核电厂数字化主控室的人因失误研究学位论文.doc

核电厂数字化主控室的人因失误研究姚嘉俊 秦国强（福建福清核电有限公司，福建 福清 350318）摘要：基于集散式仪控系统（dcs）的先进数字化主控室已经在核电行业得到广泛的运用, 它具有强大的数据采集和自动监测能力，比传统主控室有更加丰富的参数信息，然而这也给主控室操纵员带来前所未有的挑战。dcs系统为操纵员提供大量电厂信息的同时，也导致监测和控制直观性变差，极易带来一些人因陷阱。本文在数字化主控室应用背景下，探讨操纵员人因失误发生的机理，并研究应该采取何种措施来避免这些陷阱，扬长避短，确保数字化主控室能够更好地服务于核电机组的运行。关键词：数字化主控室；人因陷阱；人因失误防范。study on human error under digital mcr environment of nuclear power plantyao jia jun qin guoqiang(fujian fuqing nuclear power co.ltd, fuqing 350318, china)abstract : the technology of distributed control system (dcs) and digital main control room(mcr) which has a strong ability in data collection and automatic monitoring. it had been widely used among nuclear power industry nowadays. compare with the traditional mcr , it brings plentiful information of the unit while brings with great challenges to the unit operators that had never met before. the lose of intuitively with the unit condition, huge human-computer information exchange will easily cause human error if without mind focus .this article which is based on the reasons of human error occur in digital mcr ,and bring an analyze on how to take measures to reduce human errors ,and make a more reliable and safety operation in digital mcr.keywords: digital main control room , trap of human error , human error prevention 1.引言1.1数字化主控室的应用背景人因绩效的提高对于核电厂辐射风险控制有相当重要的意义。dcs（distributed control system）技术，是利用计算机技术对生产过程进行集中监测、操作、管理和分散控制的一种控制技术。目前，国内采用dcs的核电项目包括：田湾核电、岭澳二期、福清核电、三门核电、宁德核电等。核电控制室数字化以后，人机界面产生巨大变化，信息显示从仪表、光字牌和报警器转变成大屏幕（pop）和计算机终端显示；控制和操纵从传统的控制盘台的控制钮、键转换成采用坐姿在计算机终端前的鼠标操纵；操纵员使用的规程由传统的纸质规程转为在计算机屏幕上显示的eop规程。控制室的数字化引起人因诸多方面的变化，人因失误研究的目标在于从已有的人因事件分析出人因失误产生的机制，并提出减少其发生的可行性方案，从而提高核电厂运行安全性1。1.2 人因失误的分类人因失误的分析的前提是需要对人因失误进行分类。根据后果是否即时显现，可以把其分为即时型失误和滞后型失误。前者的后果立即显现，如误碰阀门引发报警。对于此类失误，操纵人员往往能够自行发现而进行纠错，减少事故后果的产生。后者的后果在一定条件下才会显现，如维修后阀门未放回原状态，当设备再次启动后发现。根据工作任务类型，可以将人因失误划分为知识型失误、规则型失误和技能型失误。根据rasmussen的srk模型（图 1），此种失误划分方式与操纵人员对工作的熟悉程度相关。图1 srk模型fig.1 model of srk2.数字化主控室的人因失误陷阱形式经过对某数字化核电站运行一年的人因事件及人因小偏差分析结果看，主控室出现的人因失误比例最大，达到统计数据的60左右，这与该电站采用dcs控制的数字化主控室密不可分2。核电厂数字化人机界面主要问题包括以下三个方面：操作控制陷阱、信息过量（报警雪崩）以及人员信息交流困难。2.1操作控制陷阱数字化控制的一个优势就是可以在同一操作画面中实现多个设备的功能，操纵员只需要通过鼠标操作就能快速切换，然而这也带来一定的人因风险。主控的操作失误主要发生在对控件的操作上，分为目标错误和行为错误1。目标错误主要是指点击错误的控件、操纵员打开了错误的画面或者在一幅画面内操作错误的部件。这样的失误在画面相似或者控件相似的情况下特别容易发生。例如：汽轮机调节系统（gre）操作画面。汽轮机在降负荷时操纵员可以选择手动或者自动降负荷方式。手动方式下，完成目标负荷与速率设置后，通过kco126sy来触发降负荷指令。然而，如下图所示， kco126sy的右边操作按钮为kco125sy，它实现的是手动负荷速降功能。两个控件布置靠近、名称相似，实现的功能却大不相同。图2 gre001hxt gre自动控制系统fig.2 gre001hxt gre automatic control system行为错误主要是指操纵员忽略了步骤中的某一步，或者操作顺序错误。在这类失误中，由于操纵员本身注意力和记忆力偏差导致的人员失误占主要原因，还有一部分是由于人机界面设计的原因，叠加操纵员对控件不熟而导致。2.2 信息过量（报警的雪崩效应）主控室主要包括4个操纵员工作站（owp）：值长站（us）、安工站（se）、堆操站（ni）以及机操站（ci）。以堆操站为例，有5个nc-vdu显示器，2个s-vdu显示器以及1个loca监测lss显示器（lss为堆操站特有）。此外，操纵员还能通过后备盘（bup）、大尺寸液晶显示屏（pop）来获取机组运行信息。dcs将机组系统显示图像化，各个系统有单独的系统画面，内含设备状态、参数显示、变化趋势等，大量信息可通过重叠的画面分层显示，且并不受限于物理空间。小孔效应造成信息获取的严重限制，操纵员在获取大量信息的同时工作负荷急剧上升，巨量信息获取的同时也导致精力分散，关键参数遗漏等弊端。dcs报警系统有不同优先级，根据报警的重要程度有不同颜色进行区分。但是在机组发生瞬态或者异常工况时，大量报警同时出现，画面层层覆盖，需要通过导航或者搜索才能获取关注的报警信息。报警信息获取的困难再加上故障处理的压力很容易导致人因失误。2.3人员信息交流困难在dcs控制时代，主控室操纵员的工作对象已由传统盘台演变成计算机界面。操纵员、机组长、值长都有各自的工作站。四个工作站功能相似，互为冗余备用，增加dcs操作站的可靠程度。然而此种一前一后的空间布置弱化了团队交流。操纵员间若没提前口头汇报，都不清楚对方在执行何种操作；缺少面对面的交流机会，机组团队成员间的监互、检查都显得尤为困难。3数字化主控室背景下人因失误防范措施数字化技术的应用让核电厂的控制产生革命化改变的同时也带来了前所未有的风险与挑战。那么，我们应该采取什么样的措施来排除人因陷阱，解决这一系列问题，规避现有的风险，让数字化主控室更加安全、可靠呢？可以从以下两个渠道入手。3.1 改善人机界面人机界面hmi（human machine interface）指人与计算机之间传递、交换信息的媒介和对话接口，是计算机系统的重要组成部分。虽然硬件设备一旦设计定型并投入使用后就很难更改，但使用软件类似操作系统，可以不断更新换代，满足用户需求。所以从人因的角度，dcs主控室操作界面可以进行以下几点改善。3.1.1 完善以功能为导向的操作画面通常单系统的操作都是在相应的系统画面上完成。但在很多情况下，实现某一个重大操作需要多个系统配合完成，特别是在事故情况下，要在短时间内确认多个系统的信息以判断机组状态和事故进程，使用单一的系统画面来回切换就显得耗时费力。为了解决此问题，方便操纵员在机组瞬态和事故情况下有效响应。以典型m310机组的数字化主控室举例，dcs画面中设计了两类功能操作画面：hgn操作画面，涉及稳压器压力和水位控制、蒸汽发生器水位控制、gct蒸汽排放控制等；eop事故操作画面，在操纵员执行事故规程时帮助确认信息和完成诊断。随着运行实践经验的积累，持续完善这些功能操作画面并根据需要添加，将是一项长期的、意义深远的工作。3.1.2 编制操纵员使用手册（hmi界面说明书）对于无法在画面上实现的注释信息，可以汇总编制成操纵员使用手册（hmi界面说明书），该手册用于学习查阅及操纵员岗位培训。对于不同系统参数物理单位不同的情况，也应在该手册中详细描述。通过手册使用以及加强培训来确保操纵员熟悉hmi界面，减少人因失误。3.2 数字化主控室防人因失误工具的使用三喱岛事故后，西方核电行业探索和开发出了一套防人因失误工具，并且经过实际验证：在1995至2004年期间，电厂重大事件同比下降了87.5，机组能力因子上升了153。国内的大亚湾核电厂在2005年左右也引进人因管理系统，并在实践中证明防人因失误工具能够有效减少电厂人因事故的发生，提升电厂业绩。我们同样可以将防人因失误工具引入并加以改善，使其更加适合数字化主控室的工作环境。3.2.1明星自检（start）“明星自检”是为了防止由于人固有局限性而导致的工作失误，确保工作执行的正确性，将人员犯错的几率最小化，它通常是预防人因失误的最后一道屏障。明星自检包括停、思、行、审四个关键步骤。操纵员在接到一项工作任务或者面对机组瞬态需要做出响应时，面对复杂的操作界面或者种类繁多的报警提示信息，如果能够运用自检这一防人因失误工具，执行工作前停顿下，集中精力，思考将要进行的操作并且提前判断出预期响应，操作前将鼠标置于将要操作的设备上，大声念出该设备的九位码以及将要执行的动作，然后才开始执行，最后对执行结果做出审查。它是执行工作任务中最有效防止失误的方法。特别对于需要操纵员独立完成的任务来说，能够正确运用明星自检这一人因工具有着重要的意义。3.2.2监护某电厂数字化主控室操纵人员行为规范管理规定4要求操纵员在执行重大任务时均需要运用监护这一防人因工具。根据国内某电厂发布的最新防人因失误工具管理规定监护要求一名操作人员执票进行操作时另一监护人员进行同步确认。通过操作人和监护人同时检查将要进行的操作，以确保操作的正确性，形成预防错误的第二道屏障。主控室通常有3-4名持照人员。当堆操、机操一人有监护需要时可以要求另外一人进行监护，但这样可能导致另外一名操纵员失去对自己负责系统、设备的监视。因此要求机组长或值长充当监护者的角色，一方面他们运行经验较为丰富，另一方面也不会出现机组状态失去监视的情况。对于画面显示不够直观导致的监护不到位，要求监护者在执行监护的过程中与操作人站在一起、靠近操作屏幕，与操作者同步用手指明需要操作或者确认的设备。4结论安全，是核电行业的生命线，只有安全，才能谈得上发展。2011年日本的福岛核事故的阴霾至今仍未散去。如何确保核电厂的安全、可靠运行，是一代代运行人员孜孜不倦研究的命题。随着数字化主控室的不断普及，这项新的技术带给运行人员方便的同时也带来了新的挑战。同样，防人因失误工具的运用也与传统主控室也有着一定的区别。面对人们对于核电安全的严格要求，数字化主控室背景下的防人因工具的开发与应用迫在眉睫。我们在不断改进dcs操作环境，让人机界面更加适合于实际运用的同时也要求主控室工作人员秉持主人翁精神，去发现、分析研究并且解决问题，将防人因失误工具进行不断改进以适合数字化主控室的工作环境。参考文献1 戴立操 核电厂dcs人因失误研究 2013.05.10dai li-cao study on human error in dcs of a nuclear power plant 2013.05.102 曹雷涛 dcs二层简介 2012.3.23cao lei-tao introduction of dcs