PSA風(fēng)險(xiǎn)重要度分析在高溫堆調(diào)試監(jiān)督中的應(yīng)用探索

楊豐兆，周 鑫，李學(xué)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，應(yīng)用概率安全分析（Probabilistic Safety Assessment，簡(jiǎn)稱PSA）可有效提高核電廠的安全性。因此，國(guó)家核安全監(jiān)管部門(mén)非常重視并努力推廣概率安全分析在核安全領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時(shí)，開(kāi)始推動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)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(jiǎn)稱華東監(jiān)督站）應(yīng)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(jiǎn)稱高溫堆，英文簡(jiǎn)稱HTR-PM）［3］調(diào)試活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)目清單。

1 高溫堆調(diào)試試驗(yàn)概況

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

高溫堆調(diào)試階段的劃分基本上按照核安全導(dǎo)則《核電廠調(diào)試程序》（HAD 103/02）［4］的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為3個(gè)主要階段，12個(gè)子階段。各階段的調(diào)試試驗(yàn)數(shù)量對(duì)比如圖1所示。

圖1 高溫堆各調(diào)試階段試驗(yàn)數(shù)量對(duì)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(yù)運(yùn)行試驗(yàn)階段，調(diào)試試驗(yàn)共計(jì)218 項(xiàng)，分為4 個(gè)子階段：A0 為初步試驗(yàn)階段（不計(jì)入調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目總數(shù)）；A1 為冷態(tài)功能試驗(yàn)階段；A2 為熱態(tài)功能試驗(yàn)階段；A3 為裝料準(zhǔn)備階段。

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

C 階段，功率試驗(yàn)階段，調(diào)試試驗(yàn)共計(jì)69項(xiàng)，分為5 個(gè)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(píng)價(jià)技術(shù)（故障樹(shù)、事件樹(shù)分析）與概率風(fēng)險(xiǎn)分析方法對(duì)核電廠各種可能事故的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程進(jìn)行全面分析，對(duì)事故的發(fā)生頻率及造成的后果做出定量估計(jì)，是核電廠不可或缺的分析工具［5-8］。

PSA 產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)重要度結(jié)果。風(fēng)險(xiǎn)重要度是指一個(gè)部件/事件或割集對(duì)系統(tǒng)失效（在核電廠PSA 中一般指堆芯熔化）的貢獻(xiàn)。某一事件的風(fēng)險(xiǎn)重要度數(shù)值大，則說(shuō)明該部件/事件重要性高。PSA 常用的風(fēng)險(xiǎn)重要度指標(biāo)有割集（Fussell-Vesely，簡(jiǎn)稱FV）重要度和風(fēng)險(xiǎn)增加當(dāng)量（Risk Achievement Worth，簡(jiǎn)稱RAW）重要度。

壓水堆核電廠PSA 一般采用3 級(jí)分析框架，即1級(jí)（以堆芯損傷為分析目標(biāo)）、2級(jí)（分析安全殼行為，得到釋放出的源項(xiàng)強(qiáng)度和分布）以及3 級(jí)（放射性釋放對(duì)電站周邊產(chǎn)生的影響）。考慮到高溫堆的技術(shù)特點(diǎn)，壓水堆PSA 評(píng)價(jià)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(shù)—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(diǎn)，以事件序列為主干，以釋放類為終點(diǎn)的事件樹(shù)框架，釋放類成為高溫堆PSA事件樹(shù)的序列終態(tài)和主要定量化目標(biāo)［7-9］。

圖2 壓水堆與高溫堆的PSA框架對(duì)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(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的貢獻(xiàn)分布，功率運(yùn)行工況、低功率停堆工況和乏燃料貯存設(shè)施（正常卸料及貯存階段）全范圍始發(fā)事件對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的總貢獻(xiàn)率為99.9%。因此，應(yīng)用上述概率安全分析結(jié)果可以保證選取的調(diào)試試驗(yàn)監(jiān)督項(xiàng)目能夠覆蓋風(fēng)險(xiǎn)重要度高的部件。

3 調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目的選取

3.1 調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目選取的步驟

如何從314項(xiàng)調(diào)試試驗(yàn)中識(shí)別出對(duì)核電廠風(fēng)險(xiǎn)有重要貢獻(xiàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督，對(duì)國(guó)家核安全監(jiān)管部門(mén)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(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)目選取中的應(yīng)用過(guò)程。調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目選取的起點(diǎn)是PSA 重要度分析識(shí)別出了對(duì)核電廠風(fēng)險(xiǎn)有重要貢獻(xiàn)的設(shè)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(yùn)行工況、低功率停堆工況、乏燃料貯存設(shè)施（正常卸料及貯存階段）的概率安全分析報(bào)告產(chǎn)生了風(fēng)險(xiǎn)重要度分析結(jié)果。本研究選取針對(duì)設(shè)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(jì)300條設(shè)備失效重要度分析結(jié)果。

根據(jù)設(shè)備失效重要度分析結(jié)果，本文將設(shè)備失效基本事件按照設(shè)備合并輸出、制作表格，獲得各系統(tǒng)的基本事件清單，共對(duì)應(yīng)16 個(gè)系統(tǒng)，系統(tǒng)清單見(jiàn)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(shè)備失效風(fēng)險(xiǎn)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(shè)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(shè)備進(jìn)行排序，合并重復(fù)的基本事件，去除調(diào)試試驗(yàn)無(wú)法驗(yàn)證的基本事件（如設(shè)備維修不可用），形成各設(shè)備對(duì)應(yīng)的重要基本事件清單。

圖3 高溫堆各系統(tǒng)的設(shè)備失效基本事件數(shù)量對(duì)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(xiàng)目和見(jiàn)證點(diǎn)

將各設(shè)備對(duì)應(yīng)的重要基本事件與該系統(tǒng)的調(diào)試試驗(yàn)程序進(jìn)行對(duì)照，選取驗(yàn)證該設(shè)備功能的試驗(yàn)章節(jié)為調(diào)試監(jiān)督見(jiàn)證點(diǎn)，相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目即為調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目。如果某一安全功能在多份試驗(yàn)程序中均進(jìn)行驗(yàn)證，則選取試驗(yàn)工況更為嚴(yán)苛的試驗(yàn)程序。如熱態(tài)功能試驗(yàn)的工況“氦氣、7 MPa、250℃”比冷態(tài)功能試驗(yàn)的工況“空氣、常溫、常壓”更為嚴(yán)苛，因此，應(yīng)選擇熱態(tài)功能試驗(yàn)作為調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目。

3.2 調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目選取舉例

本文以一回路壓力泄放系統(tǒng)手動(dòng)泄壓閥1JEG40AA101調(diào)試試驗(yàn)選點(diǎn)的過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。

第一步，對(duì)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(jiàn)表2。

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

第二步，對(duì)表2中的基本事件按照設(shè)備進(jìn)行排序、合并，本文得出各設(shè)備對(duì)應(yīng)的基本事件清單，手動(dòng)泄壓閥1JEG40AA101 相關(guān)的基本事件見(jiàn)表3。去除調(diào)試試驗(yàn)無(wú)法驗(yàn)證的基本事件“1JEG40AA101 維修不可用”，則手動(dòng)泄壓閥1JEG40AA101 相關(guān)的基本事件只有一項(xiàng)，即“1JEG40AA101拒開(kāi)”。

表3 手動(dòng)閥1JEG40AA101相關(guān)的基本事件Table 3 Elementary events related to valve 1JEG40AA101

第三步，將“1JEG40AA101 拒開(kāi)”基本事件與一回路壓力泄放系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)照，調(diào)試試驗(yàn)程序《一回路壓力泄放系統(tǒng)隔離閥功能試驗(yàn)》“8.3 手動(dòng)泄壓閥1JEG40AA101功能試驗(yàn)”驗(yàn)證了閥門(mén)的開(kāi)啟功能，因此，本文選取該試驗(yàn)作為調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目，8.3 章節(jié)試驗(yàn)作為見(jiàn)證點(diǎn)。

3.3 基于PSA重要度分析的調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目清單

應(yīng)用高溫堆PSA 重要度分析結(jié)果，本文共選取16個(gè)系統(tǒng)28份調(diào)試試驗(yàn)程序作為調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目，見(jiàn)表4，同時(shí)選取73 個(gè)試驗(yàn)章節(jié)作為見(jiàn)證點(diǎn)。

表4 基于PSA重要度分析的高溫堆調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)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(xiàng)目清單涵蓋16 個(gè)系統(tǒng)，其中10 個(gè)為安全級(jí)系統(tǒng)。同時(shí)，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(jí)系統(tǒng)的試驗(yàn)，選取了啟動(dòng)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(yàn)作為調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目。這些試驗(yàn)項(xiàng)目在以往基于確定論安全方法的調(diào)試監(jiān)督實(shí)踐中得到的關(guān)注較少，表明概率安全分析對(duì)確定論安全分析進(jìn)行了有力補(bǔ)充。通過(guò)對(duì)上述調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目清單中的試驗(yàn)采取與其重要度相適應(yīng)的監(jiān)管措施，我們可以將資源集中在重要設(shè)備，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和風(fēng)險(xiǎn)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(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)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(yīng)用概率安全分析結(jié)果，探索開(kāi)展了高溫堆調(diào)試監(jiān)督研究，分析了高溫堆調(diào)試試驗(yàn)項(xiàng)目，選取了安全重要的調(diào)試試驗(yàn)和見(jiàn)證點(diǎn)，形成了基于PSA 重要度分析的高溫堆調(diào)試監(jiān)督項(xiàng)目清單。華東監(jiān)督站將積極運(yùn)用調(diào)試研究成果，探索風(fēng)險(xiǎn)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。