維修規則在美國核電廠的應用

摘要：維修規則在美國核電廠得到廣泛應用且卓有成效。在山東海陽的AP1000項目中，西屋公司也提供了維修規則相關的文件以指導業主建立電站的維修規則大綱。重點介紹了維修規則的具體內容以及在美國核電廠的應用實踐，同時，結合目前山東核電正在開展的維修與設備管理相關工作，提出后續應用維修規則的一些思路。

關鍵詞：維修規則；可靠性；可用率

作者簡介：鄒維祥（1982-），男，山東昌邑人，山東核電有限公司維修部維修管理處副處長，工程師。（山東 海陽 265116）

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）26-0215-02

目前，國內核電單位均在借鑒美國核電站的良好實踐以期改善設備可靠性，從而提高運行業績，其中就包括維修規則的應用。維修規則用于幫助核電業主識別高風險的SSCs（構筑物、系統及設備），以充分利用電站的資源提高維修的有效性，并合理平衡電站設備的可靠性和可用率。

西屋為AP1000項目提供了維修規則管理大綱，用以指導業主建立適合電廠自身的維修規則實施大綱。該大綱作為整個設備可靠性管理體系的一部分，對維修有效性的監測有極為重要的作用。本文就維修規則的內容及在美國核電站的應用實踐進行介紹，并就如何開展后續應用進行了探討。

一、維修規則的內容

20世紀80年代末期，美國NRC （核管會）與業界評估發現，核電廠跳機或降功率事件絕大多數與設備維修作業直接相關，因此于1991年7 月公布了核電廠維修有效性的監測要求，即維修規則（以下簡稱MR）。[1]要求核電廠要有一套機制來監測設備維修的有效性，并于1996年7 月正式生效實施。同時，發布了核電廠維修有效性的監測導則，[2]對各電廠進行具體的指導。

1.維修規則管制條款

維修規則內容包括管制條款（a）（計4項條款），即（a）（1）、（a）（2）、（a）（3）及（a）（4）；范圍規范條款（b）（計2項條款），即（b）（1）及（b）（2），其定義如下：

（1）條款（a）：監測管制要求。（a）（1）在條款（b）所界定的系統或設備，應監測其性能或狀況，若無法達成預定性能準則應進行特別監測，并作適當改善，直到其恢復正常性能準則。（a）（2）在條款（b）所界定的系統或設備，經過適當的預防保養，如顯示其性能符合標準，只要按照維修計劃，繼續執行一般性監測即可。（a）（3）至少每一燃料周期（最長不可超過24 個月）要對性能目標監測及預防性維修工作的成效評估一次，評估時要參考實際運轉及業界經驗，必要時須調整維修項目或周期，避免因維修過度或太少而使設備可用率與可靠性無法達成最佳匹配。（a）（4）在執行維修作業之前（包含但不限于定期試驗、維修后試驗、糾正性和預防性維修工作），對于經風險評估為安全重要的系統或設備應評估及管理因執行該維修作業所增加的風險。

（2）條款（b）：MR的范圍界定。符合下述標準的SSCs 均屬于MR的范圍：（b）（1）安全相關的SSCs在發生設計基準事故期間或之后，用來確保反應堆冷卻劑壓力邊界的完整性；且有能力停堆并使其處于安全狀態，或確保能夠預防或緩解事故后果的能力，避免發生廠外放射性泄露超過法規10CFR100中的標準。（b）（2）非安全相關的SSCs：用于緩解事故或瞬態，或用于執行電廠應急運行規程；其失效可能會導致安全相關SSCs無法執行其安全功能；其失效可能會導致緊急停堆或啟動專設。

2.維修規則相關的重要定義

功能故障（FF）：MR范圍內的SSCs無法執行其預期功能。

維修可預防的功能故障（MPFF）：由于維修相關活動導致MR范圍內的SSCs無法執行其預期功能，包括初次故障和重復故障。例如由于齒輪箱潤滑問題導致電動閥（MOV）不能開啟，影響了重要系統就屬于MPFF，而由于設計問題導致MOV不能開啟不屬于MPFF。

性能準則：用于確定MR范圍內SSCs的性能是否令人滿意而制訂的標準。

性能監測：持續或間斷的試驗、檢查、測量或對物理特性及性能進行趨勢分析，以確定目前或將來的設備性能和潛在失效。監測通常是在非侵入的基礎上進行的。

風險重要的SSC：那些對風險貢獻比較大的SSC。

風險降低值RRW（Risk Reduction Worth）：指假設SSC對于各種失效狀態都具有很好的可靠性，而產生的風險降低量。SSC的RRW如果超過了CDF的0.5%，也就是超過1.005，則認為是風險重要SSC。

風險增加值RAW（Risk Achievement Worth）：指假設SSC對于各種失效狀態都失效，而產生的風險增加量。SSC的RAW如果超過兩倍的CDF，也就是超過2，則認為是風險重要SSC。

可靠性：是對SSC將來不出現功能故障這種期望的一種衡量。上述的FF和MPFF均是可靠性的指標。

可用率：SSC能夠執行既定功能的時間占總的要求其執行設計功能時間的比例。它與不可用率的和為100%。

二、維修規則在美國核電廠中的應用實踐

實施維修規則的主要目的是保證電站SSCs在合理維修的基礎上能夠執行既定功能，同時在可靠性與可用率之間尋求最佳平衡點。美國核電站自實施以來取得的成效有目共睹。下面以美國某核電廠為例，簡述其實施情況。

1.電廠相關人員/部門職責

系統技術處處長（Engineering Systems Manager）：負責電站整個MR工作的實施，包括對MR大綱進行監測和維護、為MR范圍內的系統分配系統工程師及批準任何MR系統設備清單的變更。

電站MR總協調人：由系統技術處處長指派，負責每天審查所有與MR有關的狀態報告。與各部門MR接口工程師溝通協調有關變更、報告、組織召開會議等。

MR專家團隊：負責審查相關文件，包括性能準則、糾正行動及目標等，審查MR范圍的變更。對MR相關的決策提供支持，包括最終風險重要功能清單的確定。

系統工程師：負責責任范圍內MR系統的管理，包括制定性能準則、（a）（1）系統的糾正行動計劃和目標、可靠性事件的狀態報告處理、系統設備狀態監測和趨勢分析、當系統轉為（a）（1）或超過性能準則時評估可靠性和可用率間的平衡。

2.實施流程

系統技術處負責整個電站MR的歸口管理工作，除《MR管理大綱》外，還編制了《MR大綱的評估》、《MR大綱范圍的變更及大綱接口》、《MR大綱的實施》、《MR目標設定及監測》等程序對MR相關工作進行規定和約束。主要實施流程包括以下幾個方面：

（1）篩選列入MR范圍內的SSCs清單。SSCs的篩選標準主要看SSCs的功能重要性和失效后果，將重要的SSCs而非電廠所有設備置于維修規則下監測。維修規則（b）節中定義了監測范圍。采用這種方式在力圖提高SSCs可靠性的同時不用過多增加成本。電站MR總協調人按照相關程序組織各系統工程師進行SSCs篩選，形成MR范圍內的SSCs清單，例如安全相關的安注系統、高壓安注泵、非安全相關的凝水貯存箱（向輔助給水供水）等。

（2）判斷風險重要度。電廠通過PSA的分析結果（主要是利用上文提到的RAW與RRW結果）進行篩選，最后將篩選出的清單及判定依據提交至MR專家團隊進行確認，最后由技術部經理批準。經過篩選形成電站的風險重要設備清單，例如廠用水泵、正常余熱導出泵、應急柴油機等。

（3）建立性能準則。所有的風險重要SSCs和非重要但處于備用狀態的SSCs應建立專門的準則（SSC級）。因為處于備用狀態的SSCs平時不運行，用廠級準則不能監測它們的性能，只能通過試驗來監測，因此也要建立專門的準則。備用SSCs準則可定性描述為“需要時能夠正常啟動，完成它的功能”，所以用可靠性作為準則是合適的。其他非風險重要性的SSCs建立廠級性能準則，廠級性能準則應該包括：每7000臨界小時、非計劃停堆數、非計劃安全系統觸發、非計劃能力損失因子（非計劃發電量損失與額定發電量之比）。

對于可靠性指標（適用于對備用系統的性能的要求），一般描述成“在18個月循環周期內百分之幾，或不超過多少次在需要啟動，動作或執行備用功能時失效”。具體通過PSA、歷史數據或專家意見來建立。

對于可用率指標，一般描述成“在18個月循環周期內百分之幾，或不超過多少小時不可用”，可通過PSA、歷史數據或專家意見來建立。

關于MPFF準則，如果MPFF用來描述可靠性指標，可以不使用其他的可靠性指標。MPFF指標不考慮安全重要性或運行/備用狀態，但有“不重復發生MPFF”。

電站還列出了專設動作、負荷減少、能力因子、非計劃能力損失因子、跳堆等性能指標如何描述。廠級指標一般用于安全不重要的系統，但電站要求所有的SSC均要滿足廠級指標，廠級指標分為在線運行和停堆工況。

以上工作均由系統工程師根據電站歷史運行經驗及業界經驗數據進行，制定出電站MR范圍SSCs的性能準則。

（4）性能監測及確定糾正目標。準則建立后，由電廠的系統工程師對SSCs進行性能監測。監測定期執行包括收集、跟蹤趨勢、評估與性能有關的信息。信息來源有維修反饋、巡檢、試驗、設備更換、狀態報告、系統日志等。

首次評估（對比性能監測結果和性能準則做出首次評估）要決定SSC是按照（a）（1） 還是按照（a）（2）來管理。如果可以證明SSCs的性能能夠通過預防性維修有效控制，就可以按（a）（2）管理，不需要再進行監測。這里需要借助電廠的歷史數據和來自業界的經驗、數據作為依據。

監測、評價性能準則和目標與日常工作聯系在一起，主要是采用狀態報告。發現事件后，系統工程師按照“狀態報告”流程，并判斷該事件是否為MR范圍內SSCs相關的事件。若為MR范圍內的事件，應進行功能失效評價，以決定對電廠的影響以及此狀態是否引起維修規則功能的失效，若影響其他系統的維修規則功能，則應通知其他系統的系統工程師。

接下來進行MPFF評價，主要判斷依據有：SSC屬于維修規則范圍內，不能實現規則范圍內的功能，通過適當的維修活動可預防。三條同時滿足即為MPFF。

性能準則不滿足或實施糾正行動后仍發生重復MPFF，則要制訂糾正行動及目標，建立目標后需繼續進行監測。如果必要，要進行額外的監測任務，監督試驗或預防性維修活動。對于（a）（1）類的，所有糾正行動應在（a）（1）計劃中標明。監測結果顯示如果滿足了目標，則回到之前繼續用性能準則監測。如果不滿足，應進行原因分析，考慮是否糾正行動不合適或者目標設定不合適，作適當修改后繼續監測直到滿足目標為止。對特定的已經建立目標的監測要能反映性能變化的趨勢。

（5）（a）（1）與（a）（2）之間的相互轉換。當SSCs性能可以得到保證時，根據維修規則可將其從（a）（1）轉到（a）（2）。轉換滿足以下條件之一即可：如果監測周期等于或小于6個月，則三個監測周期內性能需可接受；如果監測周期超過6個月又小于兩個燃料循環，則連續兩個監測周期內性能需可接受；如果能夠有成熟的方法找出性能降低或失效原因并糾正，不再需要監測的。

（a）（2）中的SSC按照預防性維修大綱進行管理，不需要特別對待。對SSCs采用合適的預防性維修，如果維修中或維修后評估發現性能不符合要求，或者運行中發生了失效，則必須進行原因分析，確定故障原因、故障影響，以及是否為MPFF。如果分析表明風險重要SSCs發生功能失效或范圍內任意SSCs發生MPFF，則要放入（a）（1），建立目標，執行特別管理。

如果不是MPFF而是其他如設計問題造成的則仍按（a）（2）管理。根據分析結果，如果認為變更成本過高或可以運行到失效，可不作改變，如果需要則可采用設計變更等方法予以糾正。

在美國核電廠內，可在各會議室及走廊上隨處看到目前機組的（a）（1）系統名稱，用于提醒所有人員，要大家共同努力采取行動將（a）（1）轉變為（a）（2），以提高SSCs的可靠性。

（6）維修活動的風險評估與風險管理。并不是所有MR范圍內SSCs的維修活動都需要作評估，（a）（4）規定可以只限于經分析認為會對公眾健康和安全造成顯著影響的SSCs。有的維修活動可在機組正常運行時執行，有的只能在停堆換料時進行。根據維修活動實施的時間不同，電站將風險評估分為功率運行工況下評估和停堆工況下評估。

根據對風險的分析評估采取必要行動，提高對風險的認知和控制、減少維修活動的持續時間、降低風險發生的可能性，還要準備好風險發生后的應對措施。尤其是對于正常運行期間，設備退出運行狀態的時機及時間會進行充分的風險評估，以便在可靠性和可用率間尋求一個最佳平衡。在美國核電廠的生產計劃中，即可看到某一項維修活動的風險評估結果，電站相關部門在進行工作準備時會按照電站程序，針對不同風險等級的維修活動采取不同的措施。

（7）定期評估。電站系統技術處負責組織成立評估小組，按照（a）（3）的要求以及電站程序《維修規則大綱評估》對維修規則進行定期評估。評估的內容包含MR范圍、風險重要的系統設備清單、性能準則及監測過程、糾正行動的有效性、可用率與可靠性之間的匹配等。評估的全過程由MR總協調人負責以狀態報告的形式發起并記錄。

三、維修規則在海陽核電的應用探討

維修規則在美國核電站已取得了很大的成功，且西屋公司提供的一系列技術文件中有幾份都涉及到維修規則相關內容，為了保證機組投運后設備的可靠性及維修有效性，海陽核電非常有必要在合適的時機擬定《維修規則實施大綱》。

西屋提供的設備分級導則中，其設備分級原則就包含了相關要求，例如關鍵一級設備判據中的第一條就提到了“導致MR范圍內風險重要功能的喪失”，非關鍵級設備判據中的第一條就是“導致MR范圍內非風險重要功能的喪失”。設備分級是設備管理最基礎的工作之一，西屋提供的設備分級原則將維修規則的要求涵蓋進去，由此可見實施維修規則的重要性。

西屋已經在D-RAP大綱（即設計可靠性保證大綱）中向業主提供了MR范圍內風險重要功能的設備清單（此清單參考了PSA的分析結果及專家團隊的意見），這就大大彌補了海陽核電目前階段在PSA分析經驗上的不足，減少了很多工作量，可以直接應用。機組商運前，可以針對該清單中的設備，結合相關設計文件，制訂初步的設備級性能準則，將性能監測任務分配給設備工程師。商運后，由系統或設備工程師按計劃進行監測并定期編制設備健康報告，從而根據設備的實際運行狀況逐步優化性能準則及監測要求。同時，電站逐步掌握PSA技術方法，采用自主分析或委托分析的方式篩選出MR范圍內的全部SSCs。

機組商運后，利用與美國核電站對標的平臺以及國內其他核電站維修規則的實施情況，逐步健全維修規則管理體系，編制維修規則管理大綱及其他支持文件，應用風險指引方法（即Risk-Informed）管理維修活動的風險，優化大修項目清單，提高在線維修項目的比例，縮短大修工期，改善機組的運行績效。

參考文獻：

[1]10 CFR 50.65，Requirements for Monitoring the Effectiveness of Maintenance at Nuclear Power Plants[S].1991.

[2]NUMARC 93-01 Rev.2，Industry Guidelines for Monitoring the Effectiveness of Maintenance at Nuclear Power Plants[R].1996.

（責任編輯：王祝萍）