李 樂，孟少朋

（1.中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 嘉興 314300；2.中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，北京 100044）

0 引言

設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)是應(yīng)用概率安全評(píng)價(jià)（PSA）技術(shù)對(duì)核電廠進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估和管理的重要基礎(chǔ)，同時(shí)可以支持電廠開展可靠性保證大綱、設(shè)備可靠性過程 （AP-913）、維修規(guī)則體系的建立、以可靠性為中心的維修等可靠性相關(guān)工作，也有助于支持電廠在設(shè)備管理、設(shè)備分級(jí)、老化與壽命管理、設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)和備品備件管理等方面的工作[1]。2013年中核核電運(yùn)行管理有限公司（CNNO）開始建立設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集體系，迄今完成了秦山九臺(tái)機(jī)組從商運(yùn)至2017年底的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集，并將采集到的可靠性數(shù)據(jù)切實(shí)應(yīng)用到PSA、緩解系統(tǒng)性能指標(biāo)（MSPI）、維修規(guī)則（MR）等工作中。

1 設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集體系的建立

出于核電廠應(yīng)用的需求以及國(guó)家核安全局的要求，CNNO建立了規(guī)范化、一體化的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集體系，確保了設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集的及時(shí)性、正確性和完整性。設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集體系包括建立專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，編寫完善的管理制度，確定可靠的數(shù)據(jù)采集方法以及開發(fā)9臺(tái)機(jī)組公用的設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫。

1.1 人員和制度保障

可靠性數(shù)據(jù)采集是一項(xiàng)涉及面廣、工作量大且繁瑣細(xì)致的工作，需要一支既了解設(shè)備可靠性專業(yè)知識(shí)，也熟悉電廠生產(chǎn)與管理的團(tuán)隊(duì)來開展。CNNO建立了從事設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫維護(hù)及數(shù)據(jù)收集的團(tuán)隊(duì)。人員要求熟練掌握數(shù)據(jù)采集、篩選和計(jì)算的一般過程，對(duì)機(jī)械、儀表、電氣的設(shè)備維修領(lǐng)域有電廠經(jīng)驗(yàn)，了解PSA、MR等的基礎(chǔ)知識(shí)。由于CNNO有9臺(tái)機(jī)組，4種堆型，不同堆型間設(shè)備有一定差異，設(shè)備分類和設(shè)備邊界劃分不盡相同，所以針對(duì)不同的生產(chǎn)單元安排了專人負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集。

另一方面，隨著設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)在電廠越發(fā)廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用涉及的專業(yè)和部門也越來越多，必須建立職責(zé)清晰、流程合理的管理制度，才能有效推進(jìn)工作的開展。因此CNNO編寫了設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)收集與處理管理程序，明確工作流程和部門職責(zé)。同時(shí)編寫了設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)收集與處理實(shí)施程序，詳細(xì)闡述了數(shù)據(jù)采集的方法、注意事項(xiàng)和判斷準(zhǔn)則。

1.2 數(shù)據(jù)采集和處理方法

電廠應(yīng)用的設(shè)備可靠性參數(shù)主要有：運(yùn)行失效率、需求失效概率、試驗(yàn)維修不可用度。參考NUREG/CR-6823、INPO98-001、“核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集”等文件，結(jié)合多年的數(shù)據(jù)采集實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，CNNO制定了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)采集方法。電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集和處理流程如圖1所示，通過對(duì)電廠運(yùn)行、維修、試驗(yàn)等活動(dòng)中的原始可靠性數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析、輸入，最終統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出設(shè)備可靠性參數(shù)。

1.2.1 數(shù)據(jù)采集

圖1 數(shù)據(jù)采集和處理流程Fig.1 Process of data acquisition and processing

數(shù)據(jù)采集需要明確數(shù)據(jù)采集范圍內(nèi)設(shè)備的邊界劃分、失效模式等基礎(chǔ)信息，了解電廠運(yùn)行、試驗(yàn)、維修等原始數(shù)據(jù)源、信息記錄流程和相關(guān)系統(tǒng)。步驟如下：

（1）確認(rèn)設(shè)備基礎(chǔ)信息。包括確定數(shù)據(jù)采集的設(shè)備范圍，按照一定規(guī)則劃分設(shè)備類，以及對(duì)每一個(gè)設(shè)備類明確設(shè)備邊界，確定失效模式。

（2）采集機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)。從運(yùn)行年報(bào)、運(yùn)行日?qǐng)?bào)、主控室值班日志等文件中查找反應(yīng)堆非計(jì)劃停堆和計(jì)劃停堆的次數(shù)和停堆時(shí)間段，確定工況變換的確切時(shí)間。

（3）采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過設(shè)備運(yùn)行特性和機(jī)組狀態(tài)估計(jì)設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，當(dāng)不易估計(jì)時(shí)，查閱電站設(shè)備運(yùn)行記錄來進(jìn)行收集。

（4）采集設(shè)備失效數(shù)據(jù)和維修不可用數(shù)據(jù)。從生產(chǎn)管理系統(tǒng)篩選出所有關(guān)于設(shè)備樣本的工單工作票，逐條分析判斷是否為設(shè)備失效，是否造成設(shè)備維修不可用。

（5）采集設(shè)備試驗(yàn)不可用數(shù)據(jù)。分析定期試驗(yàn)規(guī)程，篩選出造成不可用的試驗(yàn)，從定期試驗(yàn)報(bào)告中收集設(shè)備定期試驗(yàn)的次數(shù)和試驗(yàn)時(shí)間。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

歷史數(shù)據(jù)收集完成后，可以統(tǒng)計(jì)計(jì)算可靠性參數(shù)。設(shè)備可靠性參數(shù)估計(jì)有兩種方法，經(jīng)典估計(jì)和貝葉斯估計(jì)。經(jīng)典估計(jì)方法認(rèn)為被估參數(shù)是一個(gè)未知的常量，通常僅通過抽樣得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)來估計(jì)可靠性參數(shù)。貝葉斯方法是根據(jù)貝葉斯定理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的方法，其核心是通過實(shí)際電廠特定數(shù)據(jù)的似然函數(shù)分布以及先驗(yàn)（通用）數(shù)據(jù)的分布進(jìn)行擬合得到的后驗(yàn)分布。兩種方法的比較如表1。CNNO綜合采用了兩種方法，對(duì)于樣本量較大或與特定電站特點(diǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)，使用經(jīng)典估計(jì)方法對(duì)電廠特定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得設(shè)備的電廠特定參數(shù)；而對(duì)于數(shù)據(jù)樣本較小的設(shè)備，則使用貝葉斯方法。

1.3 秦山地區(qū)設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫

表1 經(jīng)典估計(jì)法和貝葉斯分析法的比較Tab.1 Comparison between classical estimation and bayesian analysis

由于現(xiàn)在電廠大多數(shù)信息均實(shí)現(xiàn)了電子化，所以開發(fā)數(shù)據(jù)庫軟件，有利于持續(xù)系統(tǒng)地進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析、統(tǒng)計(jì)和存儲(chǔ)。秦山地區(qū)設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫集成了九臺(tái)機(jī)組的數(shù)據(jù)管理，軟件設(shè)計(jì)中考慮了多種功能。

（1）自動(dòng)計(jì)算設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。如前文所述，設(shè)備運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)主要通過設(shè)備運(yùn)行特性和機(jī)組狀態(tài)來估計(jì)，一般由數(shù)據(jù)采集人員手工計(jì)算后錄入數(shù)據(jù)庫，由于設(shè)備量大，該項(xiàng)工作耗時(shí)耗力且容易出錯(cuò)。因此將每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)估算公式固化在軟件中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算。

（2）自動(dòng)讀取工單工作票。為了提高數(shù)據(jù)設(shè)備維修/失效數(shù)據(jù)的采集效率，數(shù)據(jù)平臺(tái)與一、二、三廠工單工作票系統(tǒng)建立接口，通過人工觸發(fā)，軟件根據(jù)系統(tǒng)范圍自動(dòng)讀取工單和工作票的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以時(shí)間段為單位進(jìn)行讀取，已讀取的數(shù)據(jù)將保存在原始數(shù)據(jù)表中。

（3）多通用數(shù)據(jù)源管理。為了兼顧各電廠采用不同通用數(shù)據(jù)源的需求，數(shù)據(jù)平臺(tái)中開發(fā)了多通用數(shù)據(jù)源管理模塊，允許人員進(jìn)行通用數(shù)據(jù)源調(diào)整。目前數(shù)據(jù)平臺(tái)中錄入了 EPS900&1300、NUREG/CR-4550、DARA T.A2-3/58、NUREG/CR-6928、國(guó)家核安全局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等國(guó)內(nèi)常用通用數(shù)據(jù)。

（4）不可用統(tǒng)計(jì)。在目前的PSA模型中將系統(tǒng)/列試驗(yàn)維修不可用一般采取折算至關(guān)鍵設(shè)備的方式，該假設(shè)并未較好的處理系統(tǒng)/列不可用估算中的時(shí)間重疊問題。在數(shù)據(jù)平臺(tái)中設(shè)置系統(tǒng)/列所包含的所有設(shè)備，通過后臺(tái)邏輯設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)/列所包含的設(shè)備不可用時(shí)間在同一條時(shí)間軸上進(jìn)行對(duì)比，減去重疊時(shí)間，進(jìn)而得到更為合理的系統(tǒng)/列不可用度。

2 設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的應(yīng)用

多年來CNNO主要在PSA模型及應(yīng)用工具方面開展了設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的應(yīng)用。同時(shí)近年來，隨著電廠對(duì)設(shè)備可靠性和機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的越發(fā)關(guān)注，可靠性數(shù)據(jù)漸漸在可靠性相關(guān)工作中發(fā)揮了一定作用。

2.1 PSA

PSA是進(jìn)行核電廠定量風(fēng)險(xiǎn)分析計(jì)算的技術(shù)方法，其在定量角度評(píng)估核電廠的安全性，找出核電廠設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行中的薄弱環(huán)節(jié)，提高核電廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行安全性可靠性方面的作用已經(jīng)得到了核電行業(yè)的一致認(rèn)可。國(guó)家核安全局一直致力于推進(jìn)PSA在電廠生產(chǎn)管理活動(dòng)中的應(yīng)用，越來越重視PSA模型質(zhì)量?？煽啃詳?shù)據(jù)作為PSA的重要輸入，其精確度直接決定了整個(gè)PSA研究的質(zhì)量。

CNNO 9臺(tái)機(jī)組均已開發(fā)了一級(jí)內(nèi)部事件PSA模型，后續(xù)PSA模型應(yīng)根據(jù)需求持續(xù)更新。在開展PSA模型更新時(shí)，應(yīng)將電廠采集到的特定數(shù)據(jù)更新到PSA模型中。2013年CNNO啟動(dòng)了秦一廠功率運(yùn)行PSA模型的更新，采用了一廠商運(yùn)至2012年底的特定數(shù)據(jù)，使得PSA計(jì)算結(jié)果更接近電廠實(shí)際狀態(tài)，有利于PSA在電廠生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用。

2.2 MSPI

MSPI是美國(guó)核管會(huì)用于監(jiān)管核電廠安全的一整套安全指標(biāo)中的一類。核電廠緩解系統(tǒng)的性能狀態(tài)決定著核電廠能否防止事故的發(fā)生以及在事故工況下是否可以緩解事故的后果，直接關(guān)系到核電站的安全水平。因此對(duì)緩解系統(tǒng)的性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，維持其可用度和可靠度，可以有效的減少反應(yīng)堆事故發(fā)生的可能性。

CNNO在生產(chǎn)管理中引入了該指標(biāo)。數(shù)據(jù)采集人員每季度首月采集上一季度內(nèi)MSPI設(shè)備的可靠性數(shù)據(jù)，計(jì)算得到季度的MSPI性能指標(biāo)，給出風(fēng)險(xiǎn)提示和需要采取的措施建議。重要系統(tǒng)中如果有計(jì)算結(jié)果為黃色，則需要對(duì)該系統(tǒng)做詳細(xì)分析，給出導(dǎo)致核安全水平下降的原因，并為電廠提供風(fēng)險(xiǎn)提示。如果計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)紅色，則需要建議電廠采取必要措施，及時(shí)降低運(yùn)行機(jī)組的核安全風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)以上分析結(jié)果編制《緩解系統(tǒng)性能指標(biāo)季報(bào)》，報(bào)送運(yùn)行處、生產(chǎn)計(jì)劃處、設(shè)備可靠性處等電廠生產(chǎn)管理部門，給電廠提供核安全監(jiān)督方面的決策提供參考。

2.3 MR

維修規(guī)則是美國(guó)NRC要求各核電廠開展的維修有效性監(jiān)察。設(shè)備在運(yùn)行的過程中，會(huì)由于各種原因?qū)е滦阅馨l(fā)生劣化，其長(zhǎng)期和持續(xù)的可靠性需要靠有效的維修活動(dòng)來維持。維修規(guī)則要求針對(duì)范疇內(nèi)的SSCs建立一套可接受的性能準(zhǔn)則，然后用這些準(zhǔn)則來長(zhǎng)期持續(xù)地監(jiān)測(cè)SSCs。如果性能準(zhǔn)則沒有被滿足，則建立目標(biāo)，以使該性能方面作必要改進(jìn)[2]。

由于當(dāng)前秦一廠正在開展運(yùn)行許可證延續(xù)工作，國(guó)家核安全局要求在運(yùn)行許可證延續(xù)被批準(zhǔn)前，必須建立維修有效性評(píng)價(jià)體系，因此秦一廠2016年開始開發(fā)MR，識(shí)別并篩選出MR范圍內(nèi)的系統(tǒng)功能，建立功能設(shè)備組，利用PSA方法確定功能設(shè)備組的重要度，為功能組設(shè)置了可靠性和可用度的性能準(zhǔn)則，收集分析系統(tǒng)設(shè)備的歷史失效和維修數(shù)據(jù)，完成了準(zhǔn)則的驗(yàn)證。目前仍在進(jìn)行其他系統(tǒng)的MR開發(fā)，后續(xù)開發(fā)完成后，定期監(jiān)督相關(guān)流程如下：

（1）每個(gè)月，收集統(tǒng)計(jì)SSCs的可靠性數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)不滿足性能準(zhǔn)則或有明顯不利趨勢(shì)，則提出a（1）/a（2）決定的需求報(bào)告，提交MR小組進(jìn)行決策。

（2）每個(gè)季度，記錄評(píng)價(jià)結(jié)果，編寫系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)報(bào)告。

3 問題和建議

在可靠性數(shù)據(jù)的采集過程中，發(fā)現(xiàn)了一些問題，以下對(duì)這些問題進(jìn)行探討。

問題一：設(shè)備維修、試驗(yàn)等的原始記錄數(shù)據(jù)不全，并且早期的數(shù)據(jù)沒有電子化，數(shù)據(jù)采集存在難度。

建議：

（1）核電廠維修、試驗(yàn)人員在進(jìn)行維修、試驗(yàn)工作時(shí)，盡量將數(shù)據(jù)記錄完整，以便數(shù)據(jù)采集人員能收集到足夠的信息來進(jìn)行判斷。

（2）可靠性數(shù)據(jù)采集人員通過多種渠道盡可能全面地了解事件信息，避免因信息的片面導(dǎo)致錯(cuò)誤的判斷。

（3）當(dāng)事件記錄是不清楚或是不完整的，無法確定一個(gè)設(shè)備的故障是否是一個(gè)導(dǎo)致不能執(zhí)行其要求功能的失效時(shí)，傾向于保守的記錄這些事件作為設(shè)備失效，只要對(duì)應(yīng)用結(jié)果影響不大，這就是合理的。

問題二：設(shè)備失效數(shù)據(jù)的判斷尤為重要，但實(shí)際不同人員采集的設(shè)備失效數(shù)據(jù)差別頗大。

建議：

（1）確定盡可能詳細(xì)的失效數(shù)據(jù)判斷原則。目前的判斷原則主要參考NUREG/CR-6823[3]和國(guó)家核安全局發(fā)布的《核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集》，考慮范圍已經(jīng)頗為全面，包括關(guān)注“失效”和“功能降級(jí)”，TS和PSA對(duì)設(shè)備要求的不同等。但還應(yīng)更為細(xì)化，將數(shù)據(jù)采集過程中遇到的一些典型的容易判斷失誤的情況列入原則中。隨著數(shù)據(jù)采集經(jīng)驗(yàn)的累積，逐步豐富判斷原則。

（2）在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析判斷時(shí)，數(shù)據(jù)采集人員應(yīng)多與其他數(shù)據(jù)采集人員及核電廠專業(yè)工程師進(jìn)行溝通交流，盡量減少主觀性的判斷。

問題三：數(shù)據(jù)采集中需要進(jìn)行大量的判斷、分析工作，如何確保數(shù)據(jù)質(zhì)量。

建議：

（1）數(shù)據(jù)采集人員應(yīng)具備相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行、維修、定期試驗(yàn)、可靠性方面的知識(shí)。

（2）數(shù)據(jù)初步采集完成后，核電廠組織有豐富運(yùn)行、維修和設(shè)備管理等工作經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)結(jié)果進(jìn)行校核。

（3）加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)采集人員的培訓(xùn)，包括可靠性數(shù)據(jù)采集方法流程和PSA、MR相關(guān)知識(shí)的培訓(xùn)。

3 總結(jié)

可靠性數(shù)據(jù)是電廠運(yùn)行積累的寶貴資源，應(yīng)該得到系統(tǒng)規(guī)范的采集和充分有效的利用。2015年國(guó)家核安全局正式發(fā)布了《核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)采集》，指導(dǎo)國(guó)內(nèi)核電廠設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)的采集工作，規(guī)范了國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集體系，但可靠性數(shù)據(jù)主要還是應(yīng)用在PSA中，其在可靠性工作、老化與壽命管理等方面的應(yīng)用仍處于小范圍開展階段，如何提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，推廣數(shù)據(jù)應(yīng)用還需要業(yè)界同仁一起努力。