SPAR-H人員可靠性分析方法的應(yīng)用優(yōu)化研究

譚 笑，仇永萍，卓鈺鋮，雷文靜，胡軍濤，何建東

（上海核工程研究設(shè)計院有限公司，上海 200233）

在核電廠概率安全評價（PSA）中，人員可靠性分析（HRA）是一個十分重要的部分［1］。在HRA中，通常將人員失誤事件（HFEs）分為以下三類：事故前、事故后以及引起始發(fā)事件的HFE［1-3］。其中，事故后的人員行為是指始發(fā)事件發(fā)生后，在響應(yīng)始發(fā)事件過程中進行的人員行為，以及操縱員按照規(guī)程和培訓(xùn)內(nèi)容進行的將電廠帶入安全狀態(tài)的操作。事故后人員行為通常是PSA分析中考慮的最重要的人員行為［3］。

近年來，核電廠人員可靠性分析方法不斷發(fā)展，人員失誤事件綜合分析系統(tǒng)（IDHEAS）方法［4］、NUREG-1921［5］方法的開發(fā)和應(yīng)用均有所突破，但標準化核電廠風險分析人員可靠性分析方法（SPAR-H）在國內(nèi)還是應(yīng)用最為廣泛的HRA方法之一。

SPAR-H方法的特點是簡單、容易使用、容易被HRA分析人員接受，然而該方法也是一個容易被誤用的方法［6］。目前，在工程應(yīng)用中通常參考NUREG-6883［7］對PSF的定義和評級準則。由于NUREG-6883對PSF定義和評級準則的描述不夠明確、詳細，容易使分析人員產(chǎn)生混淆，所以會影響最終HEP計算的準確性。參考文獻［8-10］對SPAR-H方法在任務(wù)分析層次、診斷和執(zhí)行定義、PSF級別及定義等方面的不足提出了問題，但是沒有給出解決這些問題的可實施的辦法，并且沒有認識到在診斷和執(zhí)行部分存在的可用時間分配方面的重要問題。

為解決SPAR-H方法在工程實踐中存在的問題，本文簡要描述了SPAR-H方法的分析流程，并結(jié)合SPAR-H實施導(dǎo)則［11］（以下簡稱實施導(dǎo)則），給出了分析人員在使用SPAR-H方法定量化HFE過程中的PSFs定義、評級的參考依據(jù)等方面的優(yōu)化完善建議，重點討論了可用時間、壓力及復(fù)雜度PSFs。另外，本文還結(jié)合應(yīng)用實例對“可用時間”PSF的改進優(yōu)化進行了說明。相關(guān)優(yōu)化建議完善了SPAR-H方法中的PSF等級評定，使HEP更符合工程實際、HRA定量化結(jié)果可信度更強。

1 SPAR-H方法簡介

SPAR-H是美國核管會（NRC）與愛達荷國家實驗室（INL）開發(fā)的事故序列前兆標準化電廠風險分析模型（ASP/SPAR）中提出并采用的一種人員可靠性分析方法［7］。SPAR-H方法將任務(wù)分解成診斷和執(zhí)行兩部分。診斷部分的基本失誤概率（BHEP）取1.0×10-2；執(zhí)行部分的BHEP取1.0×10-3，然后用8個績效因子（PSFs）［可用時間、壓力、復(fù)雜度、經(jīng)驗/培訓(xùn)、規(guī)程、工效學/人機界面（HMI）、職責適宜、工序］進行修正，最后結(jié)合相關(guān)性得到最終的人員失誤概率（HEP）均值。

本文使用SPAR-H方法對事故后HFE進行分析，采用的分析步驟如下：

（1）識別和定義事故后的HFE。

系統(tǒng)性地分析相關(guān)規(guī)程，確定每個事件序列所需的各個操縱員響應(yīng)；對每一個需要考慮的人員動作，定義相應(yīng)的HFE，以反映人員動作沒有正確進行所帶來的影響。

（2）采用SPAR-H方法對第（1）步中確定的這些HFE進行詳細分析，得出相應(yīng)的HEP。圖1給出了采用SPAR-H方法計算事故后HFE的流程圖。

圖1 采用SPAR-H方法進行事故后HFE的計算流程圖Fig.1 Calculation flow chart of post-accident HFE by SPAR-H method

其中，對于HEP的計算步驟為：

步驟1：將HFE按診斷部分和執(zhí)行部分分類；

步驟2：對PSFs進行評級；

步驟3：計算PSFs修正后的HEP；

步驟4：相關(guān)性的考慮。

由于PSF的評級是SPAR-H方法應(yīng)用中的關(guān)鍵步驟，本文主要針對步驟2“對PSFs進行評級”進行研究。因為可用時間、壓力及復(fù)雜度這3個PSFs對工程實際具體定量化分析有較大影響，所以重點分析這3個PSFs的等級判定依據(jù)。

在對PSFs進行評級前，首先識別、定義需定量化的HFE。每個PSF都需要針對HFE的事故情景進行檢查，以解決兩個基本問題：是否有足夠的信息來判斷PSF的影響；選定的PSF是否為“主要績效影響因子”。只有那些有足夠信息允許做出準確判斷且被確定為“主要績效影響因子”的PSFs，才能進一步進行評級和量化。

2 各PSF定義和選取的優(yōu)化

SPAR-H方法中的8個PSFs分別為可用時間、壓力、復(fù)雜度、經(jīng)驗/培訓(xùn)、規(guī)程、工效學/HMI、職責適宜和工序，工程應(yīng)用過程中通常參考NUREG-6883，但其對PSF的定義、評級準則說明不夠明確詳細。本文基于實施導(dǎo)則，重點對可用時間、壓力、復(fù)雜度三個PSFs的定義、評級準則進行了補充完善。因為上述PSFs與所分析HFE特性及電廠實際情況結(jié)合得更緊密，所以在不同事件、不同電廠條件下其變化可能性更大。在參考文獻［7］與實施導(dǎo)則中的等級評定內(nèi)容差異較大，未討論的PSFs在兩份文件中評定基本類同。

2.1 可用時間

“可用時間”指操縱員或班組診斷異常事件并采取行動（執(zhí)行動作）的可使用的時間［7］。對于“可用時間”PSF進行討論時，假設(shè)時間窗口、診斷所需時間以及執(zhí)行所需時間都是經(jīng)過規(guī)程查找、操縱員訪談等得到的與工程實際情況一致的時間數(shù)據(jù)，不對數(shù)據(jù)的可靠性（不確定性）進行相關(guān)討論。

對于“可用時間”PSF，有以下幾點補充說明。首先，SPAR-H評估“可用時間”PSF是通過對比可用時間和診斷或執(zhí)行的實際所需時間來進行的。所需時間不是即時的動作執(zhí)行的所需時間，還包括從觀察指標、監(jiān)視電廠狀態(tài)參數(shù)、收集信息、處理信息到與團隊間互動的全過程所有時間。

在診斷和執(zhí)行中，“可用時間”PSF等級的劃分標準不同，具體PSF級別的對應(yīng)判斷標準見表1?！皶r間裕量”是用可用時間減去所需時間所得到的值。使用“時間裕量”的概念可以在一定程度上簡化對“可用時間”PSF的評估。如果用“時間裕量”去重新評估SPARH“可用時間”PSF中“診斷部分”的5個等級，可以得出如表1的“可用時間”PSF等級劃分方法。

表1 NUREG-6883與實施導(dǎo)則中對“可用時間”PSF的評級判斷標準Table 1 Rating criteria of “Available Time” PSF in NUREG-6883 and guideline

對于診斷部分，“時間不足”“時間剛好”和“名義時間”級別的評定標準，NUREG-6883與實施導(dǎo)則的定義有所差異；對于“額外時間”和“大量時間”的評級標準，兩者的考慮基本一致。

總時間窗口已知的前提下，在以往的工程實踐中分配“診斷”和“執(zhí)行”部分的可用時間時，是將總時間窗口減去診斷所需時間作為“執(zhí)行”部分可用時間，將總時間窗口減去執(zhí)行所需時間作為“診斷”部分可用時間。這樣分析存在可用時間的重復(fù)考慮、可用時間分配過于樂觀的情況，實施導(dǎo)則給出一種更為合理的方法，步驟如下：

（1）首先，估計執(zhí)行動作的名義時間（平均時間或最小所需時間加上一小段時間）；

（2）如果有足夠的時間來執(zhí)行動作，則執(zhí)行部分的“可用時間”PSF被判定為“名義時間”等級；

（3）將剩余的時間（總時間窗口減去執(zhí)行的名義時間）分配給診斷部分，作為診斷部分的可用時間。

其中，實施導(dǎo)則中建議為執(zhí)行部分分配“名義時間”等級，留盡可能多的可用時間給診斷部分。當總時間窗口比較充足時，執(zhí)行部分可根據(jù)總時間窗口與診斷部分和執(zhí)行部分的比例，依據(jù)具體情況將執(zhí)行部分的PSF等級評定為“名義時間”或“額外時間”級別（將相對多的時間分配給執(zhí)行部分，留給診斷部分的可用時間稍作減少）。在第3節(jié)的實例分析中，就可用時間的分配問題給出了相應(yīng)的工程實例加以討論。

2.2 壓力、復(fù)雜度PSFs的相關(guān)補充說明

本節(jié)結(jié)合實施導(dǎo)則，給出了HRA分析人員在使用SPAR-H方法定量化HFE過程中，對壓力、復(fù)雜度PSFs定義、評級的參考依據(jù)的優(yōu)化完善，因為上述PSFs對工程實際具體定量化分析有較大影響。

在NUREG-6883中“壓力”PSF的定義為：影響操縱員順利完成任務(wù)的非預(yù)期情景或環(huán)境水平；“復(fù)雜度”PSF的定義為：在給定場景下執(zhí)行任務(wù)的困難程度?！皦毫Α盤SF分為“極端、高、名義級別”3個等級；“復(fù)雜度”PSF分為“高復(fù)雜、中等復(fù)雜、名義級別、明顯診斷（僅適用于診斷部分）”4個等級。

實施導(dǎo)則對于壓力、復(fù)雜度PSFs的等級評定與NUREG-6883的評定對比情況見表2。針對“壓力”PSF的定義、“高”和“極端”壓力等級的判斷準則進行了明確。針對“復(fù)雜度”PSF，增加了“高”“中等”復(fù)雜度等級的實例，并對“明顯診斷”等級給出了3條可以參考的判斷準則。

表2 壓力、復(fù)雜度PSFs在NUREG-6883與實施導(dǎo)則中等級評定的對比Table 2 Comparison of rating criteria of “stress，complexity” PSFs between NUREG-6883 and guideline

需要注意的是，對于復(fù)雜度PSF中的“明顯診斷”級別，參考文獻［7］給出了一個蒸汽發(fā)生器傳熱管破裂（SGTR）案例。在目前的工程實際中，分析人員傾向于評定該HFE的“復(fù)雜度”PSF級別為“名義級別”及以上，但實際上在參考文獻［6］中建議可將此類HFE歸類為“明顯診斷”PSF級別。在工程實際中分析SGTR類事故后人員動作的復(fù)雜度級別時，應(yīng)注意避免評級過于保守。

3 實例分析

針對“可用時間”PSF，為進一步說明采用當前工程實踐中的通常做法和依據(jù)實施導(dǎo)則方法進行PSF等級評定及定量化結(jié)果的區(qū)別，本節(jié)結(jié)合“可用時間PSF不同評定方法分析實例”進行對比分析。

HFE名稱：SSRO-RV05-HEO1

（1）始發(fā)事件：中破口失水事故（medium break loss of coolant accident，MLOCA）；

（2）人員失誤事件描述：MLOCA始發(fā)事件發(fā)生后，操縱員未能認識到需要開啟一臺蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥對反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)（SRC）進行降溫；

（3）事故后人員響應(yīng)：操縱員根據(jù)停堆信號進入停堆或安注規(guī)程，執(zhí)行至相應(yīng)步驟，轉(zhuǎn)至一回路或二回路冷卻劑喪失規(guī)程，執(zhí)行至相應(yīng)步驟，轉(zhuǎn)至失水事故后降溫降壓規(guī)程，執(zhí)行至相應(yīng)步驟，開啟蒸汽發(fā)生器大氣釋放閥進行一回路降溫操作。

上述HFE的總時間窗口大約為80 min，信號延遲時間為1 min，即總的可用時間為79 min。結(jié)合操縱員訪談結(jié)果，在本事故情景中，操縱員診斷所需時間為30 min，執(zhí)行所需時間為5 min。對上述實例應(yīng)用當前工程實踐做法得到的PSF評級情況見表3。

表3 當前工程實踐做法的各PSF評定等級Table 3 PSF Levels using the current engineering practice

對于“可用時間”PSF，當前工程實踐中采用的PSF等級劃分方法是：在總時間窗口已知的情況下，將總時間窗口減去診斷所需時間作為執(zhí)行可用時間；將總時間窗口減去執(zhí)行所需時間作為診斷可用時間，執(zhí)行和診斷部分的可用時間分配如圖2（a）所示。

圖2 當前工程實踐做法與實施導(dǎo)則中診斷和執(zhí)行部分可用時間分配示意圖Fig.2 Schematic diagram of the apportion of available time between diagnosis and action using the current engineering practice and gulideline

采用實施導(dǎo)則中規(guī)定的可用時間分配方法，在總時間窗口已知的情況下，改進方法中“診斷”和“執(zhí)行”部分的可用時間分配方法為：將平均時間作為執(zhí)行可用時間；將總時間窗口減去執(zhí)行可用時間作為診斷可用時間，執(zhí)行和診斷部分的可用時間分配的一種考慮方式如圖2（b）所示。

對比圖2可以發(fā)現(xiàn)，當前工程實踐中對于診斷、執(zhí)行可用時間的分配存在重疊部分。此時，所需時間和可用時間所確定的PSF級別會偏樂觀，這對于事件的總HEP結(jié)果也會造成一定影響。而實施導(dǎo)則方法先確定執(zhí)行部分的可用時間，將總時間窗口內(nèi)的剩余時間分配給診斷部分，使得分配更加清楚，避免了重疊部分的產(chǎn)生。

由前文2.1節(jié)所述，當總時間窗口比較充足時，可根據(jù)總時間窗口與診斷部分、執(zhí)行部分的比例，依據(jù)具體情況將執(zhí)行部分的PSF等級評定為“名義時間”或“額外時間”級別。針對上述案例就執(zhí)行評級為“名義時間”和“額外時間”分別進行了計算討論。

（1）當執(zhí)行部分“可用時間”PSF取“名義時間”級別時，診斷部分取“大量時間”級別；

（2）當執(zhí)行部分“可用時間”PSF取“可用時間≥5倍”級別時，診斷部分取“額外時間”級別。

通過可用時間PSF的特定HFE的案例分析，對比了當前工程實踐做法與實施導(dǎo)則兩種考慮方式所計算的同一HFE的不同結(jié)果，見表4。

表4 不同時間分配方式下的HEP結(jié)果對比Table 4 Comparison of HEP results with different time proportion

對于可用時間在診斷和執(zhí)行部分的分配來說，實施導(dǎo)則方法將“總時間窗口減去執(zhí)行可用時間”作為診斷部分的可用時間，有效避免了“診斷和執(zhí)行部分可用時間”的重疊。

通過對比當前工程實踐與兩種實施導(dǎo)則實施要求得到的HEP分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當前工程實踐的計算結(jié)果偏向樂觀。對于總HEP來說，實施導(dǎo)則規(guī)定的實施方法的總HEP值較當前工程實踐的結(jié)果更為保守。

實施導(dǎo)則方法兩種考慮方式的分析結(jié)果總HEP的量級基本相當，可選取任意一個數(shù)據(jù)或較小值作為最終HEP結(jié)果。

從圖2中兩圖的對比可以看出，實施導(dǎo)則對于可用時間的分配比工程實踐更加保守。當HFE的總時間窗口相對診斷和執(zhí)行所需時間不是十分充裕時，采用目前工程實踐的做法偏樂觀，需要重新評估。而當HFE的總時間窗口相對診斷和執(zhí)行所需時間非常充裕時，實施導(dǎo)則方法與當前工程實踐做法不會影響HEP的取值。

實施導(dǎo)則方法對于診斷和執(zhí)行部分可用時間的劃分更加清晰合理，最終的計算結(jié)果應(yīng)更符合工程實際。實施導(dǎo)則方法對于總可用時間在診斷和執(zhí)行部分的分配給出了較靈活的幾種方式。后續(xù)在工程應(yīng)用中，可研究形成優(yōu)先的方法選擇，以在業(yè)界達成一致，利于更好地應(yīng)用。

4 結(jié)論

SPAR-H方法容易被使用，也容易被誤用。在SPAR-H的工程應(yīng)用中，PSF級別的選取對人員失誤概率的計算結(jié)果有著重大影響。本文主要結(jié)合參考文獻［7］和參考文獻［11］中的相關(guān)指導(dǎo)及當前國內(nèi)的工程應(yīng)用實際情況，針對SPAR-H方法中HFE計算的步驟2“PSF評級”進行研究，對可用時間、壓力及復(fù)雜度PSFs的定義以及評級過程的參考依據(jù)進行了進一步研究說明。最后結(jié)合實例對“可用時間”PSF的不同評定方法進行分析對比。實施導(dǎo)則方法的兩種考慮方式對“可用時間”在診斷和執(zhí)行部分重新進行分配，避免了重疊部分的產(chǎn)生。同時，與當前工程實踐做法相比，實施導(dǎo)則方法對于PSFs的等級評定更加清晰合理，最終的分析計算結(jié)果更符合電廠實際，為工程實際中SPAR-H方法實施的優(yōu)化提供了參考。