秦山核電PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其在PSA 開發(fā)中的應(yīng)用

陳洪浩， 譚 坤

（1.中核核電運(yùn)行管理有限公司， 浙江 嘉興 314300； 2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心， 北京 100044）

0 引言

秦山核電PSA（概率安全分析）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是根據(jù)實(shí)際核電廠運(yùn)行相關(guān)信息， 采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)專用設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算和管理的軟件平臺。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要是為電廠的PSA 應(yīng)用和MR（維修規(guī)則）管理體系提供基本的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)，同時也為電廠的系統(tǒng)/部件的可靠性評價和備品備件優(yōu)化管理等活動提供可用的數(shù)據(jù)。

按照中國核電（中國核能電力股份有限公司）在PSA數(shù)據(jù)庫方面的統(tǒng)一部署，目前該P(yáng)SA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，已經(jīng)在原有秦山核電9 臺機(jī)組的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了拓展，融合了海南核電2 臺機(jī)組和福清核電4 臺機(jī)組的數(shù)據(jù)，并初步形成了中國核電的通用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

本文對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在海南核電1、2 號機(jī)組一級PSA模型開發(fā)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和說明。

1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介

1.1 現(xiàn)狀

目前，PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)已完成對秦山核電9 臺、福清核電4 臺及海南核電2 臺機(jī)組數(shù)據(jù)庫平臺的開發(fā)， 以及各電廠MSPI（緩解系統(tǒng)性能指標(biāo)）功能模塊的開發(fā)。

該系統(tǒng)在各電廠的使用和運(yùn)行情況良好， 通過數(shù)據(jù)庫平臺的安裝和應(yīng)用，各電廠均順利完成了2018 年度以前的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的上報工作， 以及完成了各電廠2019 年第3 季度以前的MSPI 指標(biāo)的上報，該系統(tǒng)是一套成熟、先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、分析和處理的軟件平臺。

1.2 應(yīng)用范圍

PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在日常PSA 工作中的應(yīng)用包括：①電廠PSA 相關(guān)設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集與處理；②MR 相關(guān)數(shù)據(jù)支持；③電廠MSPI 指標(biāo)分析計(jì)算；④核安全局可靠性數(shù)據(jù)上報等。

以上均為實(shí)際工作中基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)平臺的典型應(yīng)用。 本文重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在實(shí)際PSA 開發(fā)工作中的應(yīng)用。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在PSA 開發(fā)中的應(yīng)用

PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要為PSA 模型開發(fā)提供所需要的設(shè)備可靠性參數(shù)，本系統(tǒng)具有分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、輸出等功能。

基于PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要的數(shù)據(jù)分析過程包括：①數(shù)據(jù)收集，即收集、解釋和記錄用于PSA 使用的有關(guān)數(shù)據(jù)，包括失效模式的定義、設(shè)備邊界的確定等；②參數(shù)確定， 根據(jù)選取的通用數(shù)據(jù)源或收集的特定數(shù)據(jù)確定設(shè)備失效（概）率、試驗(yàn)維修不可用數(shù)據(jù)等，并給出相應(yīng)參數(shù)的不確定性分布；③數(shù)據(jù)使用，在PSA 模型開發(fā)過程中正確使用相關(guān)參數(shù)。

一個典型的數(shù)據(jù)分析工作流程如圖1 所示。 主要是掌握電廠的PSA 分析流程， 首先明確數(shù)據(jù)分析涉及的范圍，并結(jié)合電廠的實(shí)際情況、事故序列和始發(fā)事件分析、系統(tǒng)分析的需求， 確定PSA 模型中需要分析的設(shè)備及其失效模式， 得出適用于PSA 模型開發(fā)的設(shè)備類及失效模式清單。然后根據(jù)設(shè)備類情況確定其通用數(shù)據(jù)源，并根據(jù)電廠特定數(shù)據(jù)的分析計(jì)算確定PSA 模型的設(shè)備可靠性參數(shù)。最后利用電廠特定可靠性參數(shù)和通用數(shù)據(jù)，通過貝葉斯（Bayes）算法處理得出適用于PSA 分析所需要的初始數(shù)據(jù)庫。為確保數(shù)據(jù)滿足PSA 分析的要求，同時提高模型的質(zhì)量， 需要在數(shù)據(jù)分析過程中進(jìn)行結(jié)果合理性的審查和確認(rèn)。

圖1 數(shù)據(jù)分析工作流程Fig.1 Workflow of dada analysis

3 秦山數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在PSA 開發(fā)中的典型案例介紹

本文以中核運(yùn)行（中核核電運(yùn)行管理有限公司）為海南核電1、2 號機(jī)組開發(fā)的功率運(yùn)行工況一級PSA 模型為案例進(jìn)行介紹，由于該P(yáng)SA 項(xiàng)目包含很多要素，如系統(tǒng)分析、人因分析等，本文只針對該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在PSA 開發(fā)中的數(shù)據(jù)分析要素進(jìn)行簡要介紹。

3.1 項(xiàng)目數(shù)據(jù)源選取分析

海南核電1、2 號機(jī)組功率運(yùn)行工況一級PSA 項(xiàng)目模型所選用的設(shè)備可靠性參數(shù)是基于秦山核電PSA 數(shù)據(jù)庫平臺統(tǒng)計(jì)分析而來的。 該P(yáng)SA 項(xiàng)目特定數(shù)據(jù)選取的是海南核電1、2 號機(jī)參考電廠 （秦山二期1、2 號機(jī)組） 的數(shù)據(jù)。 通用數(shù)據(jù)選用的是國家核安全局2016 年11 月發(fā)布的《中國核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)報告》（2016 版）。 設(shè)備類的選取和確定也是參考的核安全局2016 版的數(shù)據(jù)報告。

3.1.1特定數(shù)據(jù)源選取分析

該P(yáng)SA 項(xiàng)目中使用的特定數(shù)據(jù)是秦山二期的電廠數(shù)據(jù)，其主要原因如下：

（1）海南核電1、2 號機(jī)組的設(shè)計(jì)參考的是秦山二期，參照《海南昌江核電廠1、2 號機(jī)組最終安全分析報告》1.3章節(jié)中的對比結(jié)果，二者設(shè)計(jì)高度相似，且堆型一致，功率相同， 因此該P(yáng)SA 項(xiàng)目中的特定數(shù)據(jù)可以選用秦山二期數(shù)據(jù)。

（2）海南PSA 開發(fā)工作開始時，PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的海南數(shù)據(jù)庫模塊還沒在電廠上線，數(shù)據(jù)采集體系還未建立。

（3）該P(yáng)SA 項(xiàng)目開始時海南核電并未開展數(shù)據(jù)采集工作： 海南核電的首次數(shù)據(jù)采集上報工作在2019 年完成，并采集了電廠商運(yùn)至2018 年年底的數(shù)據(jù)。

3.1.2通用數(shù)據(jù)源選取分析

在海南一級PSA 項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析過程中， 通過對核安全局2016 版數(shù)據(jù)和美國NUREG/CR-6928、 法國EPS900＆1300 的數(shù)據(jù)的全面對比， 發(fā)現(xiàn)核安全局?jǐn)?shù)據(jù)基本和國際主流數(shù)據(jù)相符，主要結(jié)論如下：

（1）截止2016 年底，我國電動泵運(yùn)行狀況良好，失效參數(shù)小于等于國際主流數(shù)據(jù)。

（2）應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組共計(jì)啟動失效26 次、運(yùn)轉(zhuǎn)失效6 次、累計(jì)需求約4500 余次、累計(jì)運(yùn)行約5500 小時，通過參數(shù)估計(jì)，啟動失效率為5.77E-03 約為其他國際通用數(shù)據(jù)2 倍左右，可靠性水平的稍顯不足，但也代表了我國的運(yùn)行水平。

（3）傳感器/變送器的失效數(shù)據(jù)略大于國際主流數(shù)據(jù)。

（4）控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)失效數(shù)據(jù)（5.43E-05）大于國際主流數(shù)據(jù)。

通過對比發(fā)現(xiàn)， 本項(xiàng)目選用的國家核安全局的數(shù)據(jù)雖然個別數(shù)據(jù)和國際主流數(shù)據(jù)有差異， 但也如實(shí)的反映了我國的設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，因此應(yīng)用在本項(xiàng)目中。

3.1.3在秦山PSA數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析處理

如圖2 所示， 該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理流程主要分為以下三部分：

（1）電廠維修數(shù)據(jù)處理：在PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)“工單處理”模塊中，讀取電廠維修工單，對維修對象進(jìn)行失效判斷。

（2）運(yùn)行估算分析：將得到的維修數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)（累計(jì)運(yùn)行時間、啟停次數(shù)等）進(jìn)行估算分析，生成電廠的失效數(shù)據(jù)；

（3）貝葉斯計(jì)算：將電廠失效數(shù)據(jù)和本項(xiàng)目選用的通用數(shù)據(jù)在“貝葉斯計(jì)算”模塊中進(jìn)行擬合處理，得到本項(xiàng)目的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)。

圖2 秦山PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程圖Fig.2 Flow chart of data processing for Qinshan PSA database system

3.2 項(xiàng)目開發(fā)結(jié)果

海南核電PSA 項(xiàng)目充分利用和借鑒國內(nèi)外核電廠的PSA 經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合海南核電實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)行情況，采用國際上常用的小事件樹-大故障樹的分析方法， 共選取了16組始發(fā)事件、19 個電廠系統(tǒng)進(jìn)行分析， 通過PSA 定量分析給出了堆芯損壞頻率（CDF）。 經(jīng)過分析計(jì)算，得出了海南核電1、2 號機(jī)組一級PSA 的CDF 為4.23E-06/堆年。

項(xiàng)目結(jié)果對比分析：本項(xiàng)目參考電廠（秦山二期）的CDF 為9.36E-06/堆年，通過對比發(fā)現(xiàn)海南核電的CDF 小于參考電廠CDF，但量級相當(dāng)，PSA 最終分析結(jié)果的差異在數(shù)據(jù)分析方面主要體現(xiàn)在電廠特定數(shù)據(jù)方面的差異，通過對比發(fā)現(xiàn)主要差異如下：

（1）設(shè)備差異：雖然海南核電廠和參考電廠高度相似，但部分設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)還是對最后的項(xiàng)目分析結(jié)果有一定影響，如海南核電主冷卻劑泵增加了停車密封。

（2）重要設(shè)備運(yùn)行情況差異：海南核電核輔廠房通風(fēng)系統(tǒng)的頻繁全停檢修導(dǎo)致該系統(tǒng)的試驗(yàn)維修不可用數(shù)據(jù)值偏大，進(jìn)而導(dǎo)致最終結(jié)果不同。

3.3 項(xiàng)目開發(fā)中存在的問題

海南PSA 項(xiàng)目于2019 年9 月開發(fā)完成， 并在2019年10 月份通過了中國核能行業(yè)協(xié)會組織的同行評審，在本次評審中發(fā)現(xiàn)的基于PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)用的問題如下：

（1）海南PSA 模型是國內(nèi)首次以國家核安全局發(fā)布的《中國核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)報告》 作為主要通用數(shù)據(jù)源， 通過在軟件中采用合理的參數(shù)估計(jì)方法對設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，反映了國內(nèi)核電廠實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，值得在更大范圍推廣和應(yīng)用。

（2）海南PSA 項(xiàng)目特定數(shù)據(jù)選取的是參考電廠秦山二期的數(shù)據(jù)， 應(yīng)該在海南核電基于PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集體系完善后， 用海南核電最新特定數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，以反映電廠實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

（3）海南PSA 項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)備分類時，參考了核安全局通用數(shù)據(jù)報告， 較國內(nèi)同類電廠PSA 模型中涉及的設(shè)備類數(shù)量偏少，后續(xù)應(yīng)該細(xì)化設(shè)備分類，并在PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中對設(shè)備類的可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的估算分析， 以反映電廠實(shí)際情況。

4 結(jié)論

本文以秦山核電PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在海南PSA 模型開發(fā)中的實(shí)際應(yīng)用為案列， 詳細(xì)的介紹了PSA 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典型應(yīng)用方法、數(shù)據(jù)采集與分析過程等，得到的主要結(jié)論如下：

（1）該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基于電廠的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集、處理流程邏輯清晰，貝葉斯擬合算法先進(jìn)，數(shù)據(jù)分析結(jié)果合理，反映了該系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的真實(shí)性。

（2）該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)目前整合了秦山、福清、海南核電三方共15 臺機(jī)組，100 堆年左右的數(shù)據(jù)，具備龐大的設(shè)備樣本空間體系，反映了該系統(tǒng)的實(shí)用性和代表性。

（3）基于該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的PSA 項(xiàng)目數(shù)據(jù)分析工作，得到了中國核能行業(yè)協(xié)會專家的認(rèn)可，PSA 模型分析結(jié)果合理，得到了實(shí)踐的驗(yàn)證，反映了該系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，可以將該系統(tǒng)大范圍的推廣至PSA 開發(fā)工作中。

（4）該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在各電廠上線時間不一致，使得其在PSA 應(yīng)用中部分功能模塊受限，應(yīng)盡快在各電廠完善數(shù)據(jù)庫體系，并及時將該系統(tǒng)更廣泛地應(yīng)用到PSA 工作中。