PSA風險重要度分析在高溫堆調(diào)試監(jiān)督中的應用探索

楊豐兆，周 鑫，李學法，陳 威，劉明明，牟 童，孫 凱

（生態(tài)環(huán)境部華東核與輻射安全監(jiān)督站，上海 200233）

世界核電廠的運行經(jīng)驗表明，應用概率安全分析（Probabilistic Safety Assessment，簡稱PSA）可有效提高核電廠的安全性。因此，國家核安全監(jiān)管部門非常重視并努力推廣概率安全分析在核安全領域中的應用，同時，開始推動風險指引的核電廠監(jiān)管體系探索工作［1，2］。生態(tài)環(huán)境部華東核與輻射安全監(jiān)督站（以下簡稱華東監(jiān)督站）應用概率安全分析結(jié)果，探索全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站示范工程（High Temperature Gas-Cooled Reactor Pebble-Bed Mod?ule，中文簡稱高溫堆，英文簡稱HTR-PM）［3］調(diào)試活動的風險指引型監(jiān)督，形成了基于概率安全分析的高溫堆調(diào)試監(jiān)督項目清單。

1 高溫堆調(diào)試試驗概況

參考調(diào)試大綱，高溫堆共有調(diào)試試驗項目314 項，其中，單堆試驗138 項（每堆各69項），共用系統(tǒng)試驗和聯(lián)調(diào)試驗176項。

高溫堆調(diào)試階段的劃分基本上按照核安全導則《核電廠調(diào)試程序》（HAD 103/02）［4］的要求進行設計，分為3個主要階段，12個子階段。各階段的調(diào)試試驗數(shù)量對比如圖1所示。

圖1 高溫堆各調(diào)試階段試驗數(shù)量對比Fig.1 Comparison of test quantity at each commissioning stage of HTR-PM

具體調(diào)試階段劃分如下：

A 階段，預運行試驗階段，調(diào)試試驗共計218 項，分為4 個子階段：A0 為初步試驗階段（不計入調(diào)試試驗項目總數(shù)）；A1 為冷態(tài)功能試驗階段；A2 為熱態(tài)功能試驗階段；A3 為裝料準備階段。

B階段，首次裝料和初始臨界試驗、零功率試驗、低功率試驗階段，調(diào)試試驗共計27 項，分為3 個子階段：B1 為首次裝料和初始臨界前試驗階段；B2為首次裝料后除濕階段；B3為低功率試驗階段。

C 階段，功率試驗階段，調(diào)試試驗共計69項，分為5 個子階段：C1 為15%PFP（電廠額定功率）階段；C2 為30%PFP 階段；C3 為50%PFP 階段；C4 為65%PFP 階段；C5 為100%PFP階段。

2 高溫堆概率安全分析概況

概率安全分析采用系統(tǒng)可靠性評價技術(shù)（故障樹、事件樹分析）與概率風險分析方法對核電廠各種可能事故的發(fā)生和發(fā)展過程進行全面分析，對事故的發(fā)生頻率及造成的后果做出定量估計，是核電廠不可或缺的分析工具［5-8］。

PSA 產(chǎn)生風險重要度結(jié)果。風險重要度是指一個部件/事件或割集對系統(tǒng)失效（在核電廠PSA 中一般指堆芯熔化）的貢獻。某一事件的風險重要度數(shù)值大，則說明該部件/事件重要性高。PSA 常用的風險重要度指標有割集（Fussell-Vesely，簡稱FV）重要度和風險增加當量（Risk Achievement Worth，簡稱RAW）重要度。

壓水堆核電廠PSA 一般采用3 級分析框架，即1級（以堆芯損傷為分析目標）、2級（分析安全殼行為，得到釋放出的源項強度和分布）以及3 級（放射性釋放對電站周邊產(chǎn)生的影響）?？紤]到高溫堆的技術(shù)特點，壓水堆PSA 評價的堆芯損傷和大量早期釋放并不適用于高溫堆PSA。因此，高溫堆PSA采用了始發(fā)事件—事件樹—釋放類的一體化分析框架，如圖2所示，即以始發(fā)事件為起點，以事件序列為主干，以釋放類為終點的事件樹框架，釋放類成為高溫堆PSA事件樹的序列終態(tài)和主要定量化目標［7-9］。

圖2 壓水堆與高溫堆的PSA框架對比Fig.2 Comparison of PSA framework between PWR and HTR-PM

高溫堆概率安全分析給出了全范圍內(nèi)始發(fā)事件對風險指標的貢獻分布，功率運行工況、低功率停堆工況和乏燃料貯存設施（正常卸料及貯存階段）全范圍始發(fā)事件對風險指標的總貢獻率為99.9%。因此，應用上述概率安全分析結(jié)果可以保證選取的調(diào)試試驗監(jiān)督項目能夠覆蓋風險重要度高的部件。

3 調(diào)試監(jiān)督項目的選取

3.1 調(diào)試監(jiān)督項目選取的步驟

如何從314項調(diào)試試驗中識別出對核電廠風險有重要貢獻的試驗項目進行監(jiān)督，對國家核安全監(jiān)管部門有效分配監(jiān)督資源，確保高溫堆調(diào)試質(zhì)量，控制高溫堆核安全風險具有重要意義。

本節(jié)將描述PSA 重要度分析結(jié)果在調(diào)試監(jiān)督項目選取中的應用過程。調(diào)試監(jiān)督項目選取的起點是PSA 重要度分析識別出了對核電廠風險有重要貢獻的設備失效基本事件。

3.1.1 形成系統(tǒng)的重要基本事件清單

高溫堆功率運行工況、低功率停堆工況、乏燃料貯存設施（正常卸料及貯存階段）的概率安全分析報告產(chǎn)生了風險重要度分析結(jié)果。本研究選取針對設備失效的FV重要度分析（前50）和RAW重要度分析（前50）的數(shù)據(jù)，共計300條設備失效重要度分析結(jié)果。

根據(jù)設備失效重要度分析結(jié)果，本文將設備失效基本事件按照設備合并輸出、制作表格，獲得各系統(tǒng)的基本事件清單，共對應16 個系統(tǒng)，系統(tǒng)清單見表1，各系統(tǒng)的基本事件數(shù)量如圖3所示。

表1 高溫堆設備失效風險重要度高的系統(tǒng)清單Table 1 List of systems with high failure risk of equipment of HTR-PM

3.1.2 形成設備的重要基本事件清單

將各系統(tǒng)的基本事件清單按照設備進行排序，合并重復的基本事件，去除調(diào)試試驗無法驗證的基本事件（如設備維修不可用），形成各設備對應的重要基本事件清單。

圖3 高溫堆各系統(tǒng)的設備失效基本事件數(shù)量對比Fig.3 Number comparison of equipment failure basic events in each system of HTR-PM

3.1.3 選取調(diào)試監(jiān)督項目和見證點

將各設備對應的重要基本事件與該系統(tǒng)的調(diào)試試驗程序進行對照，選取驗證該設備功能的試驗章節(jié)為調(diào)試監(jiān)督見證點，相應的試驗項目即為調(diào)試監(jiān)督項目。如果某一安全功能在多份試驗程序中均進行驗證，則選取試驗工況更為嚴苛的試驗程序。如熱態(tài)功能試驗的工況“氦氣、7 MPa、250℃”比冷態(tài)功能試驗的工況“空氣、常溫、常壓”更為嚴苛，因此，應選擇熱態(tài)功能試驗作為調(diào)試監(jiān)督項目。

3.2 調(diào)試監(jiān)督項目選取舉例

本文以一回路壓力泄放系統(tǒng)手動泄壓閥1JEG40AA101調(diào)試試驗選點的過程進行說明。

第一步，對排名前50 的FV 重要度和RAW重要度數(shù)據(jù)排序合并，本文產(chǎn)生一回路壓力泄放系統(tǒng)的重要基本事件清單，見表2。

表2 一回路壓力泄放系統(tǒng)相關的重要基本事件Table 2 Elementary events related to JEG system of HTR-PM

第二步，對表2中的基本事件按照設備進行排序、合并，本文得出各設備對應的基本事件清單，手動泄壓閥1JEG40AA101 相關的基本事件見表3。去除調(diào)試試驗無法驗證的基本事件“1JEG40AA101 維修不可用”，則手動泄壓閥1JEG40AA101 相關的基本事件只有一項，即“1JEG40AA101拒開”。

表3 手動閥1JEG40AA101相關的基本事件Table 3 Elementary events related to valve 1JEG40AA101

第三步，將“1JEG40AA101 拒開”基本事件與一回路壓力泄放系統(tǒng)調(diào)試試驗進行對照，調(diào)試試驗程序《一回路壓力泄放系統(tǒng)隔離閥功能試驗》“8.3 手動泄壓閥1JEG40AA101功能試驗”驗證了閥門的開啟功能，因此，本文選取該試驗作為調(diào)試監(jiān)督項目，8.3 章節(jié)試驗作為見證點。

3.3 基于PSA重要度分析的調(diào)試監(jiān)督項目清單

應用高溫堆PSA 重要度分析結(jié)果，本文共選取16個系統(tǒng)28份調(diào)試試驗程序作為調(diào)試監(jiān)督項目，見表4，同時選取73 個試驗章節(jié)作為見證點。

表4 基于PSA重要度分析的高溫堆調(diào)試監(jiān)督項目清單Table 4 List of inspection objects of commissioning test of HTR-PM based on probabilistic safety assessment

基于PSA 重要度分析的高溫堆調(diào)試監(jiān)督項目清單涵蓋16 個系統(tǒng)，其中10 個為安全級系統(tǒng)。同時，清單中選取了核島正常廠用電系統(tǒng)、氦凈化系統(tǒng)、廠用水系統(tǒng)等核島非安全級系統(tǒng)的試驗，選取了啟動停堆系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、常規(guī)島交流廠用電系統(tǒng)等常規(guī)島系統(tǒng)的試驗作為調(diào)試監(jiān)督項目。這些試驗項目在以往基于確定論安全方法的調(diào)試監(jiān)督實踐中得到的關注較少，表明概率安全分析對確定論安全分析進行了有力補充。通過對上述調(diào)試監(jiān)督項目清單中的試驗采取與其重要度相適應的監(jiān)管措施，我們可以將資源集中在重要設備，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和風險指引型監(jiān)管。

4 結(jié)論

概率安全分析技術(shù)的發(fā)展為開展風險指引型監(jiān)督，高效配置監(jiān)管資源提供了支撐。華東監(jiān)督站應用概率安全分析結(jié)果，探索開展了高溫堆調(diào)試監(jiān)督研究，分析了高溫堆調(diào)試試驗項目，選取了安全重要的調(diào)試試驗和見證點，形成了基于PSA 重要度分析的高溫堆調(diào)試監(jiān)督項目清單。華東監(jiān)督站將積極運用調(diào)試研究成果，探索風險指引型監(jiān)督，合理配置調(diào)試監(jiān)督資源，提高監(jiān)督效率和效能。