核電廠概率安全評價方法及應用探討

李若鯤　蔡國杰　朱鋼梁　姚樹密　吳淑玉

【摘 要】安全分析是核電站發展的重中之重，本文首先對我國核電廠概率安全分析的研究情況大致內容進行總結和整理，歸納了其分級情況和流程，結合具體研究實際闡述了其動態可靠性和分析研究方法。并對傳統安全分析即靜態概率安全分析進行了剖析，從而找出引起穩定性變動的原因，得出冷卻水系統的靜態和動態失效概率的變動范圍，對這些變化因素給予重點關注，為我國核電站后續安全監管提供一定的理論基礎。

【關鍵詞】動態穩定性；概率安全分析方法；冷卻水系統

PRA安全分析是一項系統的龐大工程，我國現階段已經有相對成熟與完善的商業故障分析應用軟件。但是安全概率分析模型構建等程序依然需要大量專業人員來操作與進行，因此開展PRA安全分析模型軟件開發項目刻不容緩。將新的分析方法引入PRA安全分析系統，使得模型分析結果與實際情況更為接近，為故障與事故處理方案提供準確的數據，為優化安全分析系統提供信息數據支持，因此PSA安全分析研究是非常有前景與價值的。

1 核電廠概率安全評價方法概述

1.1 概率安全分析方法相關理論與概念

概率安全（PRA技術分析系統）分析的首次運用是在在美國核管20世界80年代出版發行的《反應堆風險分析評估美國商用核電站事故風險》報告中，該報告對堆芯熔化的風險和概率進行分析與評估的時候第一次運用了概率安全分析方法。根據國內外學者的研究，可以將概率安全分析方法定義為：以概率論和穩定性作為前提，按照事件已知概率，對某一錯綜復雜的系統或者事件進行分析研究，對估算客體的風險與后果進行分析與評估的技術手段和方法。

概率安全分析系統將一個運行中的復雜系統進行全面考量，可能對核電站安全穩定運行產生影響的全部因素都要進行研究與排查，將各種可能的核電事故情形均納入研究范圍。因而，PRA技術分析系統不僅能夠及時準確發現設計缺陷、共因概率和各種失效模式，以及核電廠內諸多不利因素之間的作用程度和方式，而且還能夠被用于評估修改設計的成本與代價，因而對核電站周邊居民身體健康與生命、財產安全提供了保障。

PRA安全分析系統可以分為三級。第一級主要目的為評估堆芯損壞頻率和程度。第二級主要對于堆芯熔化的物理過程進行分析研究。第三級分析研究重點在于環境中放射性物質的擴散對環境生態以及生命財產安全存在的威脅與損害后果。我國現階段PRA安全分析系統主要以靜態分析為主，動態概率安全系統的研究與運用尚處于初級階段。目前我國核電廠尚未運用動態理念對核電廠進行綜合分析評估，對安全性的評估偏向于保守。

1.2 主要任務

安全是核電站持續發展的基礎與關鍵。保障核電站各種狀態下的安全穩定運行是核電站安全分析的主要任務。核電站安全分析的主要任務包括：第一，在核電站正常穩定運行的過程中，保障放射性在安全與被允許范圍之內，安全性不能低于火電、風電等傳統發電方式。第二，核電站事故規模和類型評價體系標準化與規范化，與國家評價標準與級別一致。第三，對發生事故后縱深防御體系的有效性進行全面評估，冷卻水評價體系即屬于這個范疇。第四，全面評估核電站事故發生后放射性物質的釋放情況，以及對周圍居民的生命、健康和財產安全與生對態環境產生的消極影響進行全面評估。

2 概率安全評價方法研究目的與研究意義

2.1 掌握冷卻水系統PRA技術分析要點

根據對概率安全分析方法的研究，把握冷卻水系統概率安全分析方法系統中的核心方法和注意事項并構建規范和標準化的概率安全分析模型，為我國核電站建立后的安全監管工作奠定基礎。

2.2 冷卻水PRA安全系統進行動態概率分析

核電廠PRA安全系統分析中運用的許多系統都有顯而易見變動性。過去的事件樹-故障樹概率分析方法只能實現對時間相應特點進行微小的保守處理，這種情況會致使誤差出現過大情形，包含PRA安全分析系統工作情況本身以及對核電站事故發生概率的評估。所以，為更好地了解這一類系統的安全性特點，運用動態穩定性性手段，用結合靜態與動態的方法分析與比較其偏差。

3 核電廠概率安全分析分級評價方法的應用

3.1 一級概率安全分析

一級PRA安全分析的目標是明確致使堆芯結構完整性缺失和燃料損毀嚴重的事故類型與原因，并進行定量定性分析。依據一級概率安全分析可以很容易地排查核電廠規劃設計過程中存在風險的環節，研究比較過程中可以對比各類不同的設計思路和方案，根據PRA安全分析報告改進和優化規劃設計和論證設計的安全性和穩定性。

3.2 二級概率安全分析

在絕大多數情況下二級PRA安全分析客體絕大多數為安全殼和各個系統。除一級PSA安全分析的客體之外，還包括堆芯損毀故障分析研究、安全殼工作能力喪失時間和模式分析研究、放射性物質釋放概率分析研究等。二級PRA安全分析關鍵結果之一是放射性核素在核電站運行前期大量釋放的概率。為了研究這種概率，必須評估不同堆芯損毀故障序列導致的放射性物質彌散的后果嚴重性，在對結果進行細致分析的前提下找到導致嚴重故障發生環節，為重大故障和事故管理方式的改進提供依據。關于開展二級PRA安全分析工作最權威的文件就是NRC發布的NUREG-1150報告。

一級PRA安全分析的結果是致使堆芯損毀的故障序列以及電廠堆芯損毀概率大大降低。在進行二級PRA安全分析的時候，必須運用一級PRA安全分析的結論。一級與二級分析之間的連接點被定義與命名為核電廠損毀情況。一個核電廠損毀情況是由若干擁有在冷卻堆壓力與溫度等方面具有相似特征的故障系列形成的組合，這個組合會致使類似的故障進程和安全殼回饋一些有價值的信息。核電廠損毀情況決定了堆芯損毀故障序列的頻率、進程等重要參數。也就是說核電廠設備損毀情況給故障分析的初始與邊界條件提供了許多改進工作的參考依據。

3.3 三級概率安全分析

三級PRA安全分析主要是對二級PRA安全分析結果進行環境生態影響進行評估，評估多種應急預警方案和措施對生態環境不利影響后果緩解的有效性。核電廠三級PRA安全分析運用MACCS程序，MACCS是美國Sandia聯邦實驗室專門為國家核管會設計開發的核故障與事故影響評估程序系統，主要的關注點為生態環境影響和各種不同的生態環境緩解策略有效性。

三級PRA安全分析是研究由二級PRA安全分析整合源項所生成的場外影響，模擬核電廠事故中彌散的放射性物質在環境中的擴散及沉降在地表的過程，并評估放射性物質的釋放對周圍居民和生態環境的影響。包括煙羽淹沒、吸入、地表沉降懸浮再吸入、食品與農作物污染照射導致的健康和劑量效應。

4 結束語

在我國目前生態環境和資源能源問題下，大力發展核電是的大勢所趨。我國的核電站建設已經進入快車道，山東核電、海陽一期均已經或者即將投產運行。對于核電安全概率分析研究以及怎樣進行高效監管，我國大部分省區處于低水平甚至空白狀態。因此核電站相關工作人員必須要全面把握核電安全分析研究與監測管理技術方法，同校核電站相關系統的關鍵設施設備操作運行方法。

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[責任編輯：王偉平]