安全性能指標在核安全監(jiān)管中的應(yīng)用實踐

劉成運，張國旭，李學(xué)法，李龍志，葛 凱，宋斌艷

（1.生態(tài)環(huán)境部華東核與輻射安全監(jiān)督站，上海 200233；2.上海核工程研究設(shè)計院有限公司，上海 200233）

2004 年，原國家環(huán)境保護總局（國家核安全局）委托上海核工程研究設(shè)計院開展“核電廠運行安全性能指標”調(diào)研，于2006 年完成“核電廠運行安全性能指標技術(shù)手冊”（以下簡稱技術(shù)手冊）試用版本的編制，并在秦山核電廠和大亞灣核電廠試用［1］。2007 年，根據(jù)試用情況發(fā)布了技術(shù)手冊A版，并開發(fā)“核電廠運行安全性能指標”軟件平臺。2008 年起，全國運行核電廠開始試用核電廠安全性能指標（Safety Performance Indicators,SPI）體系［2］。2011 年，國家核安全局修訂并發(fā)布技術(shù)手冊B版，沿用至今。2019年，“中國核電廠總體安全狀況”公開頁面正式上線發(fā)布［3］，向社會公開展示核電廠的安全水平（如圖1所示）。

圖1 我國核電廠安全性能指標公開頁面Fig.1 Public Webpage of SPI in China

SPI 可以長期監(jiān)測相關(guān)要素的性能，在一定程度上反映核電廠的運行安全狀況［4,5］。通過對美國核管會（The Nuclear Regulatory Commission，NRC）監(jiān)管體系的研究發(fā)現(xiàn)，作為基于性能、風(fēng)險指引的監(jiān) 管框架［6，7］（Risk-Informed and Performance-Based Regulatory Framework）（如圖2所示）的核心基礎(chǔ)，SPI 與重要度判定程序（Significance Determination Process，SDP）可以分別用來評價累積失效影響和單次事件風(fēng)險，兩者結(jié)合可以綜合評價核電廠的安全水平，為核安全監(jiān)管部門掌握和研判核電廠的安全狀態(tài)提供一種相對合理的方法［8］。

圖2 美國核管會核電廠監(jiān)管框架Fig.2 Regulatory Framework of NPP,NRC

2014 年起，華東核與輻射安全監(jiān)督站（Eastern China Region Office,ERO）在核電廠監(jiān)管指針（Plant Oversight Guideline,POG）的指導(dǎo)下開展了基于性能、風(fēng)險指引的監(jiān)督探索，調(diào)研了運行核電廠的性能指標管理情況，開展了試點核查、試點分析，并結(jié)合性能指標對各運行機組進行了評估。為保證監(jiān)管基礎(chǔ)信息的可信度，ERO還部署了性能指標專項核查［9］。

在性能指標數(shù)據(jù)真實可信的基礎(chǔ)上，開展進一步的數(shù)據(jù)跟蹤和趨勢分析，可以有效地識別安全重要領(lǐng)域存在的異常和不良趨勢，并甄別營運單位在性能指標管理上存在的問題。

1 性能指標的分析

1.1 運行安全性能指標

根據(jù)SPI體系的框架［10］，將“運行核電廠核與輻射安全”的總體目標分解到反應(yīng)堆安全、輻射安全、應(yīng)急準備和電廠保衛(wèi)四個領(lǐng)域分別進行監(jiān)測和評價。為便于實施，進一步細分為始發(fā)事件、緩解系統(tǒng)、屏障完整性、職業(yè)照射安全、公眾照射安全、場區(qū)應(yīng)急和實物保護七個要素，并為每個要素制定更加詳細的指標，最終形成四個層級構(gòu)成的指標體系，如圖3所示。

圖3 核電廠運行安全性能指標Fig.3 Safety Performance Indicators,SPI

指標的統(tǒng)計采用定量和定性的方式，用綠、白、黃和橙色來顯示指標所處的不同安全等級。其中綠色表示性能狀態(tài)滿足相應(yīng)的安全基礎(chǔ)目標，性能達到預(yù)期水平；白色表示性能狀態(tài)滿足相應(yīng)的安全基礎(chǔ)目標，但性能離預(yù)期水平有所偏離；黃色表示性能狀態(tài)滿足相應(yīng)的安全基礎(chǔ)目標，但安全裕度出現(xiàn)微小降級；橙色表示性能出現(xiàn)了較大的降級，在嚴重情況下，將不能滿足安全基礎(chǔ)目標，需要立即采取糾正措施［3］。

以緩解系統(tǒng)的性能指標為例，我國大部分壓水堆核電廠主要監(jiān)測應(yīng)急交流電源系統(tǒng)、高壓安注系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)五個重要緩解系統(tǒng)的不可用度，目的是監(jiān)控緩解始發(fā)事件、防止堆芯損傷的安全系統(tǒng)的有效性。

系統(tǒng)不可用度，即系統(tǒng)中獨立系列的平均不可用度，為系列不可用時間與系列被要求能夠執(zhí)行預(yù)期安全功能的時間的比值［10］。其計算方法為：

公式（1）中：

UAI為系列平均不可用度；

UAP為滾動連續(xù)12個季度內(nèi)系列計劃不可用時間，包括因為維修、試驗、設(shè)備調(diào)整和因為電力原因或其他預(yù)先計劃好的原因而造成的系列不能投運的總時間；

UAu為滾動連續(xù)12個季度內(nèi)系列非計劃不可用時間，包括糾正性維修時間或從發(fā)現(xiàn)引起系列不可用的設(shè)備失效或人員差錯到最終恢復(fù)可用所用的時間；

FE為滾動連續(xù)12個季度內(nèi)系列故障暴露時間，是指系列發(fā)生故障后未被發(fā)現(xiàn)的時間，即從系列發(fā)生故障到故障被發(fā)現(xiàn)這段時間；

T為滾動連續(xù)12 個季度的系列總需求時間，指安全系統(tǒng)某系列被要求執(zhí)行其安全功能的總時間。

就應(yīng)急交流電源系統(tǒng)而言，確定其性能顏色的評價準則如下：

1）如果UAI≤2.5%，則性能為綠色；

2）如果2.5%≤UAI≤5.0%，則性能為白色；

3）如果5.0%≤UAI≤10.0%，則性能為黃色；

4）如果UAI＞10.0%，則性能為紅色。

其余系統(tǒng)性能顏色也有類似準則，通過緩解系統(tǒng)不可用度，能夠有效監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)，進而評價核電廠發(fā)生事故時相關(guān)安全系統(tǒng)投入運行以緩解事故的能力，有助于判斷設(shè)備性能對核安全的影響程度，輔助核安全監(jiān)管部門制定適當?shù)谋O(jiān)管策略［11］。

1.2 性能指標分析探索

根據(jù)ERO 與生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心聯(lián)合開展的性能指標試點調(diào)研的結(jié)果，個別核電廠存在緩解系統(tǒng)不可用度均處于綠色級別，但某個系統(tǒng)不可用度較其他系統(tǒng)高出1～2 個數(shù)量級的情況（如圖4 所示）。ERO 綜合調(diào)研與性能指標基礎(chǔ)數(shù)據(jù)核查的情況調(diào)整了后續(xù)監(jiān)督檢查的策略，并向國家核安局提交了專題報告，有效推動了營運單位提升了在SPI 領(lǐng)域的管理水平。

圖4 某緩解系統(tǒng)的不可用度Fig.4 Unavailability of a Mitigation System

基于前期成果，ERO認為將SPI評估結(jié)果用于輔助監(jiān)督檢查是可行的。對SPI的監(jiān)測有助于發(fā)現(xiàn)核電廠安全物項或者運行管理方面的不良趨勢，ERO可以據(jù)此采取不同監(jiān)管響應(yīng)行動，如非例行監(jiān)督檢查、監(jiān)督會議、監(jiān)管對話等，督促營運單位履行主體責(zé)任，改進弱項，降低核安全風(fēng)險。

1.3 性能指標分析

本文以2018年以來的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在不剔除錯誤數(shù)據(jù)的前提下開展分析，并結(jié)合性能指標核查的情況進行對比，以盡可能暴露目前存在的問題，發(fā)掘?qū)罄m(xù)監(jiān)管工作有積極意義的信息。

（1）單臺運行機組的趨勢分析

以FA核電廠1號機組為例，各指標趨勢見圖5。可見大部分指標表現(xiàn)良好，但是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)泄露率指標BI02近一年來一直處于高位，并且接近指標的50%閾值，存在出現(xiàn)異常色塊的可能，提示需要在后續(xù)監(jiān)督中重點關(guān)注反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的完整性。

圖5 FA核電廠性能指標趨勢Fig.5 Trend of SPI for FA NPP

再以QⅠ核電廠1號機組的緩解系統(tǒng)性能指標為例（見圖6），應(yīng)急交流電源系統(tǒng)不可用度指標MS01 近期有明顯的劣化趨勢，可以在后續(xù)監(jiān)管工作中增加對應(yīng)急交流電源系統(tǒng)的關(guān)注，提醒營運單位針對應(yīng)急交流電源系統(tǒng)的設(shè)備可靠性進行分析，并提出適當?shù)母倪M方案。

圖6 QⅠ核電廠1號機組緩解性能指標趨勢Fig.6 Trend of Mitigation System SPI for QⅠNPP Unit 1

再以QⅡ核電廠2號機組的7000臨界小時非計劃緊急停堆（手動和自動）指標IE01為例（見圖7），趨勢圖在2019 年第3 季度出現(xiàn)尖峰，核對輸入數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)當季度機組臨界運行小時數(shù)為0，指標分母最近4 個季度累計值突然減少，導(dǎo)致輸出結(jié)果升高。監(jiān)督核查發(fā)現(xiàn)當季度臨界運行小時數(shù)并非為“0”，屬于填報錯誤?？山Y(jié)合其他SPI管理問題向營運單位提出核安全監(jiān)督要求，督促營運單位采取措施提升管理水平。

圖7 QⅡ核電廠IE01性能指標趨勢Fig.7 Trend of IE01 for QⅡNPP Unit 2

（2）多臺運行機組的對比分析

對比QⅠ核電廠、QⅡ核電廠、QⅢ核電廠、FA核電廠、NI核電廠、FU核電廠共計17臺運行機組的MS01指標（見圖8），可以看出，大部分機組的系列平均不可用度在1.0×10-3以下，即三年期平均每年單系列不可用時長在8小時以內(nèi)，整體運行情況良好。

其中，F(xiàn)U核電廠1號機組在2019年第2季度后MS01不可用度降低，并達到了新的平衡；FU核電廠2號機組自2019年第1季度后，MS01不可用度有輕微的逐步劣化趨勢。進一步對比可以發(fā)現(xiàn)，QⅠ核電廠、QⅢ核電廠2號機組、NⅠ核電廠1號機組近幾個季度不可用度數(shù)據(jù)劣于其他機組?？稍诤罄m(xù)監(jiān)督工作中增加對上述機組應(yīng)急柴油發(fā)電機組可用性及可靠性的關(guān)注。

圖8 MS01性能指標趨勢Fig.8 Trend of MS01 for 17 NPPs

類似的，對比17 臺運行機組的131I 劑量當量活度濃度指標BI01（見圖9）可以看出，大部分機組131I劑量當量活度處于較低水平，而FU2號機組和FU4號機組性能明顯劣于其他機組，現(xiàn)場監(jiān)督檢查的結(jié)果也證實相關(guān)機組出現(xiàn)過燃料包殼破損的情況。

圖9 BI01性能指標趨勢Fig.9 Trend of BI01 for 17 NPPs

同樣，對比高壓安注系統(tǒng)性能指標MS02（見圖10），可以發(fā)現(xiàn)該指標數(shù)據(jù)在所有運行機組的波動都較小，趨勢明顯比較平穩(wěn)。但是各機組數(shù)據(jù)有一定分散，顯示出不同機組之間存在性能水平差異，可以考慮開展更加深入的研究，促進指標數(shù)據(jù)較高的機組開展經(jīng)驗反饋，吸收行業(yè)良好運行經(jīng)驗，進一步提高核安全水平。

圖10 MS02性能指標趨勢Fig.10 Trend of MS02 for 17 NPPs

2 討論

綜合以上分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)核電廠安全重要物項和性能指標管理方面存在的薄弱環(huán)節(jié)：

（1）營運單位報送的性能指標基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在錯誤或遺漏。例如QⅡ核電廠2號機組IE01指標趨勢在2019年3季度突然出現(xiàn)單個尖峰，核實發(fā)現(xiàn)屬于數(shù)據(jù)錯報。

（2）部分性能指標存在劣化趨勢或明顯劣于其他機組。例如QⅠ核電廠、QⅢ核電廠2 號機組、NI 核電廠1 號機組近幾個季度MS01 指標呈現(xiàn)劣化趨勢；FA核電廠1號機組BI02指標近期處于高位，并且接近綠白閾值等。

（3）部分性能指標存在不同機組之間的水平差異。如FU核電廠高壓安注系統(tǒng)不可用度指標MS02較其他機組高出1～2個數(shù)量級等。

針對核電廠營運單位提出以下建議：

（1）提升對性能指標的重視程度，改進管理，減少漏報、錯報的數(shù)據(jù)比例。

（2）加強機組的運維管理，持續(xù)開展對性能指標的數(shù)據(jù)挖掘，跟蹤趨勢并定期進行分析，有效識別不良趨勢或異常，深入分析原因并制定有效的糾正措施。

（3）積極開展業(yè)內(nèi)交流，加強合作，深入研究性能指標顯示的機組之間的水平差異，共享行業(yè)經(jīng)驗，共同提升管理水平。

同時建議國家核安全監(jiān)管部門：

（1）定期修訂技術(shù)手冊及其配套文件，更加有效地指導(dǎo)營運單位的性能指標管理。

（2）充分利用SPI的風(fēng)險指引功能，對劣化的指標或表現(xiàn)不佳的指標增加監(jiān)管資源投入，對持續(xù)表現(xiàn)良好的指標適當調(diào)整監(jiān)管策略。

（3）對行業(yè)內(nèi)的交流和信息共享給予政策引導(dǎo)，鼓勵行業(yè)協(xié)會發(fā)揮更大的作用，適時建議編制并幫助完善行業(yè)指導(dǎo)文件。

3 總結(jié)

SPI可以在一定程度反映核電廠運行安全情況，強調(diào)長周期的性能監(jiān)測，適用于累積失效影響評價。通過對指標進行深入分析，可以有效識別影響運行安全的薄弱環(huán)節(jié)，可以幫助營運單位發(fā)現(xiàn)運行管理中的弱項并加以提升，也可以幫助檢查人員評價核電廠運行安全狀態(tài)，使監(jiān)管關(guān)注度與被監(jiān)管物項的風(fēng)險重要度相匹配，讓有限的監(jiān)管資源得到更加高效的利用。