核電廠(chǎng)HRA相關(guān)性問(wèn)題研究及應(yīng)用

張佳佳，田秀峰，宮　宇，錢(qián)鴻濤, *，王小海

核電廠(chǎng)HRA相關(guān)性問(wèn)題研究及應(yīng)用

張佳佳1，田秀峰2，宮宇1，錢(qián)鴻濤1, *，王小海1

（1. 生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 102488；2. 中國(guó)核電工程有限公司，北京 100840）

在概率安全分析（PSA）中，人員可靠性分析（HRA）的重要性逐漸突顯，其中，HRA相關(guān)性問(wèn)題的處理對(duì)PSA結(jié)果有較大影響，逐漸成為核安全審評(píng)和核工業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外HRA相關(guān)性處理的理論眾多，然而用于工程實(shí)踐的可供操作的理論十分有限。本文對(duì)核電廠(chǎng)HRA相關(guān)性問(wèn)題，包括基本概念、相關(guān)性因素和水平、聯(lián)合人誤概率等進(jìn)行研究，總結(jié)形成了應(yīng)用于核電廠(chǎng)工程實(shí)踐的HRA相關(guān)性分析的一般方法和步驟。應(yīng)用該分析方法和步驟，以國(guó)內(nèi)某核電廠(chǎng)一級(jí)PSA結(jié)果中同一最小割集的人員相關(guān)性組為例，分別采用SPAR-H和NUREG-1921方法建模進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，對(duì)最小割集HRA相關(guān)性處理與否對(duì)結(jié)果影響較大，且兩種分析方法的相關(guān)性處理結(jié)果有較大差異。建議在同一項(xiàng)目中使用的HRA相關(guān)性分析的方法應(yīng)保持一致，定性分析和定量分析并重，盡可能詳細(xì)記錄分析過(guò)程的所有信息，保證分析結(jié)果可追溯、可審查、可再現(xiàn)和可更新。

核電廠(chǎng)；人員可靠性分析（HRA）；相關(guān)性；概率安全分析（PSA）

隨著新建核電廠(chǎng)系統(tǒng)冗余性和設(shè)備可靠性的不斷提高，在概率安全分析（PSA）中，人員可靠性分析（HRA）重要性逐漸突顯，其中，針對(duì)HRA相關(guān)性問(wèn)題的處理對(duì)PSA結(jié)果的影響尤為突出，逐漸成為核安全審評(píng)和核工業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)PSA相關(guān)的核安全導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)HRA相關(guān)性從宏觀(guān)上提出了要求，學(xué)術(shù)界也開(kāi)展了一些研究，然而在核電工程項(xiàng)目實(shí)踐中，HRA相關(guān)性分析的流程和方法并未明晰，尤其在相關(guān)性組的識(shí)別、相關(guān)性因素的考慮、相關(guān)性水平的判斷，以及聯(lián)合人誤概率等關(guān)鍵性問(wèn)題上，缺乏系統(tǒng)性考慮，尚未形成共識(shí)。本文對(duì)核電廠(chǎng)HRA相關(guān)性問(wèn)題，包括基本概念、國(guó)內(nèi)外常用的HRA方法對(duì)相關(guān)性因素和水平的考慮、聯(lián)合人誤概率等問(wèn)題進(jìn)行了研究，總結(jié)形成了應(yīng)用于核電廠(chǎng)工程實(shí)踐的HRA相關(guān)性分析的一般方法和步驟。應(yīng)用該方法和步驟，從國(guó)內(nèi)某先進(jìn)壓水堆核電廠(chǎng)一級(jí)PSA結(jié)果出發(fā)，選取典型案例，分別采用兩種HRA方法建模進(jìn)行相關(guān)性對(duì)比分析，并根據(jù)分析結(jié)果給出結(jié)論和建議。

1　HRA相關(guān)性問(wèn)題研究

1.1　相關(guān)性概念

HRA相關(guān)性是指一個(gè)任務(wù)的人誤概率受另一個(gè)任務(wù)成功或者失敗的影響[1]。這種相關(guān)性可能是由于使用共同的指示或程序步驟、錯(cuò)誤的程序、錯(cuò)誤的診斷或錯(cuò)誤的執(zhí)行應(yīng)對(duì)方案等而產(chǎn)生的[2,3]。用數(shù)學(xué)公式表達(dá)為：

在核電廠(chǎng)HRA分析中，相關(guān)性一般包含：（1）同一人誤事件內(nèi)多個(gè)動(dòng)作間的相關(guān)性；（2）同一人誤事件內(nèi)不同人員間的相關(guān)性；（3）不同人誤事件間的相關(guān)性[4]。對(duì)于前兩種相關(guān)性，在分析單個(gè)人誤事件的過(guò)程中通常依據(jù)選用的HRA方法進(jìn)行評(píng)估。本文重點(diǎn)對(duì)不同人誤事件間的相關(guān)性進(jìn)行研究。

1.2　相關(guān)性因素和相關(guān)性水平

相關(guān)性處理中，涉及兩個(gè)重要的問(wèn)題，一是相關(guān)性因素的考慮，另一個(gè)是相關(guān)性水平的判定和定量化?；谌苏`機(jī)理研究，相關(guān)性因素考慮的越全面，分析的越客觀(guān)深入，結(jié)果往往也更現(xiàn)實(shí)合理。然而，從工程實(shí)踐來(lái)說(shuō)，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?，較為快速便捷進(jìn)行相關(guān)性處理也是必要的。由于不同類(lèi)別人誤事件在工程上存在不同的人誤機(jī)理，工程上采用的HRA方法也不盡相同，而HRA相關(guān)性的處理屬于方法本身的一部分，表1給出了國(guó)內(nèi)外常用的HRA方法的相關(guān)性分析情況[5][6]。可以看出，不同HRA方法考慮的相關(guān)性因素和數(shù)量不同，但基本考慮了班組/人員、時(shí)間間隔、位置、線(xiàn)索/程序等關(guān)鍵因素。針對(duì)相關(guān)性水平判斷，部分方法給出了明確的決策樹(shù)（表），便于快速判斷相關(guān)性水平。其中，人誤概率預(yù)測(cè)技術(shù)（THERP）將相關(guān)性水平分為完全相關(guān)、高相關(guān)、中相關(guān)、低相關(guān)、零相關(guān)，并給出了對(duì)應(yīng)修正的條件人誤概率公式（見(jiàn)表2），是相關(guān)性分析定量化的基礎(chǔ)，為大部分HRA方法所采用。在國(guó)內(nèi)核電工程實(shí)踐上，較常采用標(biāo)準(zhǔn)化電廠(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析HRA（SPAR-H）方法或火災(zāi)HRA（NUREG-1921）方法進(jìn)行相關(guān)性判斷，有關(guān)方法的具體介紹詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)［1，3，7-9］。

表1　國(guó)內(nèi)外常用HRA方法的相關(guān)性分析情況

表2　HRA相關(guān)性修正公式

1.3　聯(lián)合人誤概率

大多數(shù)一級(jí)PSA中人誤事件概率值在1.00×10-4至0.1水平范圍內(nèi)，如果最小割集中包含多個(gè)人誤事件，則需要考慮相關(guān)性處理后的聯(lián)合人誤概率?；贖RA方法的局限性和不確定性，考慮相關(guān)性后的聯(lián)合人誤概率不應(yīng)低于某個(gè)合理限值。根據(jù)研究，一般認(rèn)為，這一合理限值應(yīng)不低于1.00×10-5，但部分文獻(xiàn)研究認(rèn)為，如果有充足的理由，這一合理限值可以最低到1.00×10-6[5,6,10]。無(wú)論如何，如果使用的聯(lián)合人誤概率取值低于1.00×10-5，應(yīng)有充分的理由和支持材料，確保風(fēng)險(xiǎn)不會(huì)因?yàn)槿苏`概率定量化中的諸多假設(shè)和不確定性而被低估。

1.4　HRA相關(guān)性分析的流程

根據(jù)研究，不同類(lèi)型人誤事件相關(guān)性分析至少應(yīng)包括相關(guān)性識(shí)別、相關(guān)性水平評(píng)估、人誤概率值修正、聯(lián)合人誤概率限值分析等方面的內(nèi)容[3]，分析的一般方法和步驟如圖1所示。

圖1　多個(gè)人誤事件相關(guān)性分析的一般方法和步驟

首先進(jìn)行相關(guān)性組的識(shí)別，判斷兩個(gè)或多個(gè)人誤事件是否具有相關(guān)性。一般來(lái)說(shuō)，可以在最小割集中找到多個(gè)人誤事件的情形來(lái)進(jìn)行相關(guān)性的判斷，可通過(guò)將人員失誤概率設(shè)置為較高的值（例如0.5或0.9）并重新計(jì)算堆芯損壞頻率（CDF）來(lái)識(shí)別此類(lèi)割集，這樣處理后，涉及多重人員失誤事件的割集將出現(xiàn)在割集前列。

其次，考慮人誤事件之間相關(guān)性因素，根據(jù)相關(guān)性因素，選擇合適的相關(guān)性分析方法判斷相關(guān)性水平。在相關(guān)性水平確定后，對(duì)人誤概率值進(jìn)行修正。當(dāng)一個(gè)事故序列存在兩個(gè)及以上人誤事件時(shí)，如在同一事故序列存在A、B、C三個(gè)人誤事件，則形式上先考慮B與A的相關(guān)性，以及C與B的相關(guān)性即可，而無(wú)須再考慮C與A的相關(guān)性。這是因?yàn)樵谟?jì)算C與B的條件概率時(shí)，B采用了考慮其與A相關(guān)性后的條件概率，相當(dāng)于考慮了A對(duì)C的影響[4]。有些方法還給出了相關(guān)性水平的限制性條件，比如，SPAR-H方法認(rèn)為，考慮同一序列中的多個(gè)恢復(fù)性動(dòng)作（如第二、三、四人監(jiān)督）時(shí)，如果是事故序列中的第三個(gè)人誤，則相關(guān)性水平至少為中，如果是事故序列中的第四個(gè)人誤，則相關(guān)性水平至少為高。

最后，對(duì)同一割集中的多個(gè)人誤事件的聯(lián)合人誤概率進(jìn)行評(píng)估。如果使用的聯(lián)合人誤概率低于限值，采用該限值，或者重新進(jìn)行分析，最后形成HRA相關(guān)性分析報(bào)告。

2　HRA相關(guān)性分析案例

本節(jié)以國(guó)內(nèi)某先進(jìn)三代壓水堆核電廠(chǎng)一級(jí)PSA為例，從最小割集中選取典型案例，根據(jù)圖1流程，采用SPAR-H方法和NUREG-1921方法建模進(jìn)行相關(guān)性對(duì)比分析。

2.1　相關(guān)性組的識(shí)別

為了對(duì)案例核電廠(chǎng)PSA結(jié)果進(jìn)行HRA相關(guān)性分析，將該核電廠(chǎng)一級(jí)PSA的人誤概率統(tǒng)一賦值為0.9，重新進(jìn)行割集計(jì)算，將同一割集中多個(gè)人誤事件的情形盡可能找出來(lái)，本節(jié)給出其中1個(gè)典型案例。

案例最小割集組合如表3所示，事故進(jìn)程為：POSE工況（機(jī)組處于一回路微開(kāi)口的維修冷停堆）喪失廠(chǎng)外電（LOOP），應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)（EDG）啟動(dòng)，余熱排出系統(tǒng)重新接入失敗，二次側(cè)冷卻失敗，充排冷卻失敗，最終堆芯熔化。該核電廠(chǎng)停堆工況總堆芯損傷頻率（CDF）為1.03×10-7/堆年，未進(jìn)行相關(guān)性處理前，該最小割集頻率為3.55×10-12/堆年，占停堆工況CDF的比例近乎為0，風(fēng)險(xiǎn)極易被忽略。按照相關(guān)性識(shí)別方法，將人誤概率值統(tǒng)一賦值為0.9重新計(jì)算后，總頻率為5.24×10-4/堆年，在停堆CDF的最小割集中排在最前列。

表3　案例核電廠(chǎng)一級(jí)PSA的一個(gè)最小割集

續(xù)表

最小割集組合描述原值 HE-LRHR-SGPOSE工況下，喪失RHR，操縱員未能在200 分鐘內(nèi)判斷并使用SG 冷卻一回路7.00 × 10-4 HE-RRE-FBPOSE工況下，喪失RHR，二次側(cè)冷卻失敗，操縱員未能在170 分鐘內(nèi)執(zhí)行充排冷卻7.00 × 10-4

三個(gè)人誤事件的具體含義如下：

HE-TSE-RHR：POSE工況下，發(fā)生LOOP，運(yùn)行列余熱排出系統(tǒng)（RHR）應(yīng)急母線(xiàn)失電信號(hào)發(fā)出，EDG 正常啟動(dòng)，根據(jù)熱工計(jì)算，要求操縱員在15 min內(nèi)根據(jù)規(guī)程重新手動(dòng)開(kāi)啟備用列RHR。

HE-LRHR-SG：POSE工況下，RHR喪失，一回路無(wú)法正常排出余熱。根據(jù)熱工計(jì)算，操縱員應(yīng)在200 min內(nèi)根據(jù)規(guī)程執(zhí)行二次側(cè)冷卻。

HE-RRE-FB：POSE工況下，RHR 喪失，二次側(cè)冷卻失敗導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器（SG）中的水量迅速減少，二回路排熱能力持續(xù)惡化。此時(shí)操縱員應(yīng)在170 min內(nèi)根據(jù)規(guī)程利用安注和穩(wěn)壓器安全閥進(jìn)行一回路充排冷卻操作。

2.2　相關(guān)性定量評(píng)估

三個(gè)人誤事件，為同一班組成員，啟動(dòng)RHR和充排操作為一回路操作員（ROA）職責(zé)，二次側(cè)冷卻為二回路操縱員（ROB）職責(zé)，使用的規(guī)程為SEOP體系規(guī)程下不同程序，各操作時(shí)間間隔較長(zhǎng)。在一個(gè)事故序列中，根據(jù)SPAR-H提供的相關(guān)性判斷表，HE-TSE-RHR和HE-LRHR-SG事故處理班組人員相同，開(kāi)啟一列RHR和使用SG冷卻一回路均由機(jī)組長(zhǎng)（SRO）進(jìn)行診斷，分別由ROA和ROB執(zhí)行操作，位置在主控室，但三人分別在不同的工作站進(jìn)行操作，兩個(gè)操作相隔時(shí)間較長(zhǎng)，且有清晰的規(guī)程指引，判斷為低相關(guān)水平。HE-RRE-FB和HE-LRHR-SG的決策類(lèi)似，但是根據(jù)SPAR-H方法，事故序列第3個(gè)人誤，相關(guān)性水平判斷至少為中，因此HE-RRE-FB和HE-LRHR-SG的相關(guān)性水平由低相關(guān)修正為中相關(guān)。相關(guān)性分析過(guò)程如表4所示。

根據(jù)NUREG-1921提供的相關(guān)性決策樹(shù)，HE-TSE-RHR和HE-LRHR-SG事故處理班組人員相同，但由于報(bào)警或提示信號(hào)不同，所以認(rèn)知不同，提示要求為順序，人力充足，多重失效下，壓力較高。操作位置在主控室，盡管操縱員分別在不同的工作站進(jìn)行操作，與SPAR-H方法不同，該方法認(rèn)為同一主控即位置相同，但該操作時(shí)間窗口較長(zhǎng)，兩人誤事件時(shí)間間隔大于60分鐘，判斷為低相關(guān)。HE-LRHR-SG和HE-RRE-FB的決策類(lèi)似，相關(guān)性水平判定為低相關(guān)。相關(guān)性分析過(guò)程如表5所示。

表4　采用SPAR-H方法的HRA相關(guān)性分析過(guò)程

表5　采用NUREG1921方法的HRA相關(guān)性分析過(guò)程

2.3　計(jì)算結(jié)果

兩種分析方法聯(lián)合人誤概率及案例最小割集占停堆工況總CDF的比例如表6所示，相關(guān)性處理后的聯(lián)合人誤概率高于1.00×10-5的合理限值。

表6　HRA相關(guān)性分析結(jié)果對(duì)比

2.4　結(jié)果討論

根據(jù)結(jié)果可以看出：

（1）相關(guān)性組識(shí)別極其重要。增大人誤概率值，重新進(jìn)行割集計(jì)算，是識(shí)別HRA相關(guān)性組的有效方法。

（2）是否進(jìn)行HRA相關(guān)性處理，對(duì)PSA結(jié)果可能有較大影響。這是由于人誤事件間很難判斷為獨(dú)立事件，即使如案例判斷為低相關(guān)事件，對(duì)結(jié)果也很容易產(chǎn)生顛覆性變化。

（3）兩種方法聯(lián)合人誤概率相差3倍，主要是由于相關(guān)性水平判斷決策樹(shù)不同，SPAR-H方法對(duì)事故序列第3個(gè)人誤事件的處理至少判斷為中相關(guān)的約束條件，對(duì)結(jié)果會(huì)有較大影響。

（4）兩種方法考慮的相關(guān)性因素有區(qū)別，且同一相關(guān)性因素（如位置、時(shí)間間隔）判斷準(zhǔn)則也不相同，會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響。

3　總結(jié)和建議

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在HRA領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在HRA數(shù)據(jù)搜集，現(xiàn)場(chǎng)訪(fǎng)談等都開(kāi)展了大量卓有成效的工作。根據(jù)本文研究，筆者提出以下四個(gè)方面的建議。

（1）相關(guān)性因素、相關(guān)性水平判定是影響HRA相關(guān)性判定最為重要的因素，目前主要參考美國(guó)HRA方法開(kāi)展工作，核電業(yè)界急需開(kāi)展相關(guān)研究，形成適用于我國(guó)核電廠(chǎng)工程實(shí)踐的方法。

（2） HRA相關(guān)性分析有多種方法，不同方法具有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在當(dāng)前同一工程項(xiàng)目中，針對(duì)某一類(lèi)人誤事件，相關(guān)性分析的方法應(yīng)保持一致。

（3）人誤事件相關(guān)性定性分析和定量分析應(yīng)該并重，定量分析應(yīng)以其詳細(xì)定性分析為基礎(chǔ)，對(duì)重要的分析結(jié)果，應(yīng)該與核電廠(chǎng)運(yùn)行人員充分討論，以確認(rèn)結(jié)果反映實(shí)際情況，確保分析的完整性和合理性。

（4） HRA分析人員應(yīng)盡可能詳細(xì)記錄分析過(guò)程的所有信息，保證可追溯、可審查、可再現(xiàn)和可更新。

［1］ Swain A D，Guttmann H E．Handbook of human reliability analysis with emphasis on nuclear power plant applications：NUREG/CR-1278［R］．Washington，D．C．：U．S．Nuclear Regulatory Commission，1983．

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［4］ 張力，戴立操，胡鴻，等．?dāng)?shù)字化核電廠(chǎng)人因可靠性［M］．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2019．

［5］ Forester J，Kolaczkowski A，Lois E，et al．Evaluation of Human Reliability Analysis Methods Against Good Practices：NUREG/CR-1842［R］．Washington，D．C．：U．S．Nuclear Regulatory Commission，2006．

［6］ Kolaczkowski A，F(xiàn)orester J，Lois E，et al．Good practices for implementing human reliability analysis：NUREG-1792［R］．Washington，D．C．：U．S．Nuclear Regulatory Commission，2005．

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Research and Applications of Human Reliability Analysis Dependency for Nuclear Power Plants

ZHANG Jiajia1，TIAN Xiufeng2，GONG Yu1，QIAN Hongtao1,*，WANG Xiaohai

（1. Nuclear and Radiation Safety Center，Ministry of Ecology and Environment，Beijing，102488，China；2. China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd.，Beijing 100840，China）

In probabilistic safety assessment（PSA），the human reliability analysis（HRA）becomes more and more important，and the treatment of HRA dependency issues has a greater impact on PSA results，and has gradually become the focus of nuclear safety review and nuclear industry.There are many theories about HRA dependency issues worldwide，but very few for operation on engineering practice.HRA dependency issues for nuclear power plant was studied，including basic concepts，dependency factors，dependency levels，and joint human error probability，etc.The general methods and process of HRA dependency analysis applied to nuclear power plant engineering practice was summarized.Thus，this method and process have been provided to take account of a minimal cut set of the level 1 PSA results of a domestic nuclear power plant，SPAR-H and NUREG-1921 modeling methods have been used for comparative analysis.The result shows that the consideration of HRA dependency of the minimal cut sets has a great impact on the results，and the results of the two analysis methods are quite different.It is suggested that the HRA dependency analysis methods in a project should be consistent with equal emphasis on qualitative analysis and quantitative analysis，and all the information in the analysis process should be recorded as much as possible to ensure that the analysis results can be traced，reviewed，reproduced and updated.

Nuclear Power Plant；Human reliability analysis；Dependency；Probabilistic safety assessment

TL364+.5

A

0258-0918（2021）03-0593-06

2020-12-11

張佳佳（1986—），男，河南洛陽(yáng)人，碩士，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事核電廠(chǎng)概率安全研究與審評(píng)方面研究

錢(qián)鴻濤，E-mail：qianhongtao@chinansc.cn