核電廠安全重要物項的分級識別概述

邱春輝， 顧劍峰， 馬靜嫻， 宋 強， 譚 坤

（中機生產(chǎn)力促進中心， 北京100044）

0 引言

目前在我國核安全法規(guī)、標準、核電廠的設計規(guī)范中主要采用確定論方法進行安全物項分級。 隨著概率風險分析（PSA）技術應用的不斷廣泛和深入，基于傳統(tǒng)確定論分級所形成的“特殊處理要求”過于保守，給核電廠的運維帶來很多不必要的負擔，限制了核電廠的經(jīng)濟性；但在某些方面又存在不夠保守的情況[1]。 因此，為了使核電廠有限的資源得到優(yōu)化配置， 非常有必要開展核電廠安全重要物項分級識別研究， 為核電廠后續(xù)開展設備可靠性、基于風險指引的在役檢查、維修規(guī)則等方面的研究應用提供有效支撐。

1 傳統(tǒng)物項安全分級

我國核安全法規(guī)HAF102-2016“核動力廠設計安全規(guī)定”5.3 節(jié)要求：必須識別所有安全重要物項，并根據(jù)其功能和安全重要性對其進行分級。 劃分安全重要物項的安全重要性的方法，必須主要基于確定論方法，并適當輔以概率論方法。

HAF102 規(guī)定，必須保證在核動力廠所有狀態(tài)下實現(xiàn)以下基本安全功能：

（1） 控制反應性。

（2）排出堆芯余熱，導出乏燃料貯存設施所貯存燃料的熱量。

（3）包容放射性物質(zhì)、屏蔽輻射、控制放射性的計劃排放，以及限制事故的放射性釋放。

國標GB/T 17569-2013 “壓水堆核電廠物項分級”根據(jù)HAF102 的要求，給出的分級規(guī)則及舉例基于確定論方法。 針對核電廠物項安全分級，總體上而言應劃分為安全級和非安全級兩大等級。 凡承擔或支持HAF102 中三項基本安全功能的物項， 其損壞會導致事故的物項以及其他具有防止或緩解事故功能的物項應列為安全級； 其余為非安全級。

2 風險指引的安全重要物項分級

在確定論方法物項分級的基礎上， 美國核管會（NRC）提供了一種基于風險指引過程進行物項分級的替代方法，目的是基于該分級方法確定物項的安全重要性，并對安全重要性低的物項移除其相應的特殊要求。

2004 年，美國發(fā)布了聯(lián)邦法規(guī)10 CFR 50.69“核電廠風險指引型構筑物、系統(tǒng)和設備分級和處理”，其中定義安全重要功能是指其退化或喪失可能會對核電廠縱深防御、安全裕量、風險造成重大不利影響的功能，包括設計基準功能、預防和緩解嚴重事故的功能。 物項（SSC）的安全重要功能是通過結合風險和傳統(tǒng)工程經(jīng)驗的綜合決策過程來確定的， 為了維持其功能有效性需根據(jù)SSC 的分級采取相應的監(jiān)督要求。 在傳統(tǒng)的確定論方法中，SSC 通常被劃分為安全相關和非安全相關兩大類，在10 CFR 50.69 中采用風險的觀點并考慮嚴重事故， 重點確定SSC 的安全重要功能，將SSC 劃分為四個等級[2]，詳見圖1。

圖1 核電廠風險指引型物項分級[3]

RISC-1 （Risk-Informed Safety Class-1）： 該等級的SSC 為安全相關SSC， 并且基于風險指引分級過程確定為具有安全重要功能的SSC。 核電廠必須繼續(xù)確保RISC-1 等級的SSC 具備與其分級相一致的安全重要功能，其相應的特殊處理要求不可降低。

RISC-2 （Risk-Informed Safety Class-2）： 該等級的SSC 為非安全相關SSC， 但基于風險指引分級過程確定為具有安全重要功能的SSC。 該等級在傳統(tǒng)分級中屬于非安全相關， 部分SSC 可能沒有現(xiàn)成的特殊處理要求，但在新的分級中認為其對核電廠運行的安全有重要貢獻。 因此，應考慮該等級SSC 當前的處理要求是否充分，必要時加強其處理要求。

RISC-3 （Risk-Informed Safety Class-3）： 該等級的SSC 為安全相關SSC， 但基于風險指引分級過程確定為低安全重要功能的SSC。 針對該等級SSC 可以適當?shù)販p免或放寬現(xiàn)有的特殊處理要求，采用替代要求。 但是這些替代要求能夠保證這些SSC 在設計基準情況下仍能執(zhí)行其安全相關功能，只是保障水平有所降低。

RISC-4 （Risk-Informed Safety Class-4）： 該等級的SSC 為非安全相關SSC， 并且基于風險指引分級過程確定為低安全重要功能的SSC。 針對該等級SSC，核電廠可繼續(xù)維持其原有的處理要求。

3 核電廠安全重要物項篩選識別方法

核電廠安全重要物項的篩選識別范圍包括對核電廠安全有重要貢獻的安全相關和非安全相關SSC， 其篩選識別方法主要運用概率論， 并結合確定論和其他分析方法來識別和量化風險。 具體方法如下：

3.1 PSA 方法

在風險指引型管理中，主要采用PSA 方法將SSC 分為安全重要SSC 和非安全重要SSC，目的是調(diào)整“特殊的處理要求”SSC 的范圍， 使資源集中到安全重要的SSC上，因為非安全相關SSC 也有可能是安全重要的。

PSA 方法能夠系統(tǒng)的分析核電廠的風險， 并識別對電廠風險有重要貢獻的因素， 利用PSA 中重要度的概念，對核電廠SSC 進行分類。 在核電廠PSA 中可以定義不同的重要度來反映基本事件在特定的狀態(tài)下對電廠風險的影響。 通常， 通過風險增加重要度RAW（Risk Achievement Worth Importance Measure）、 風險減少重要度RRW（Risk Reduction Worth importance measure）和FV重要度（Fussell-Vesely Importance Measure）這三種量化的重要度來篩選識別安全重要SSC[4]，其中：

針對某一特定的基本事件，RAW 反映了當假定一個SSC 因為試驗、維修或失效不能執(zhí)行自身功能時，所選擇的指標值的增量。 它是把此SSC 的基本事件的概率設為1 時計算出的數(shù)值與基準情況下的指標值之比或之差。當RAW>2，即當基本事件失效將使系統(tǒng)風險增加一倍以上，則相關SSC 被識別為安全重要SSC。

針對某一特定的基本事件，F(xiàn)V 重要度是所有包含該基本事件的事故序列得到的指標值占總指標值的貢獻份額。 對包括非最小割集和成功概率的PSA 定量化方法，F(xiàn)V 重要度這樣來計算： 將該基本事件的概率設為0后得到的總指標值的減小份額。 當FV>0.5%， 表明SSC對電廠的風險有貢獻， 則相關SSC 被識別為安全重要SSC。

針對某一特定的基本事件，RRW 反映了該基本事件的概率設為0 后得到的總指標值的減小份額。RRW 也是替代FV 的一種可接受的計算方法。當RRW>1.005，表明SSC 對電廠風險的降低作用被截止， 則相關SSC 被識別為安全重要SSC。

概率風險分析應覆蓋所有潛在的風險范圍， 根據(jù)功率運行內(nèi)部事件一級PSA、二級PSA，低功率和停堆工況內(nèi)部事件PSA，火災、水淹、地震和其他外部事件PSA模型進行重要度分析，將滿足以上重要度篩選準則的SSC 篩選出來，以此構成核電廠安全重要SSC 的主要組成部分。

3.2 確定論方法

確定論方法也可用于識別安全重要SSC 的補充，主要是在進行嚴重事故評價時考慮幾個方面的內(nèi)容[5]：

（1）未能緊急停堆的預期瞬態(tài)（ATWS 規(guī)則）。

（2）喪失所有交流電源。

（3）72 小時后的行動。

（4）安全殼性能。

（5）對安全相關系統(tǒng)的不利作用。

（6）抗震考慮。

3.3 針對非能動核電廠的特殊要求

非能動核電廠與傳統(tǒng)壓水堆核電廠在設計理念上有所不同，全面采用非能動安全系統(tǒng)來緩解事故。 因此，以往傳統(tǒng)壓水堆核電廠中安全級的能動安全系統(tǒng)的支持性系統(tǒng)在非能動核電廠中降級為非安全級。 為進一步提高非能動核電廠的縱深防御能力和增強核電廠安全水平，針對非能動核電廠非安全相關系統(tǒng)， 確定論方法可用于識別其安全重要SSC，主要考慮幾個方面的內(nèi)容[5]：

（1）多元驅(qū)動系統(tǒng)。

（2）未分級的1E 直流電和不間斷電源系統(tǒng)。

（3）場外電源、主交流電源和現(xiàn)場備用電源系統(tǒng)。

（4）正常余熱排出系統(tǒng)。

（5）設冷水系統(tǒng)。

（6）廠用水系統(tǒng)。

此外， 還可以通過行業(yè)運行經(jīng)驗和專家判斷識別安全重要SSC。

4 美國核電領域的應用情況

美國South Texas 核電廠是開展基于風險指引安全重要物項分級研究最早和最全面的核電廠， 該電廠針對其100 個系統(tǒng)進行了風險指引的物項分級，并向NRC 提交了多個有關特殊處理要求的豁免或替代申請， 其中部分獲得了批準。該核電廠安全重要物項分級詳見表1。 由表1 可知，75%的安全相關物項被劃分為RISC-3 等級，也就是低安全重要物項， 可以適當?shù)販p免或放寬現(xiàn)有的特殊處理要求，以提高電廠運行的經(jīng)濟性；1%的非安全相關物項被劃分為RISC-2 等級，也就是高安全重要物項，需要強化其處理要求，以提高核電廠運行的安全性。截至目前， 美國已有15 家核電廠向NRC 提出了風險指引型物項分級特殊處理要求的優(yōu)化申請，3 家已獲得了批準。

表1 美國South Texas 核電廠安全重要物項分級結果

5 總結

基于風險指引的核電廠安全重要物項分級， 能夠在保證核電廠安全的前提下，幫助設計、運行、維修和監(jiān)管人員把資源集中于安全重要物項， 通過改進核電廠的在役試驗、維修等活動將有限的資源得到優(yōu)化配置，大幅度降低核電廠的運維成本。 美國NRC 發(fā)布了相關的法規(guī)導則，美國核能研究所編制了具體的分級方法，美國多個核電廠開展了相關物項分級工作， 極大地推動了該分級理念的發(fā)展。目前，該分級理念在我國核電行業(yè)內(nèi)還處于發(fā)展的初級階段，隨著我國核電PSA 應用技術的日臻完善，國內(nèi)核電廠非常有必要開展基于風險指引安全重要物項分級的試點工作，以便獲得國家監(jiān)管部門的認可和支持，使得該分級理念得到推廣和應用。