安全性能指標在核安全監(jiān)管中的應用實踐

劉成運，張國旭，李學法，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計院開展“核電廠運行安全性能指標”調研，于2006 年完成“核電廠運行安全性能指標技術手冊”（以下簡稱技術手冊）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，根據試用情況發(fā)布了技術手冊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，作為基于性能、風險指引的監(jiān) 管框架［6，7］（Risk-Informed and Performance-Based Regulatory Framework）（如圖2所示）的核心基礎，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險，兩者結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）的指導下開展了基于性能、風險指引的監(jiān)督探索，調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，并結合性能指標對各運行機組進行了評估。為保證監(jiān)管基礎信息的可信度，ERO還部署了性能指標專項核查［9］。

在性能指標數據真實可信的基礎上，開展進一步的數據跟蹤和趨勢分析，可以有效地識別安全重要領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堆安全、輻射安全、應急準備和電廠保衛(wèi)四個領域分別進行監(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)滿足相應的安全基礎目標，性能達到預期水平；白色表示性能狀態(tài)滿足相應的安全基礎目標，但性能離預期水平有所偏離；黃色表示性能狀態(tài)滿足相應的安全基礎目標，但安全裕度出現微小降級；橙色表示性能出現了較大的降級，在嚴重情況下，將不能滿足安全基礎目標，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個季度內系列計劃不可用時間，包括因為維修、試驗、設備調整和因為電力原因或其他預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個季度內系列非計劃不可用時間，包括糾正性維修時間或從發(fā)現引起系列不可用的設備失效或人員差錯到最終恢復可用所用的時間；

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

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)生事故時相關安全系統(tǒng)投入運行以緩解事故的能力，有助于判斷設備性能對核安全的影響程度，輔助核安全監(jiān)管部門制定適當的監(jiān)管策略［11］。

1.2 性能指標分析探索

根據ERO 與生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心聯合開展的性能指標試點調研的結果，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 個數量級的情況（如圖4 所示）。ERO 綜合調研與性能指標基礎數據核查的情況調整了后續(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)現核電廠安全物項或者運行管理方面的不良趨勢，ERO可以據此采取不同監(jiān)管響應行動，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任，改進弱項，降低核安全風險。

1.3 性能指標分析

本文以2018年以來的數據為基礎，在不剔除錯誤數據的前提下開展分析，并結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)掘對后續(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?？梢姶蟛糠种笜吮憩F良好，但是反應堆冷卻劑系統(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，存在出現異常色塊的可能，提示需要在后續(xù)監(jiān)督中重點關注反應堆冷卻劑系統(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)管工作中增加對應急交流電源系統(tǒng)的關注，提醒營運單位針對應急交流電源系統(tǒng)的設備可靠性進行分析，并提出適當的改進方案。

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 季度出現尖峰，核對輸入數據后發(fā)現當季度機組臨界運行小時數為0，指標分母最近4 個季度累計值突然減少，導致輸出結果升高。監(jiān)督核查發(fā)現當季度臨界運行小時數并非為“0”，屬于填報錯誤。可結合其他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，整體運行情況良好。

其中，FU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，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據劣于其他機組。可在后續(xù)監(jiān)督工作中增加對上述機組應急柴油發(fā)電機組可用性及可靠性的關注。

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，現場監(jiān)督檢查的結果也證實相關機組出現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)現該指標數據在所有運行機組的波動都較小，趨勢明顯比較平穩(wěn)。但是各機組數據有一定分散，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，促進指標數據較高的機組開展經驗反饋，吸收行業(yè)良好運行經驗，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

綜合以上分析結果，可以發(fā)現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數據存在錯誤或遺漏。例如QⅡ核電廠2號機組IE01指標趨勢在2019年3季度突然出現單個尖峰，核實發(fā)現屬于數據錯報。

（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、錯報的數據比例。

（2）加強機組的運維管理，持續(xù)開展對性能指標的數據挖掘，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）定期修訂技術手冊及其配套文件，更加有效地指導營運單位的性能指標管理。

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

（3）對行業(yè)內的交流和信息共享給予政策引導，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)指導文件。

3 總結

SPI可以在一定程度反映核電廠運行安全情況，強調長周期的性能監(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)管關注度與被監(jiān)管物項的風險重要度相匹配，讓有限的監(jiān)管資源得到更加高效的利用。