中國核電設備可靠性標準體系需求分析

中機生產力促進中心□邱春輝

江蘇核電有限公司□滕建剛 韓 偉

中機生產力促進中心□王 欣 馬靜嫻

1 背景

隨著我國核電建設的快速發展，確保核電建設和運行的安全成為核電發展的首要目標。在電廠設計過程中主要采用確定論和概率論的方法來保障電廠運行的安全性，針對核電可靠性，特別是設備可靠性，在我國核安全法規、二代及二代加電站的設計規范中沒有明確的要求。美國核管會于2007年3月修訂NUREG-0800《標準審查大綱》時新增17.4章節提出了針對核電廠設計階段和運行階段可靠性保證大綱的審查要求，目的是確保：1）電廠的設計、建造和運行方式與用于識別和量化風險的概率論、確定論和其他分析方法中的風險見解和主要假設 （如SSC設計、可靠性和可用性）相一致；2）電廠運行期間這些RAP SSC的可靠性、可用性或狀態不會降低到不可接受的程度；3）對這些SSC有挑戰性的瞬態頻率降至最低；4）當受到挑戰時，這些SSC將可靠地執行其功能。美國先進輕水堆核電廠根據其監管要求開展了可靠性保證大綱的具體實施，專注于對電廠安全風險有重要影響的SSCs的可靠性。同時，我國核安全監管部門也對其可靠性保證大綱相關的技術和評審方法進行了高度的關注。隨著AP1000等第三代核電技術的引進，我國核電領域也更加關注安全重要設備的可靠性，開展了多項設備可靠性方面的研究，但在實際的研究過程中缺乏相關標準的有效支撐。因此，本論文開展核電設備可靠性標準研究，目的是探索出我國自主化核電設備可靠性標準體系建設的有效路徑，為我國核電設備可靠性工作提供上層的標準規范和指導。

2 分析方法

論文的研究方法是以行業需求為導向，充分借鑒國內外先進成熟的可靠性標準經驗，即通過標準庫、書籍和網絡等調研途徑，篩選出可靠性相關標準，對這些標準按照分布情況、標準內容、標齡以及參照轉化情況等方面做出具體的分析，結合中國核電領域設備可靠性工作的實際需求，建立我國核電設備可靠性標準體系框架。

具體的分析步驟為：

1）調研我國核電領域設備可靠性工作的實際需求；

2）調研我國核電領域設備可靠性標準的發展現狀及存在的問題；

3） 調研 ANSI、 IEEE、ISO、IEC、GOST等國外標準，研究其中核電設備相關的可靠性標準內容及體系框架；

4）調研我國和國外非核電領域現有可靠性標準體系框架；

5）基于以上調研，為我國核電設備可靠性標準體系的建設提供建議。

3 中國核電領域設備可靠性工作需求調研

隨著美國AP1000三代核電技術的引進，西屋公司在其設計的AP1000型核電廠的安全分析報告中提交了核電廠可靠性保證大綱供我國核安全局審查。2012年10月19日，國家能源局發布能源行業標準NB/T 20183—2012《核電廠可靠性保證大綱編寫指南》。我國CAP1400的初步安全分析報告也提交了設計階段的可靠性保證大綱供國家核安全局審查。國內核電領域科研單位依據三代電站安全分析報告中可靠性保障大綱的相關要求，在電廠重要設備設計階段開展了承壓熱沖擊下反應堆壓力容器的概率評定，在示范快堆工程中也開展了鈉閥等設備的可靠性研究。在進行核電設備設計階段可靠性研究過程中，存在的一個重要問題是缺乏配套的核電可靠性標準來提供支持指導。

運行階段的可靠性保證大綱要求運行電廠注重對設備運行經驗信息的收集，通過數據收集及分析、根本原因分析、性能檢測來確定核電廠改進建議，確保電廠的實際檢測性能與目標性能之間的差距不超出允許限值。目前，國內運行電廠開展的設備可靠性工作包括：

1）國內各運行核電廠都開發設備可靠性數據庫，收集電廠特定數據為概率安全評價提供設備可靠性參數。在國家層面，國家核安全局于2014年2月發布 《關于開展核電廠設備可靠性數據采集工作的通知》，要求各核電廠營運單位參照 《核電廠設備可靠性數據采集》 （試行）開展核電廠設備可靠性數據采集工作，并按要求定期報送數據。國家核安全局自2015年起，在每個年度發布中國核電廠設備可靠性數據報告。

2）針對核電設備可靠性管理，國內核電營運單位組建相應的設備管理處室，主要依據美國核電運營研究所發布的 《設備可靠性管理程序》（AP-913）開展設備可靠性管理工作，并制定相關工作流程，將設備可靠性管理工作劃分為設備分級識別、設備性能監測與評估、設備糾正行動、設備可靠性持續改進、設備預防性維修和設備長期策略六個相互關聯的模塊，實現設備可靠性的全程管理。國家能源局參考AP-913的經驗于2014年6月29日發布行業標準NB/T 20281—2014《核電廠設備可靠性管理導則》。

3）國內運行電廠正在開展以可靠性為中心的維修 （RCM）、風險指引型在役檢查以及維修有效性監測 （MR）等設備可靠性應用工作。

目前，以上大部分可靠性研究應用工作在國內核電領域還沒有固化為統一的標準，用于指導運行電廠開展相關工作。

4 中國核電設備可靠性標準發展現狀及存在的問題

隨著我國核工業的發展，我國國家標準（GB）、核工業標準 （EJ）和能源行業核電標準（NB）陸續編制了可靠性相關的標準。通過對標準庫、發布的行業標準清單以及網站的調研，共收集到36項核電領域現行的可靠性相關標準，這些標準在GB、EJ和NB中的數量分布情況如圖1所示。

圖1 我國核電可靠性標準分布情況占比圖

這些標準按標準內容可劃分：可靠性要求、可靠性管理、可靠性設計、可靠性試驗、可靠性分析評價、使用階段可靠性、軟件可靠性和質量管理八個類別，具體的分布數量和占比情況詳見表1。

對這些標準按照標齡進行統計：標齡五年以內的標準16項；標齡6-10年的標準四項；標齡10年以上的標準16項，標齡占比情況見圖2。

按照采用國際國外標準情況進行調研，這些標準中有七項標準在制修訂過程中參照國際國外先進標準的成熟經驗。

圖2 我國核電可靠性標準標齡占比圖

經調研，我國核電可靠性標準化工作取得了一定的成績，對核電廠系統和設備的安全可靠發揮了積極作用，但也存在明顯的問題和不足，主要表現在：

表1 我國核電可靠性標準分類情況表

1）沒有建立核電設備可靠性標準體系，標準制修訂工作顯得零散，缺乏統籌考慮，不利于設備設計、制造、試驗和使用各環節可靠性工作的開展。

2）現有可靠性標準不完整，缺失嚴重。核電領域可靠性標準的數量和涵蓋的范圍與國內可靠性建設比較完善的其他領域存在較大的差距。

3）部分標準的標齡很長，標準的技術水平不能反映核電技術發展的最新成熟經驗。

4）目前我國核電領域沒有建立統一的核電設備可靠性標準化技術歸口單位，標準協調推進機制不完善。

5 國際國外核電相關可靠性標準調研

通過查詢標準庫、書籍和網絡等途徑，對美國國家標準協會 （ANSI）、美國電氣與電子工程師協會 （IEEE）、國際標準化組織 （ISO）、全蘇國家標準 （GOST）、國際電工委員會 （IEC）、日本工業標準 （JIS）和美軍標 （MIL）等標準進行調研，按照核電可靠性標準的占比情況、標準分布和標準類別等方面進行具體的分析。

經調研，共收集到325項國際國外可靠性相關標準，其中特指核電可靠性標準23項，非核電可靠性標準302項，核電相關可靠性標準占總數的7%。

這些國際國外核電領域現行的可靠性相關標準，主要來自于ANSI、IEEE、ISO、GOST和IEC，具體分布情況數據見表2。

這些標準按標準內容可劃分為：可靠性分析與評價、可靠性管理、使用階段可靠性、可靠性要求、質量管理、可靠性設計六個類別，具體的分布數量和占比情況詳見表3。

通過以上分析可知，國際國外可靠性標準中核電領域可靠性標準僅占7%，在標準類別的覆蓋范圍上也不夠全面，針對核電領域都沒有建立相關的可靠性標準體系。因此，我國核電可靠性標準體系的建立只借鑒國外核電領域可靠性標準的現有經驗是不夠的，還需要調研國內外其他領域可靠性經驗。

表2 國際國外核電可靠性標準分布情況數據表

表3 國際國外核電可靠性標準分類情況數據表

6 非核電領域可靠性標準調研

（1）IEC可靠性標準體系調研

IEC TC56是國際電工技術委員會編制可信性標準文件的技術委員會。該技術委員會從1956年成立以來，至今已發布了大量關于可信性方面基礎性或共性的標準。TC56在1987年提出了可靠性標準的 “工具箱”結構概念，并以此作為可靠性標準體系的基礎。 “工具箱”結構將可靠性工程的有關標準分為四個層次：第一層次IEC 60300-1《可信性管理體系》，它對可靠性工程的管理問題做了原則性的說明；第二層次IEC 60300-2《可信性大綱要素和任務》，它對可信性大綱的要求和具體任務做了具體說明；第三層次IEC 60300-3-X是一系列 “應用指南”標準，針對可靠性工程的某一方面或可信性大綱的某一要求做出詳細的說明和要求；第四層次則是由眾多直接提供應用的試驗方法、評價技術活分析程序等，所謂 “工具”標準組成。由于把最低層次的標準看作 “工具”，這就好像給某一方面的可靠性工程準備了一個裝有若干 “工具”的箱子。這樣就形成了可靠性標準的 “工具箱”結構概念。

（2）國軍標可靠性標準體系調研

國軍標GJB 450A—2004《裝備可靠性工作通用要求》是指導軍方開展裝備可靠性工作的綱領性文件，該標準也構建了國軍標中針對裝備可靠性的標準體系。

國軍標可靠性標準體系將可靠性工作分為五個系列，即100系列——可靠性及其工作項目要求的確定，200系列——可靠性管理，300系列——可靠性設計與分析，400系列——可靠性試驗與評價，500系列——使用可靠性評估與改進。每個系列都包括若干個可靠性工作內容及其對應的標準，涵蓋了裝備論證階段、方案階段、工程研制與定型階段、生產與使用階段的可靠性要求。

經調研，國軍標現行有效的可靠性相關標準共260余項，針對裝備可靠性工作建立了完善的可靠性標準體系，能夠全面覆蓋并指導可靠性各階段的工作。因此，核電可靠性標準體系研究可以充分借鑒和參考國軍標可靠性標準的相關經驗。

7 中國核電可靠性標準體系建設建議

通過以上調研，我國亟待建立核電設備可靠性標準體系，具體的體系框架應包括以下內容：

該體系框架圖共分為兩個層次：

1）第一個層次是將核電可靠性相關標準劃分為可靠性保證大綱、設計階段可靠性標準、運行階段可靠性標準和支撐性標準四個類別。其中可靠性保證大綱規定了核電廠設計階段和運行階段可靠性方面的具體要求，是指導核電領域開展可靠性工作的綱領性文件。

2）第二個層次是針對設計階段可靠性標準、運行階段可靠性標準和支撐性標準三個類別標準的具體細化：設計階段可靠性標準按內容劃分為重要SSC和可靠性要求的確定，設計階段可靠性管理 （例如，可靠性設計評審、可靠性增長管理等），元器件和供應方的選擇與控制，可靠性試驗 （例如，可靠性增長、鑒定、驗收等試驗）；運行階段可靠性標準按內容劃分為可靠性管理（例如，可靠性工作計劃、設備可靠性管理導則等），可靠性信息收集、評估與改進，與維修相關的可靠性應用 （例如，RCM等）；支撐性標準按內容劃分為名詞術語，可靠性分析方法 （例如，可靠性建模、預計和分配、FMEA、FTA、人因可靠性等），數理統計方法。具體的核電設備可靠性標準體系框架見圖3。

圖3 核電設備可靠性標準體系框架

8 結論

本論文通過對國內外核電可靠性標準的調研，指出目前我國核電領域可靠性標準建設方面的不足，并借鑒國軍標可靠性標準體系和IEC可靠性標準體系的成熟經驗，結合中國核電領域設備可靠性工作的實際需求，為中國核電可靠性標準體系的建立提供了建議，為中國核電基于不同的需要開展設備可靠性工作提供指導路線，同時也為后續基于可靠性的維修 （RCM）和核電壽期管理 （LCM）提供技術支持。