки персонала. Верхняя и нижняя горизонтальные границы обозначают соответственно стрессовую нагрузку и монотонность действий.
  Такой анализ позволяет выявить моменты времени, когда вероятность ошибки оператора велика, а также сформулировать требования по автоматизации операций для ее снижения. Как побочный результат, отсюда ясно видно, где и на каких этапах наблюдаются непроизводительные потери времени, а также где имеются резервы для повышения коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) энергоблока.
  Логическим продолжением работ по функциональному анализу явилась идея разработки комплекса электронных интерактивных процедур и эксплуатационных инструкций (КИПР).
  Для их создания была использована та же самая библиотека элементарных действий с заданной параметризацией, но для расчета длительности действий применялась не проектная база данных оборудования, а реальное время исполнения команд, которое передавалось из АСУ ТП энергоблока.
  Применение такого рода электронных процедур позволяет осуществить эффективный контроль деятельности оператора, так как на оперативном терминале отчетливо видно, какие действия и когда оператор выполнил и какие попросту пропустил. Информация с оперативного терминала может быть параллельно направлена на любой другой терминал, например в кабинет главного инженера. Помимо прочего, данная система может  рассматриваться и как система технической поддержки персонала, так как из нее возможно обращение к различным базам данных, например по оборудованию и системам энергоблока.
  Прототип рассмотренной системы «Кипр» был разработан фирмой «Джет» в 2014 г. и внедрен для тестирования на полномасштабном тренажере Нововоронежской АЭС. При этом отметим, что на зарубежных АЭС (например, в Корее) электронные процедуры уже давно получают широкое распространение, в то время как на российских АЭС операторы по-прежнему используют бумажные экземпляры, правда, отпечатанные на лазерном принтере.





Благодаря жесткой конкуренции, существующей между российскими производителями тренажеров, а также несмотря на сложные экономические условия сегодняшнего дня, компания «Джет» готова предлагать заказчикам инновационный, наукоемкий и высококвалифицированный продукт, как она делала на протяжении всей своей истории. И это позволяет ей осваивать другие виды деятельности, создавать новые технологии, занимать свободные ниши рыночного пространства, что в целом способствует развитию технического прогресса атомной отрасли.