風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)在核電廠維修工作中的應(yīng)用

楊智　郗海英　楊鵬程

摘? ?要：利用概率安全分析（PSA）技術(shù)來(lái)支持核電廠的日常風(fēng)險(xiǎn)管理及安全決策，已成為目前國(guó)際上的主流分析方法。本文應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)指引性技術(shù)，對(duì)核電廠某維修工作開(kāi)展的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性、定量分析，評(píng)估開(kāi)展此工作對(duì)核電廠安全的影響，為核電廠決策提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：維修? 風(fēng)險(xiǎn)指引型應(yīng)用? 概率安全分析（PSA）

中圖分類號(hào)：TM623? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（c）-0021-04

Abstract： The use of probabilistic safety analysis technology to support the daily risk management and safety decision-making of nuclear power plant has become the international main stream analysis method. This paper applies risk-informed technology to qualitatively and quantitatively analyze the adjustment plan of a nuclear power plant's maintenance strategy， evaluate the impact of this work on the safety of nuclear power plants， and provide support for nuclear power plant decision-making.

Key Words：Probabilistic safety analysis（PSA）;Risk-Informed（RI）;Maintenance

2010年2月，國(guó)家核安全局頒布了關(guān)于在核安全領(lǐng)域中加強(qiáng)PSA應(yīng)用的技術(shù)政策聲明[1]，闡述了國(guó)家核安全局將在核安全領(lǐng)域中積極應(yīng)用概率安全分析技術(shù)的政策。

在該技術(shù)政策中國(guó)家核安全局認(rèn)為：近年來(lái)，概率安全分析技術(shù)已取得重大進(jìn)展，在主要核電國(guó)家，概率安全分析技術(shù)已不僅僅停留于核設(shè)施安全水平的評(píng)估，而且對(duì)于進(jìn)一步深入認(rèn)識(shí)核安全問(wèn)題，乃至對(duì)核安全要求的確定都在產(chǎn)生著深遠(yuǎn)的影響;在國(guó)內(nèi)，概率安全分析技術(shù)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，已具備了較好的技術(shù)基礎(chǔ)，因此，國(guó)家核安全局希望積極地、有步驟地推動(dòng)概率安全分析技術(shù)在國(guó)內(nèi)核安全領(lǐng)域中更深層次的應(yīng)用，為優(yōu)化資源配置、提高核安全監(jiān)督活動(dòng)效率和提升核安全水平提供技術(shù)基礎(chǔ)。

隨著核電廠的模型范圍越來(lái)越完善和模型的應(yīng)用能力越來(lái)強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)在核電廠工程改造、事件評(píng)價(jià)、維修工作安排等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從安全上和電廠經(jīng)濟(jì)上都獲得收益。本文以國(guó)內(nèi)某電廠附加柴油發(fā)電機(jī)組預(yù)防性維修超過(guò)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范時(shí)間要求的事件為例，進(jìn)行概率安全分析（PSA），以確定此項(xiàng)維修工作開(kāi)展的可行性。

1? 背景

某電廠計(jì)劃對(duì)附加柴油發(fā)電機(jī)組（0LHS）進(jìn)行預(yù)防性檢修，預(yù)期工期超過(guò)30d。根據(jù)運(yùn)行技術(shù)規(guī)范GEN8的要求，0LHS允許不可用時(shí)間為1個(gè)月。如果檢修實(shí)施，將不滿足運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求。因此，需要針對(duì)此種情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定0LHS退出運(yùn)行60d所引入的風(fēng)險(xiǎn)是否可以接受。

2? 涉及設(shè)備的功能

核電廠每臺(tái)機(jī)組各有兩臺(tái)應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組（EDG），在喪失廠外電（LOOP）的情況下，應(yīng)急柴油機(jī)向應(yīng)急母線供電，以確保安全相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備能夠正常運(yùn)行。為加強(qiáng)應(yīng)對(duì)全廠斷電事故（SBO），核電廠單獨(dú)增設(shè)一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組（稱為廠址附加柴油發(fā)電機(jī)組，編碼為0LHS）。廠址附加柴油發(fā)電機(jī)組作為附加電源，其中的柴油發(fā)電機(jī)組和它的輔助設(shè)備是通過(guò)1E級(jí)質(zhì)量鑒定，抗SSE地震，但該核電廠0LHS廠房不是按抗SSE地震設(shè)計(jì)建造。

作為核電廠的附加電源。其主要功能有兩個(gè)方面：

（1）當(dāng)某臺(tái)機(jī)組喪失全部交流電源時(shí)，通過(guò)廠址附加柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組恢復(fù)供電;

（2）正常運(yùn)行工況下，當(dāng)有一臺(tái)應(yīng)急柴油機(jī)退出運(yùn)行后，可以用0LHS替代退出的應(yīng)急柴油機(jī)，以保持每臺(tái)機(jī)組仍然有兩臺(tái)柴油機(jī)可用。

附加柴油發(fā)電機(jī)組平時(shí)處于冷備用狀態(tài)，沒(méi)有任何信號(hào)可使其自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)需要其替代機(jī)組應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組時(shí)，需先將附加柴油發(fā)電機(jī)組和被替代的機(jī)組應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組都徹底停運(yùn)隔離，然后進(jìn)行相關(guān)高壓電氣開(kāi)關(guān)切換，使附加柴油發(fā)電機(jī)組連接至相應(yīng)的機(jī)組應(yīng)急母線，最后切換低壓控制電源的接線，使傳送至被替代機(jī)組應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的所有控制信號(hào)轉(zhuǎn)傳送至附加柴油發(fā)電機(jī)組，完成附加柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)機(jī)組應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組的替代。附加柴油發(fā)電機(jī)組和機(jī)組應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組分別布置在不同的廠房中，在替代操作的過(guò)程中需到相應(yīng)廠房進(jìn)行電氣開(kāi)關(guān)操作，且需在兩個(gè)廠房間傳遞電氣閉鎖鑰匙，耗時(shí)較長(zhǎng)。

3? 分析方法

風(fēng)險(xiǎn)指引型（Risk Informed）方法，是在傳統(tǒng)工程分析（確定論分析、工程判斷等）的基礎(chǔ)上補(bǔ)充概率安全評(píng)價(jià)的分析結(jié)果所形成的一種涵蓋風(fēng)險(xiǎn)信息的分析、決策與管理的方法。分析流程如圖1所示。

4? 技術(shù)規(guī)范要求

根據(jù)該核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)范，0LHS的可用性必須在一個(gè)月內(nèi)恢復(fù)。

5? 確定論分析

確定論分析主要是從法規(guī)和規(guī)范的要求、縱深防御、安全裕量等方面對(duì)此工作安排進(jìn)行分析，以證明實(shí)施此項(xiàng)維修后仍然滿足要求。

（1）我國(guó)現(xiàn)有法規(guī)和導(dǎo)則中提及核電廠運(yùn)行要求的法規(guī)有HAF102（《核動(dòng)力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定》）[2]和HAF103（《核動(dòng)力廠運(yùn)行安全規(guī)定》）[3]，導(dǎo)則有HAD102/17（《核動(dòng)力廠安全評(píng)價(jià)與驗(yàn)證》）[4]、HAD103/01（《核動(dòng)力廠運(yùn)行限值和條件及運(yùn)行規(guī)程》）[5]和HAD103/06（《核動(dòng)力廠營(yíng)運(yùn)單位的組織和安全運(yùn)行管理》）[6]。

經(jīng)過(guò)分析，本次維修工作滿足相關(guān)法規(guī)和導(dǎo)則中的要求。此外，國(guó)家核安全局于2010年2月頒布了關(guān)于在核安全領(lǐng)域中加強(qiáng)PSA應(yīng)用的技術(shù)政策聲明，在政策聲明中對(duì)如何開(kāi)展PSA應(yīng)用也提出了相應(yīng)的建議和要求，本次變更也遵守了該政策聲明的各項(xiàng)建議和要求。

（2）實(shí)施0LHS維修沒(méi)有明顯改變當(dāng)前縱深防御體系。

（3）實(shí)施0LHS維修滿足事故分析的要求，沒(méi)有改變?cè)谠S可證基準(zhǔn)中所包含的相對(duì)于可接受準(zhǔn)則的安全分析裕量。

6? 概率安全評(píng)價(jià)

6.1 定性分析

定性分析是基于變更對(duì)核電廠PSA模型要素的影響角度進(jìn)行分析，包括始發(fā)事件、緩解系統(tǒng)/功能、人員響應(yīng)、共因失效等多個(gè)方面。0LHS預(yù)防性檢修對(duì)PSA相關(guān)要素的影響分析見(jiàn)表1。根據(jù)表1結(jié)果可知，0LHS退出運(yùn)行使得SBO事故下電源恢復(fù)手段減少，會(huì)影響應(yīng)對(duì)SBO事故的能力，而且主要影響內(nèi)部事件范圍的SBO緩解。

6.2 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)需按照?qǐng)D2所示流程開(kāi)展。

6.2.1 模型

根據(jù)上述分析，定量分析主要分析內(nèi)部事件。因此分析中使用該核電廠最新內(nèi)部事件、功率和停堆工況一、二級(jí)PSA模型。在核電廠PSA模型中，0LHS是以電源恢復(fù)功能進(jìn)行考慮，包括兩部分：0LHS接入應(yīng)急母線和0LHS啟動(dòng)/運(yùn)行。

6.2.2 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

（1）配置風(fēng)險(xiǎn)控制。

配置風(fēng)險(xiǎn)控制的原理見(jiàn)圖3，即就是控制設(shè)備退出期間所引入的風(fēng)險(xiǎn)增加小于某一個(gè)限值時(shí)，認(rèn)為由于設(shè)備退出運(yùn)行所引入的風(fēng)險(xiǎn)增加是可接受的。配置風(fēng)險(xiǎn)控制限值可參考NNSA-0148[8]和NUMARC-9301[9]，ICCDP和ICLERP限值分別設(shè)定為1.0E-06和1.0E-07，但是此限值針對(duì)的是內(nèi)、外部事件。

0LHS退出預(yù)防性檢修不會(huì)影響火災(zāi)、地震的始發(fā)事件頻率，僅對(duì)外部事件導(dǎo)致始發(fā)事件（LOOP）后的事故緩解有影響，而且此影響已經(jīng)在內(nèi)部事件模型中考慮。此外，0LHS退出進(jìn)行檢修是一個(gè)臨時(shí)配置狀態(tài)，不是永久性活動(dòng)。因此，此次分析的配置風(fēng)險(xiǎn)控制限值：ICCDP和ICLERP限值分別設(shè)定為1.0E-06和1.0E-07。

其中：

ICCDP=（CDF1-CDF0）×△T

CDF0：機(jī)組處于基準(zhǔn)配置下的堆芯損壞頻率;

CDF1：相關(guān)設(shè)備不可用時(shí)的堆芯損壞頻率;

△T：設(shè)備不可用的持續(xù)時(shí)間。

限值：1.00E-06。

ICLERP=（LERF1-LERF0）×△T

LERF0：機(jī)組處于基準(zhǔn)配置下的早期放射性大量釋放頻率;

LERF1：相關(guān)設(shè)備不可用時(shí)的早期放射性大量釋放頻率;

△T：設(shè)備不可用的持續(xù)時(shí)間。

限值：1.00E-07。

（2）平均風(fēng)險(xiǎn)增量控制。

平均風(fēng)險(xiǎn)增量控制原則見(jiàn)圖4，控制原理圖參考NNSA-0147[7]。如果設(shè)備退出時(shí)間增長(zhǎng)，必然導(dǎo)致平均不可用度增加，進(jìn)而會(huì)影響機(jī)組的平均風(fēng)險(xiǎn)水平?；谀壳昂穗姀S基準(zhǔn)CDF和LERF值，CDF和LERF的平均風(fēng)險(xiǎn)增量限值分別設(shè)定為1.0E-6/堆年和1.0E-07/堆年。需要說(shuō)明的是，平均風(fēng)險(xiǎn)控制一般是針對(duì)核電廠設(shè)計(jì)基準(zhǔn)永久性變更的風(fēng)險(xiǎn)控制，而此次0LHS預(yù)防性檢修是一個(gè)臨時(shí)性的工作安排。

6.2.3 風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則驗(yàn)證

下面對(duì)0LHS退出運(yùn)行60d時(shí)的配置風(fēng)險(xiǎn)控制和平均風(fēng)險(xiǎn)增量進(jìn)行定量驗(yàn)證。

（1）配置風(fēng)險(xiǎn)增量驗(yàn)證。

0LHS檢修計(jì)劃實(shí)施的時(shí)間范圍內(nèi)，該電廠各機(jī)組處于功率運(yùn)行工況，且在0LHS檢修期間，相關(guān)監(jiān)督試驗(yàn)按期執(zhí)行，因此會(huì)存在不可用組態(tài)疊加的情況。

根據(jù)以上信息，可知0LHS檢修是在確定的機(jī)組配置狀態(tài)下進(jìn)行的。因此，在定量評(píng)價(jià)時(shí)可以使用零維修模型，即把PSA模型中所有的維修不可用設(shè)置為“FALSE”。0LHS退出運(yùn)行對(duì)應(yīng)的模型狀態(tài)就是把相關(guān)的題頭事件設(shè)置為“TRUE”。定量評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

此外，在0LHS停運(yùn)檢修的60d里，機(jī)組監(jiān)督試驗(yàn)仍按計(jì)劃正常執(zhí)行，故存在不可用組態(tài)疊加的情況。通過(guò)對(duì)核電廠監(jiān)督試驗(yàn)執(zhí)行情況進(jìn)行梳理，整理出對(duì)核電廠風(fēng)險(xiǎn)有較大影響的試驗(yàn)清單，見(jiàn)表3。由于停堆下0LHS不可用的△CDF約為0，故停堆工況下考慮0LHS可用與否對(duì)風(fēng)險(xiǎn)影響很小可忽略，本處僅針對(duì)功率工況進(jìn)行分析。

從表2、表3的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，即使將0LHS停運(yùn)檢修60d并且考慮試驗(yàn)不可用疊加的情況后，其導(dǎo)致機(jī)組的風(fēng)險(xiǎn)增量遠(yuǎn)小于1.0E-06。

（2）平均風(fēng)險(xiǎn)增量驗(yàn)證。

實(shí)施0LHS停運(yùn)檢修，必將會(huì)增加0LHS的維修不可用度。0LHS停運(yùn)60d的評(píng)價(jià)過(guò)程如下，具體定量結(jié)果見(jiàn)表4。

PSA模型中，功率運(yùn)行模式下0LHS不可用度從1.00E-02變更為2.10E-01。

6.2.4 二級(jí)PSA分析

對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，二級(jí)PSA主要分析對(duì)于LERF的影響。根據(jù)分析，0LHS不可用不會(huì)直接導(dǎo)致安全殼旁通，且LOOP相關(guān)的序列導(dǎo)致的LERF與CDF之比小于10%。故LERF的計(jì)算結(jié)果不影響CDF分析所得出的結(jié)論，0LHS不可用導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)增加仍小于限值。

7? 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)定性和定量分析，0LHS停運(yùn)檢修60d雖不滿足技術(shù)規(guī)范要求，但是不可用所引入機(jī)組風(fēng)險(xiǎn)增加較小，滿足風(fēng)險(xiǎn)指引型決策中關(guān)于“保證風(fēng)險(xiǎn)增加量很小”這一原則要求。

本文結(jié)合某核電廠實(shí)際開(kāi)展的預(yù)防性維修工作，梳理了基于風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)的核電廠維修工作評(píng)價(jià)方法和流程，從確定論安全分析和概率安全分析兩個(gè)角度進(jìn)行分析，得到此工作開(kāi)展的風(fēng)險(xiǎn)是否可以接受，為核電廠的綜合決策提供了支持。

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