某核電廠1、2號機組運行事件先兆分析

劉時賢，王　喆，侯秦脈，褚倩倩，劉　銳

某核電廠1、2號機組運行事件先兆分析

劉時賢，王喆，侯秦脈，褚倩倩，劉銳*

（生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 100082）

本文采用先兆分析方法對某核電廠1、2號機組運行事件進行定性分析和定量分析，確定出對核安全影響較大且具有重要反饋價值的潛在先兆事件和一般先兆事件；并對潛在先兆事件和一般先兆事件進行統(tǒng)計、歸類和趨勢分析，結果表明某核電廠1、2號機組潛在先兆事件或一般先兆事件的原因全部是設備本身的缺陷或故障，因此提高設備性能是減少潛在先兆事件或一般先兆事件的最主要措施，尤其是提高棒的控制系統(tǒng)和輸變電系統(tǒng)所包含設備的性能。本文為提高某核電廠的核安全管理水平提供有效支持。

運行事件；先兆分析；趨勢分析

先兆分析工作是通過對核電廠運行事件系統(tǒng)化的審查與評估，以識別出具有較大潛在風險性的先兆事件，并將這些事件進行統(tǒng)計、歸類，從而能為核電廠運行經驗提供一種綜合的、風險指引型的觀點，并評估堆芯損傷風險變化趨勢，也可以對風險評價行動的現狀進行部分確認。

先兆分析包含定性分析和定量分析。通過先兆分析的定性分析，若表明事件存在潛在后果則應將該事件納入需要定量評價的事件清單中，并應從該事件中總結定性教訓。這些教訓可以使我們更加了解給定事件場景下電廠的薄弱環(huán)節(jié)。先兆分析的定量分析可確定不同事件的核安全風險重要度。在定量分析階段，計算一起運行事件發(fā)展成不可接受后果的事故的條件概率。基于這個計算結果，事件可以按照其風險重要度大小分類。通過從先兆事件分析可外推出有嚴重后果的事故情景，從而可根據較小的事件獲得對嚴重事故有價值的見解，而不用真正承受嚴重事故的后果。該方法使得從較小先兆事件中獲得的與從真實事故中所學的相同經驗成為可能。

本文采用先兆分析方法對某核電廠1、2號機組開始裝料（2006年）至2021年12月之間發(fā)生的所有執(zhí)照運行事件開展定性分析和定量分析，篩選出具有重要反饋價值的潛在先兆事件和一般先兆事件，進行統(tǒng)計、歸類和趨勢分析，并提出相應的改進建議。

1　先兆分析方法

美國核管會從1979年成立事故序列先兆分析（Accident Sequence Precursor，ASP）項目，作為NRC事件重要度評價的工具之一。之后美國每年對核電廠事件進行系統(tǒng)評價，識別出可能導致堆芯不充分冷卻和堆芯損壞的風險重要事件（先兆事件），并不斷進行重要事件的反饋，協助提高核安全監(jiān)管效率[1]。除美國外，法國、德國等核電國家也對先兆事件分析方法進行了幾十年的研究和應用，對提升國家核安全水平發(fā)揮了重要作用。隨著風險評價工具和PSA模型的發(fā)展，先兆分析發(fā)展為評價核電廠安全的重要工具之一。

先兆分析方法主要包括三個步驟：定性分析、定量分析以及統(tǒng)計歸類分析，如圖1所示。

通過定性方法和PSA定量方法，將事件劃分為潛在先兆事件，一般先兆事件，重要先兆事件和嚴重先兆事件[2]，具體判定標準如表1所示。

表1　先兆事件判定標準

1.1　定性分析

首先對待分析的運行事件進行初步篩選和工程判斷進行定性分析，滿足初步篩選準則或者不滿足工程判斷排除準則的事件作為需要定量評價的事件并作進一步分析。

1.1.1初步篩選

將運行事件中與停堆不相關或不會造成構筑物、系統(tǒng)、設備降級的運行事件篩掉，此類事件不需要進一步詳細地定量評價。目前，對于壓水堆核電廠，初步篩選準則共5個大類，具體如下[2]：

（1）準則1：事件是否包含下列情況之一的復雜工況下的非計劃停堆？

存在2束及2束以上的控制棒未能完全插入堆芯；

汽輪機跳機失?。?/p>

專設安全系統(tǒng)母線喪失；

停堆響應過程中觸發(fā)安注信號；

反應堆跳堆后主給水系統(tǒng)不可用或根據電廠相應程序無法恢復主給水系統(tǒng)功能；

圖1　先兆分析方法

僅執(zhí)行DOS或DEC規(guī)程不能處理機組跳堆事件。

（2）準則2：事件是否涉及下列始發(fā)事件（反應堆已跳堆）？

喪失安全電源母線；

喪失壓縮空氣；

喪失熱阱、喪失安全相關設備冷卻水；

蒸汽發(fā)生器傳熱管斷裂；

LOCA事故；

高能管道破裂；

喪失主給水。

（3）準則3：事件是否導致安全系統(tǒng)功能失效？

反應堆保護系統(tǒng)；

輔助給水、主給水、應急給水系統(tǒng)；

應急堆芯冷卻系統(tǒng)；

安全殼噴淋系統(tǒng)；

應急電源系統(tǒng)；

最終熱阱、設備冷卻水系統(tǒng)；

其他運行技術規(guī)范中規(guī)定的用于事故下緩解堆芯熔毀的系統(tǒng)；

安全相關設備不可用或失效可能引起系統(tǒng)或系統(tǒng)列失效（非單一故障）。

（4）準則4：基于電廠已進行的PSA分析，事件是否為風險重要事件？

（5）準則5：基于評價人員的認知水平，認為事件可能會導致潛在的堆芯損傷？

1.1.2工程判斷

如果運行事件符合表2所述的7條排除準則之一，就不作為需要進一步詳細定量評價的事件。對于不符合7條排除準則的事件，均需要進入到定量評價階段進行判斷。

根據美國進行ASP評價的經驗，通過定性分析階段，70%～85%的事件將會被篩選掉，不需要進行繼續(xù)評價，該定性分析將有助于評估人員將精力集中在安全重要度高的事件上[3]。

表2　工程判斷排除準則Table 2 Exclusion criteria of engineering judgment

1.2　定量分析

對于定性分析確定的需要定量評價的事件，使用電廠的PSA模型進行定量計算，計算其相應的CCDP或DCDP。需要定量評價的事件的定量分析主要步驟包括：

（1） PSA模型檢查，分析其適用性。需要對PSA模型適用性進行檢查，確定PSA模型是否需要修改或擴展以適用于事件分析。

（2）評估受影響的系統(tǒng)或設備的失效概率，計算需要定量評價的事件的CCDP或DCDP。

分析過程考慮始發(fā)事件的直接影響，和/或設備失效、人員失效對于系統(tǒng)緩解電廠非正?；蚴鹿是闆r的影響，包括始發(fā)事件分析和緩解系統(tǒng)功能降級分析。始發(fā)事件分析時，相關始發(fā)事件發(fā)生頻率將修改為1.0（即表示始發(fā)事件發(fā)生），如果緩解系統(tǒng)中任意在始發(fā)事件發(fā)生期間設備失效，包括人員失誤等，那么相關設備失效概率將設為1.0，得到該始發(fā)事件的條件堆芯損傷概率CCDP。緩解系統(tǒng)功能降級分析過程中，始發(fā)事件發(fā)生頻率使用名義值，設備在任務時間內的失效概率將作一定調整，以體現在任務時間內設備功能喪失程度，在一些特殊情況下，工程分析結果及專家判斷也將決定設備降級程度。對于分析中所涉及的其他設備，采用名義失效概率，通常先兆事件分析中使用最長失效時間為1年。最終得到緩解系統(tǒng)功能降級情況下的DCDP，即受影響的設備失效概率增大后計算得到的CDP與電廠基準CDP之差。

（3）將計算結果與表1中的判定標準進行比較，確定事件類別。

1.3　統(tǒng)計與趨勢分析

對所有潛在先兆事件或先兆事件進行統(tǒng)計、分類分析，以得到不同類別事件的發(fā)展趨勢。

2 某核電廠1、2號機組運行事件先兆分析結果

根據先兆分析流程，對某核電廠1、2號機組自裝料（2006年）以來至2021年12月之間發(fā)生的所有執(zhí)照運行事件（1號機組28起事件，2號機組9起事件）進行分析。

2.1　潛在先兆事件或一般先兆事件的確定

對某電廠1、2號機組37起執(zhí)照運行事件首先進行定性分析，確定7起需要定量評價的事件，之后對這7起需要定量評價的事件進行詳細的定量分析，最終確定其中5起事件屬于潛在先兆事件，其中2起事件屬于一般先兆事件，分析結果如表3所示。從表3可知：

（1）某核電廠1、2號機組在統(tǒng)計時間范圍內未發(fā)生1次重要先兆事件或嚴重先兆事件；

（2）2006年至2012年，某核電廠1、2號機組平均每年發(fā)生一起潛在先兆事件或一般先兆事件；

（3）某核電廠1號機組共發(fā)生一般先兆事件2起，發(fā)生潛在先兆事件3起；2號機組沒有發(fā)生1起一般先兆事件，發(fā)生潛在先兆事件2起。

表3　某核電廠1、2號機組運行事件先兆分析結果Table 3 Results of accident sequence precursor analysis of licensee operation events of units 1 and 2 of a nuclear power plant

2.2　潛在先兆事件或一般先兆事件的統(tǒng)計與分析

對某核電廠1、2號機組的潛在先兆事件或一般先兆事件按照機組狀態(tài)，事件原因，事件后果以及所涉及的系統(tǒng)進行統(tǒng)計、分類，如圖2～圖5所示。

圖2　潛在先兆事件或一般先兆事件發(fā)生時機組狀態(tài)

圖3　潛在先兆事件或一般先兆事件的原因

圖4　潛在先兆事件或一般先兆事件的后果

圖5　潛在先兆事件或一般先兆事件所涉及的系統(tǒng)

從圖2可知，某核電廠1、2號機組潛在先兆事件或者一般先兆事件發(fā)生時機組狀態(tài)主要包括熱停堆、滿功率運行和冷停堆，比例分別為42.9%，28.6%，28.6%。從圖3可知，潛在先兆事件或一般先兆事件的原因全部是設備本身的缺陷或故障。從圖4可知，在確定的潛在先兆事件或一般先兆事件中，導致始發(fā)事件的占比100%，沒有導致設備降級。從圖5可知，潛在先兆事件或一般先兆事件所涉及的系統(tǒng)為棒的控制系統(tǒng)和輸變電系統(tǒng)，占比分別為57.1%和42.9%。

圖6為平均每臺機組每年發(fā)生潛在先兆事件或一般先兆事件頻率的分布及變化趨勢，從圖6可以看出，平均每臺機組的潛在先兆事件或一般先兆事件發(fā)生頻率有遞減的趨勢，2013年至2021年12月沒有發(fā)生潛在先兆事件或一般先兆事件。

圖6　潛在先兆事件或一般先兆事件發(fā)生頻率/（堆·年）

3 結論與建議

3.1　結論

通過上述分析得出以下結論：

（1）某核電廠1、2號機組未發(fā)生過重要先兆事件或嚴重先兆事件；

（2）從事件分布趨勢來看，平均每臺機組的潛在先兆事件或一般先兆事件發(fā)生頻率有遞減的趨勢，且2013年至2021年12月未發(fā)生過潛在先兆事件或一般先兆事件；

（3）從事件原因來看，潛在先兆事件或一般先兆事件的原因全部是設備本身的缺陷或故障；

（4）從事件所涉及的系統(tǒng)來看，潛在先兆事件或一般先兆事件只涉及棒的控制系統(tǒng)和輸變電系統(tǒng)，占比分別為57.1%和42.9%。

3.2　建議

某核電廠1、2號機組潛在先兆事件或一般先兆事件的原因全部是設備本身的缺陷或故障，因此提高設備性能是減少潛在先兆事件或一般先兆事件的最主要措施，尤其是提高棒的控制系統(tǒng)和輸變電系統(tǒng)所包含設備的性能。對于棒的控制系統(tǒng)，建議營運單位加強棒的動力控制機柜運行環(huán)境的檢查和控制以及加強控制棒位置指示器及其支持或附屬電氣設施的性能的定期檢查；對于輸變電系統(tǒng)，建議營運單位加強相關輸變電設備運行狀態(tài)的檢查和評估，以及加強變壓器性能管理。

［1］ U.S.Nuclear Regulatory Commission. Accident Sequence Precursor（ASP）［S］. Program Summary Description，2008.

［2］ International Atomic Energy Agency. Precursor analysis-The use of deterministic and PSA based methods in the event investigation process at nuclear power plants［S］. IAEA- TECDOC-1417，2004.

［3］ U.S. Nuclear Regulatory Commission. Status of the Accident Sequence Precursor Program and the Standardized Analysis Risk Model［S］. SECY-14-0107，2014.

Accident Sequence Precursor Analysis of Licensee Events of Units 1 and 2 of a Nuclear Power Plant

LIU Shixian，WANG Zhe，HOU Qinmai，CHU Qianqian，LIU Rui*

（Nuclear and Radiation Safety Center，MEE，Beijing 100082，China）

The accident sequence precursor analysis method was adopted to evaluate qualitatively and quantitatively the licensee operation events of units 1 and 2 of a nuclear power plant, and the potential accident sequence precursors or general accident sequence precursors were identified, which were some risk significant events and were important for experience feedback.By the statistics, classification and trend analysis, the results showed that the causes of the potential accident sequence precursors or general accident sequence precursors of units 1 and 2 of a nuclear power plant were defects or failures of the equipment.Therefore, the most effective measure to reduce the number of the potential accident sequence precursors or general accident sequence precursors is to improve equipment performance, especially the equipment performance of the systems of control rod and the power transmission and transformation.This article provides effective supports for improving the nuclear safety management level of a nuclear power plant.

Licensee operation events; Accident sequence precursor; Trend analysis

TL48

A

0258-0918（2022）06-1449-06

2022-01-18

劉時賢（1986—），男，江西廣昌人，工程師，碩士研究生，現主要從事核安全審評和研究

劉 銳，E-mail：liurui@chinansc.cn