麻浩軍

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

維修是核電廠重要的安全相關(guān)活動(dòng)，在核電廠運(yùn)行過(guò)程中，必須保證維修活動(dòng)的可靠性和有效性，使核電廠構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備在各種運(yùn)行工況、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況，以及選定的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下，能夠有效地執(zhí)行預(yù)定的安全功能，保證核電廠運(yùn)行安全。

傳統(tǒng)上核電廠采取糾正性維修及預(yù)防性維修，但廣泛的國(guó)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，維修不足、過(guò)度維修以及維修不當(dāng)均會(huì)對(duì)核電廠構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備產(chǎn)生不利影響，從而影響核電廠的運(yùn)行安全水平。近年來(lái)的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)表明，核電廠采用基于構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備有效性和維修風(fēng)險(xiǎn)管理的維修規(guī)則，能夠更加合理、有效的提高維修的可靠性。

核電廠基于有效的維修規(guī)則實(shí)施的基本原則為：首先基于安全原則，確定適當(dāng)?shù)臉?gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備范圍，納入有效性維修管理。隨后針對(duì)這些構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備制定風(fēng)險(xiǎn)重要性和性能指標(biāo)，并開展監(jiān)測(cè)。核電廠運(yùn)行中，定期對(duì)這些構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，判定是否滿足已制定的性能指標(biāo)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)維修規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。同時(shí)，對(duì)開展維修活動(dòng)所引入的機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)采取相應(yīng)的預(yù)防措施，下面以秦一廠安全注射系統(tǒng)為例展開分析。

1 安全注射系統(tǒng)維修規(guī)則分析

1.1 系統(tǒng)邊界

安全注射系統(tǒng)邊界是：從上游邊界的換料水箱到下游邊界的反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)環(huán)路入口處，包括換料水箱，四臺(tái)高壓安注泵，兩個(gè)并聯(lián)的安注箱，及其他相應(yīng)的管道、閥門、儀表及安注泵的潤(rùn)滑油系統(tǒng)。

為了使分析更有效率，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能的影響程度，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)簡(jiǎn)化處理，如疏水閥、放氣閥及其管道不做分析。簡(jiǎn)化后的流程圖描述了系統(tǒng)正常的備用狀態(tài)以及介紹了其模型邊界。簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1 安全注射系統(tǒng)簡(jiǎn)化流程圖Fig.1 The simplified flow chart of the safety injection system

安全注射系統(tǒng)設(shè)備與許多支持系統(tǒng)相連接，包括交流電源、直流電源、應(yīng)急冷凍水系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)等。安全注射系統(tǒng)設(shè)備與各支持系統(tǒng)邊界劃分如下：

1)交流電源：直接給電動(dòng)設(shè)備提供交流電源的供電開關(guān)(熔絲)、接觸器及其控制回路等供電設(shè)備，在本系統(tǒng)考慮；但其上一級(jí)的動(dòng)力母線、開關(guān)柜組或動(dòng)力箱，不在本系統(tǒng)考慮。

2)直流電源：直接給電動(dòng)泵提供啟動(dòng)和控制電源的開關(guān)、熔絲等設(shè)備作為設(shè)備控制回路的一部分，在本系統(tǒng)中考慮；但各直流母線及小母線的失效，分別在220 V和24 V直流電源系統(tǒng)中考慮。

3)應(yīng)急冷凍水系統(tǒng)：泵房循環(huán)冷卻機(jī)組本體、供電開關(guān)及其溫度連鎖控制通道，在本系統(tǒng)考慮；給循環(huán)冷卻機(jī)組供應(yīng)冷凍水的進(jìn)出口閥門，放在應(yīng)急冷凍系統(tǒng)中考慮。

4)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)：安注泵因冷卻水閥不能保持開導(dǎo)致失去冷卻，在本系統(tǒng)考慮；而冷卻水源的失效，歸入設(shè)冷水系統(tǒng)中。

1.2 確定MR所涉及SSC范圍

維修規(guī)則所涉及的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備(簡(jiǎn)稱SSC)包括所有安全相關(guān)的SSC和部分非安全相關(guān)的SSC。

安全相關(guān)的SSC，是指用來(lái)保證以下功能：

1)反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的完整性；

2)實(shí)現(xiàn)停堆和保持反應(yīng)堆在安全停堆狀態(tài)；

3)能防止或減輕事故的放射性后果。

非安全相關(guān)的SSC，只要滿足下列任一條件，就屬于維修規(guī)則的范圍：

1)在最終安全分析報(bào)告的事故分析中，用于緩解事故或瞬態(tài)的；

2)應(yīng)急運(yùn)行規(guī)程中使用的；

3)失效可能導(dǎo)致安全相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備不能執(zhí)行其安全功能；

4)失效可能導(dǎo)致停堆或安全系統(tǒng)動(dòng)作。

根據(jù)以上原則，系統(tǒng)功能分析和篩選的結(jié)果，安全注射系統(tǒng)有下列MR功能：

功能一：作為應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)的一部分，在事故情況下，向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)注入含硼水，控制反應(yīng)性和帶走熱量。

為了方便后續(xù)監(jiān)督，將系統(tǒng)分成以下5個(gè)功能組(FEG)：

FEG1:在事故情況下，通過(guò)安注泵給安全注射母管提供壓頭；

FEG2:在事故情況下，將安全注射母管的含硼水分配注射入堆芯；

FEG3:在事故情況下，給安注泵提供含硼水源，以及接收小流量回流；

FEG4:為事故后監(jiān)測(cè)換料水箱的水位，觸發(fā)安注再循環(huán)動(dòng)作或觸發(fā)噴淋再循環(huán)動(dòng)作；

FEG5:在事故情況下，通過(guò)安注箱向反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)注入含硼水。

1.3 MR功能失效分析

(1)基本準(zhǔn)則與假設(shè)

主要假設(shè)羅列如下：

1)每臺(tái)安注泵都有一套獨(dú)立的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，為了減小系統(tǒng)故障樹的尺寸，僅把潤(rùn)滑油系統(tǒng)的失效建一個(gè)獨(dú)立子樹分析計(jì)算，在模型中使用基本事件來(lái)模型化潤(rùn)滑油系統(tǒng)的失效，該基本事件的取值使用故障子樹計(jì)算出的失效概率。

2)Ⅰ、Ⅱ環(huán)熱段注射屬于MR功能，但由于相關(guān)閥門無(wú)動(dòng)作需求(沒(méi)有試驗(yàn)，啟停期間無(wú)操作需求)，無(wú)法監(jiān)測(cè)其失效次數(shù)。暫不設(shè)定Ⅰ、Ⅱ環(huán)熱段注射功能的性能指標(biāo)。

3)認(rèn)為一條冷段的注射支管只能向主系統(tǒng)注入一臺(tái)安注泵的流量。

4)當(dāng)安注泵的小流量回流管路不通，則認(rèn)為導(dǎo)致泵啟動(dòng)失效。

5)不考慮小流量回流管的分流的影響。

6)管道和閥門的外漏，泄漏量一般比較小，不考慮因外漏而導(dǎo)致注射功能的喪失。

7)常關(guān)閥門的內(nèi)漏，水量流失一般比較小，不考慮因常關(guān)閥內(nèi)漏而導(dǎo)致注射功能的喪失。

8)在執(zhí)行功能需要?jiǎng)幼鞯拈y門，只考慮其需求失效(不能開/不能關(guān))模式，省略了運(yùn)行失效(不能保持開/不能保持關(guān))故障模式，因?yàn)檫\(yùn)行失效(24 h)的概率和需求失效的概率相差1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

9)高壓安注泵軸承失去冷卻，視為泵失去功能。電動(dòng)泵的軸承由設(shè)冷水提供冷卻水源，冷卻水源的失效，放在設(shè)冷水系統(tǒng)中考慮，在本系統(tǒng)中只考慮安注泵因冷卻水閥不能保持開導(dǎo)致失去冷卻。

10)泵房的通風(fēng)冷卻僅考慮高壓安注泵房的循環(huán)冷卻機(jī)組(即X2-3A/B)。

11)泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)失效，在PSA(概率安全分析 Probabilistic Safety Analysis)模型中沒(méi)有單獨(dú)?；瑲w入泵整體失效中(即包含在泵的啟動(dòng)失效和運(yùn)行失效中)。

12)只考慮事故后24 h設(shè)備失效的影響。

13)安注系統(tǒng)不存在試驗(yàn)不可用，在定期試驗(yàn)時(shí)閥門關(guān)閉，有安注信號(hào)時(shí)要求開啟，故不能開算失效。

(2)影響功能的設(shè)備及其故障模式清單

根據(jù)系統(tǒng)功能分析和篩選的結(jié)果，并結(jié)合基本準(zhǔn)則與假設(shè)列出各功能組的的設(shè)備清單及故障模式，通過(guò)統(tǒng)計(jì)各功能組設(shè)備的失效概率總和，為可靠性的指標(biāo)設(shè)定提供依據(jù)。

1.4 功能重要度判定

利用PSA模型對(duì)安全注射系統(tǒng)MR功能的重要度進(jìn)行了計(jì)算，判斷風(fēng)險(xiǎn)重要度的三個(gè)準(zhǔn)則具體如下：

1)RRW>1.005：若假設(shè)該功能100%可靠，由此帶來(lái)的CDF 風(fēng)險(xiǎn)減少值大于1.005，則認(rèn)為該功能是風(fēng)險(xiǎn)重要的。

2)RAW≥2：若假設(shè)該功能失效，由此帶來(lái)的CDF 或LERF 風(fēng)險(xiǎn)增加值大于2，則認(rèn)為該功能是風(fēng)險(xiǎn)重要的。

3)90%CDF：若一項(xiàng)功能包含在若干割集之中，這些割集按遞減排序且累計(jì)對(duì)CDF 的貢獻(xiàn)超過(guò)90%，則認(rèn)為該功能是風(fēng)險(xiǎn)重要的。

注：CDF(Core Damage Frequency)——堆芯熔毀率；

RAW(Risk Achievement Worth)——風(fēng)險(xiǎn)增加值；

RRW(Risk Reduction Worth)——風(fēng)險(xiǎn)減低值。

具體計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 功能重要度判定Table 1 Determination of the function importance

1.5 性能指標(biāo)設(shè)定

如果功能組風(fēng)險(xiǎn)重要度高，則按系列層次(如有)建立可靠性和可用度指標(biāo)；如果功能組風(fēng)險(xiǎn)重要度低，則按功能組建立可靠性指標(biāo)。安注系統(tǒng)各功能組都為風(fēng)險(xiǎn)重要度高，故需建立可靠性和可用度指標(biāo)。

(1)可靠性指標(biāo)

若已知設(shè)備的平均失效發(fā)生率為λ，一個(gè)監(jiān)督期的時(shí)間為T，則在一個(gè)監(jiān)督周期內(nèi)預(yù)期發(fā)生的失效次數(shù)為λT。實(shí)際失效的發(fā)生屬于隨機(jī)事件，其概率服從泊松分布，按公式：

P(n) =e-λTx(λT)n/n!

可計(jì)算出實(shí)際發(fā)生n次失效的概率。

依照功能分析中所列出的設(shè)備清單及故障模式，計(jì)算出各功能在2個(gè)運(yùn)行循環(huán)周期(30個(gè)月)內(nèi)發(fā)生功能失效的概率。要求置信度大于95%，得出各功能可靠性指標(biāo)——在2個(gè)運(yùn)行循環(huán)內(nèi)的目標(biāo)失效次數(shù)。為便于監(jiān)測(cè)，對(duì)于各個(gè)功能組內(nèi)的各個(gè)列分別進(jìn)行建模，具體計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 各功能組監(jiān)督周期內(nèi)允許失效次數(shù)Table 2 Allowable failure times of each functional group in the supervision cycle

收集了2012年2月至2016年12月的歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)期間安全注射系統(tǒng)MR功能中FEG1-A和FEG1-C失效1次。從歷史數(shù)據(jù)分析可知，安注系統(tǒng)MR功能相關(guān)可靠性指標(biāo)設(shè)定見表3。

表3 影響MR功能設(shè)備失效數(shù)據(jù)Table 3 Equipment failure data affectingthe MR function

(2)可用率指標(biāo)

可用度指標(biāo)的計(jì)算主要是收集各功能組對(duì)應(yīng)的設(shè)備在2012—2016年期間的不可用時(shí)間，然后計(jì)算出不可用度的95%置信度值(按照正態(tài)分布考慮)，兩個(gè)循環(huán)的不可用度目標(biāo)值就是該95%置信度值與21 600 h之積。如果按歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)給出的不可用時(shí)間指標(biāo)明顯不合理，則進(jìn)行專家判斷。如可靠性指標(biāo)允許失效1次，而統(tǒng)計(jì)得出的不可用時(shí)間為0，則采用技術(shù)規(guī)格書的限制時(shí)間或依經(jīng)驗(yàn)判斷處理缺陷所需要的時(shí)間。

對(duì)于沒(méi)有在功率運(yùn)行期間開展預(yù)防性維修的系統(tǒng)設(shè)備，按上述原則設(shè)定的可用率指標(biāo)，只適用于糾正性維修。因此，還需要加上預(yù)防性維修需要的時(shí)間?？紤]監(jiān)督周期內(nèi)進(jìn)行1次主要設(shè)備的預(yù)防性維修，預(yù)防性維修需要的時(shí)間采用估計(jì)時(shí)間，如泵估計(jì)為7天，閥門估計(jì)為2天。

具體指標(biāo)值計(jì)算如表4所示。

表4 各功能組監(jiān)督周期內(nèi)不可用時(shí)間Table 4 Unavailable time in the supervision cycle of each functional group

2 結(jié) 論

根據(jù)制定的性能指標(biāo),需要開展相應(yīng)的性能監(jiān)測(cè)，定期收集統(tǒng)計(jì)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備的性能數(shù)據(jù)(可用率、狀態(tài)參數(shù)、失效次數(shù))，當(dāng)SSC的性能或狀態(tài)不滿足目標(biāo)時(shí)，為(a) (1)，必須采取相應(yīng)的糾正行動(dòng)，滿足目標(biāo)時(shí)為(a) (2)。

通過(guò)采用基于構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備有效性及維修風(fēng)險(xiǎn)管理的維修規(guī)則，目的是在可靠性和可用率之間取得平衡，避免維修不足、過(guò)度維修以及維修不當(dāng)對(duì)SSCs產(chǎn)生的不利影響。在維修工作計(jì)劃安排上，要考慮可靠性和可用率指標(biāo)，必須進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，使用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)器(Risk Monitor)。其著重點(diǎn)在于消除維修可預(yù)防故障(MPFF)，維修工作做到修必修好，特別關(guān)注重復(fù)性維修可預(yù)防故障(RMPFF)。

實(shí)施維修規(guī)則推動(dòng)了PSA的成果應(yīng)用，更合理安排與安全和發(fā)電相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備的維修(日常可以主動(dòng)安排安全系統(tǒng)設(shè)備維修，但不能超過(guò)退防時(shí)間)。