維修規則與設備可靠性管理的關系探討

程 彬，陳 宇，張 濤

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇蘇州 215004）

0 引言

維修規則（Maintenance Rule，MR）是美國核安全局于1991年頒布的監督核電廠維修有效性的法規要求[1]。自1996年全面實施以來至今已有20多年歷史，為美國核電站業績提升做出了重要貢獻[2]。鑒于美國MR的良好實踐，2017年8月，我國國家核安全局發布《改進核電廠維修有效性的技術政策（試行）》，鼓勵各核電廠采用試點、示范的方式逐步開展相關維修活動優化研究，對于擬申請《運行許可證》有效期限延續的核電廠，要求必須建立維修有效性評價體系[3]。然而，我國推行MR的時代背景與美國不同，美國MR在核電廠設備管理體系幾乎空白、維修要求缺乏、設備可靠性水平低的背景下從零開始應運而生，我國核電廠設備可靠性管理（AP-913）[4]已推行多年，已有較為完善的基礎，在此背景下推行MR，明確其與電廠已有設備可靠性管理體系的關系顯得尤為重要。因此，本文介紹了MR的核心理念和流程、以AP-913為基礎的設備可靠性管理的主要內容，詳細探尋了MR與國內電站已有設備可靠性管理之間的關系，為國內電站維修規則的順利推行理清思路。

1 維修規則（MR）介紹

維修規則是美國第一個風險指引和基于性能的維修有效性評價體系，它基于安全重要原則，篩選出納入維修有效性管理的系統、構筑物、SSC（System，Structure，Component，系統、構筑物、設備），然后確定這些SSC的風險重要度，并結合其運行或備用的狀態，制定適當的性能指標，并開展監測。核電廠運行中，定期對這些SSC實際運行情況進行評價，判定是否滿足制定的性能指標，并根據評價結果對維修策略進行優化調整。同時，對開展維修活動所引入的機組運行風險進行評估，必要時采取相應的預防措施[5-6]。MR的實施過程包含6個方面內容。

（1）SSC篩選。MR實施的第一步是識別出MR關注的SSC范圍，即SSC篩選。作為法規要求，MR關注的是安全相關的SSC（包括安全SSC和非安全但會影響安全功能的SSC）能否實現其設計要求的安全功能。因此，維修規則SSC篩選基于功能，先分析系統功能，然后根據MR篩選條款識別出滿足任一條款的MR功能，并對MR功能制定性能指標對其進行監督。功能由設備支撐，維修規則SSC篩選也可以進一步識別支持MR功能的設備，為后續監督功能故障判定提供便利。MR篩選條款可參見 b（1）和 b（2）部分內容，注：b（1），b（2）是美國聯邦法規CFR50.65 的段落號，下文 a（1）～a（4）同理。

（2）風險重要度判定。篩選出MR功能后，在制定性能指標前，需要判定每個功能的風險重要度，根據功能風險重要度及運行/備用狀態確定性能指標層級，風險重要度是反映MR范圍內SSC失效概率和失效后果的綜合指標，一般用風險增加值（Risk Achievement Worth，RAW），風險減少值（RiskReduction Worth，RRW）和堆芯損壞頻率（Core Damage Frequency，CDF）貢獻度來表示，如果RAW＞2，或者RRW＞1.005，或者CDF貢獻度＞90%，則認為該SSC風險重要度高，否則風險重要度低，風險重要度判定的作用是為指標制定提供輸入。

（3）性能指標制定。性能指標制定是MR實施的關鍵環節，MR關注維修的結果，即設備的性能是否滿足既定的要求，因此，性能指標也是基于MR功能制定。性能指標的制定包括三個維度：指標層級、指標類型、指標值。

指標層級包括具體層級（包括系統/列/設備組/設備級）和廠級指標。指標層級一般由風險重要度和運行/備用狀態確定：高風險重要的功能設定具體層級的指標，低風險重要功能一般設定廠級指標，但當低風險重要功能日常為備用時，為了防止功能失效被掩蓋，也制定具體層級的指標。總之，指標層級確定的原則是要確保MR功能得到恰當的監督。

具體層級指標類型包括可靠性、可用性和狀態指標。可靠性指標一般用維修可預防的功能故障（Maintenance Preventative Functional Failure，MPFF）次數以及重復的維修可預防功能故障（RMPFF）次數來衡量。某些美國電廠也用維修規則功能失效（Maintenance Rule Functional Failure，MRFF）次數衡量。可用性指標一般用不可用時間（包括計劃不可用和非計劃不可用時間）來表示。對于構筑物，一般用狀態指標類型，如彎曲度，厚度，腐蝕程度等。廠級性能指標類型一般包括7000臨界小時非計劃緊急停堆次數、非計劃安全系統觸發、非計劃能力因子損失等。

性能指標值的確定需要充分考慮功能的風險重要度以及實際歷史運行經驗和行業經驗，確保高風險重要功能滿足設計要求和實際運行情況。

（4）性能監測和狀態轉換。通過定期收集運行、維修、試驗、巡檢等信息對SSC的實際性能進行監測，確定目前SSC實際性能水平，如果一個滾動的評估周期時間內，累計性能水平指標超出設定的指標值或出現明顯的惡化趨勢，則需放入a（1）進行針對性管理。對于放入a（1）類別的SSC，進行根本原因分析并制定糾正性行動和行動計劃，有必要時設定目標進行持續監測，保障糾正行動的有效性。在要求的監測周期內性能滿足設定的目標要求，才能回到 a（2）正常狀態。轉換過程見 a（1）和 a（2）部分內容。

（5）定期評估。維修規則的運作過程也是個不斷改進的過程。每個評估周期，對維修規則進行a（3）定期評估，找出實施過程中不科學或不合理的地方，如性能指標制定不合理，可靠性和可用性指標不平衡，糾正行動不合理等，實現維修規則活動的持續優化，保障維修規則能夠客觀合理評估電廠維修有效性，并通過各種改進行動，實現維修有效性的不斷提升。

（6）維修前風險評價。在實施維修活動前，通過a（4）對維修活動可能引起的風險增量進行評價和管理，控制維修的風險。該過程是獨立于 a（1），a（2）和 a（3）評價體系的一個模塊，是1999年對維修規則進行修訂時新增。

2 設備可靠管理（AP-913）介紹

AP-913（Equipment Reliability Process Description，設備可靠性過程描述）是美國核電運行研究所（INPO）于2001年發布的設備可靠性管理標準流程。該流程整合了可靠性為中心的維修（RCM）、預防性維修、維修規則、監督和試驗、壽期管理（LCM）、設備性能和狀態監測等設備可靠性活動，并將這些活動環節進行有機組合和分類，形成了6大模塊內容：設備篩選和分級、性能監測、預防性維修（PM）實施、糾正性維修、設備可靠性持續提升、壽期管理。這6大模塊有機地組合起來，形成一個自身不斷循環改進的維修體系。

（1）設備的篩選和識別。SSC的篩選和識別（ER01）是AP-913流程的起點。首先，篩選出需要進行分級評估的SSC范圍，篩選準則包括維修規則、執照更新、安全停堆、全場斷電、應急響應等，同時將各類活動的篩選準則綜合考慮，統一分級識別，保障分級一致性。其次，對于篩選工作界定的SSC進行分級識別，先識別影響安全、可靠性或者發電的重要功能，然后按照四級分類法（關鍵、重要、經濟和運行至失效）或者三級分類法（關鍵、非關鍵、運行至失效）對設備進行分類識別。其中，單一失效導致維修規則高風險重要功能喪失的設備為關鍵設備。

（2）性能監測。性能監測（ER02）是AP-913十分重要的模塊，也是目前我國核電廠AP-913實施相對欠缺的模塊。首先，根據維修規則導則、行業經驗、運行數據、監測數據、PSA假設值及電廠設備運行經驗對重要功能以及不能運行至失效的SSC（包括關鍵和非關鍵SSC）建立性能監測的定量化標準即性能指標。其次，根據指標要求對SSC進行性能監測，及時向領導層匯報SSC的性能水平，當出現性能超出指標要求或出現明顯的惡化趨勢時，進入AP-913的糾正行動模塊（ER03）和設備可靠性持續提升模塊（ER04）采取對應措施。

（3）糾正行動。當出現設備故障時，分析該故障是否為非預期且可預防的故障：如果為預期的（如可運行至失效設備故障）或無法預防的失效，則直接執行糾正性維修即可；如果是非預期且能預防的，則判定是否是MR功能失效以及是否影響MR狀態，同時，進行原因分析并采取糾正行動，并持續監測糾正行動效果，如果發現糾正行動無效，則評估原因并制定新的行動計劃，確保原因分析的準確性和糾正行動的有效性。此外，對于ER02中監測到性能超出指標要求或者出現明顯惡化趨勢時，也需要進行原因分析和糾正行動。最后，根據對安全生產的影響程度對設備問題進行優先度排序。并根據問題的性質確定是否進入壽期管理模塊（ER05）。

（4）設備可靠性持續提升。當ER02中監測到性能持續良好、ER03中糾正行動提出要求、行業經驗及維修技術發展等提示需要優化可靠性管理時，進入設備可靠性持續提升模塊。首先判斷需優化PM大綱或是優化性能指標，如需要調整性能指標，則進入ER02修改性能指標，如果需要優化PM大綱內容和頻度，則判斷原PM大綱是否存在PM依據（FMEA分析、經驗反饋等）并論證更改是否合理，如果合理，則進行大綱優化，如果沒有PM依據，判斷是否有適用的模板，如果有模板，則參考模板進行PM優化，如果沒有適用的模板，按照RCM的邏輯決斷進行PM優化或進行配置或者設計變更，同時，開發新的PM模板。

（5）壽期管理。該模塊主要針對結構復雜、價格昂貴的、壽命較長的重大設備進行長壽期的管理。

（6）預防性維修實施。對于持續更新的PM大綱，確定PM實施程序、首次執行點和再鑒定程序，更新工作管理數據庫，執行PM大綱要求的任務內容，并進行維修前設備狀態見證，作為ER02模塊性能監測的一個輸入。

3 MR和AP-913的關系

（1）實施流程方面。AP-913的ER01模塊在進行篩選時，MR篩選條款作為其篩選準則之一，關鍵設備識別時，單一失效導致維修規則高風險重要功能喪失的設備條款也是關鍵設備識別條款之一。

AP-913的ER02模塊要求對重要功能和設備設立性能指標，其中MR性能指標設定導則是重要參考依據，AP-913對指標設立的要求和MR的要求是一致的。AP-913要求指標設立后，持續監測SSC的性能是否滿足指標要求，ER06模塊PM前設備狀態見證、ER03設備故障以及糾正性維修見證、以及各類試驗和巡檢結果都是性能監測的輸入，這與維修規則監測信息來源一致。

AP-913的ER03模塊中，如果出現非預期的維修可預防設備故障，則不僅需糾正性維修，且要判斷是否導致MR功能失效，以及是否超出MR的性能指標要求，如果超出指標要求，需要進入a（1）狀態并進行原因分析和糾正行動，并設定目標進行持續監測以保障糾正行動的有效性。糾正行動內容包括ER04模塊PM大綱優化或設計變更。可見MR監測過程在AP-913流程中得到了體現。

AP-913的ER04模塊中，對PM大綱和性能指標進行持續優化，該流程也部分體現了MR實施過程中a（3）定期評估的內容。

由此可見，除了風險評價外，MR的流程要求均已體現在AP-913大流程中。推行MR是推動AP-913在在電廠的全面應用的必要環節。雖然AP-913在我國核電廠已推廣多年，且已有較好基礎，但AP-913流程中的MR部分的內容并未涉及，定量化評估指標的建立和性能監測等內容實施也并不充分。在此背景下從法規層面開始推行MR，建議充分融合已有AP-913流程并結合已經開展的相關工作，在推動AP-913體系在電廠更加全面完整實施的同時，集約高效的完成MR體系建立。

（2）來源和理念方面。AP-913是基于過程的電廠設備可靠性管理流程，它來源于核能行業各類設備可靠性管理良好實踐的結合，它解決電廠關注的具體設備可靠性問題，因此，AP-913的主要工作集中在對設備進行一系列的主動性的管理活動，如分級管理、大綱優化、維修執行、狀態監測等，它的目的是保障設備穩定可靠地運行。這些基于設備的過程環節構成了AP-913的主體工作，但是這些具體過程管理手段是否帶來了良好的結果，在AP-913中體現比較弱。

MR是基于結果的維修有效性評價體系，它來源于監管單位頒布的法規要求，它站在法規要求的更高層次，關注設備可靠性管理的結果，即核電廠安全功能是否得到合理有效的保障，因此，這種基于功能的結果評價方法增強了AP-913對結果評價不足的弱點。且當發現功能無法得到有效保障時，找到具體的設備可靠性管理薄弱環節，并實施改進。

由此可見，AP-913通過各個基于設備的過程環節的順利和完整地推行，正向保障MR關注的結果在合理的要求內。MR通過基于功能的結果評價對 AP-913實施效果進行監督，負向反饋AP-913實施過程中的不足并實施改進。AP-913和MR共同組成完整設備可靠性管理提體系兩個不可或缺的方面。

（3）管理范圍方面。除了上述關系外，AP-913和MR的另一大關系體現在關注范圍上：MR作為監管當局頒布的法規要求，僅關注對安全功能有影響的SSC；AP-913不僅關注安全，還關注生產、經濟相關的SSC等，從AP-913的ER01模塊篩選標準可以看出，AP-913的范圍融合了各類專項管理要求。當然，電廠的管理者也可以在滿足法規要求基礎之上，將維修規則的實施擴展到和AP-913同樣的范圍，以保障設備可靠性管理的完整性，切實為電廠業績提高做出更大貢獻。

4 總結和建議

維修規則和AP-913有著密不可分的聯系：在實施流程方面，除風險評價外，MR的實施流程均在AP-913中有充分的體現。在來源和理念方面，MR是基于結果的法規要求，AP-913是基于過程的電廠管理流程，AP-913通過可靠性管理過程的不斷優化，正向保障MR關注的結果完好，MR通過監督最終的結果，來負向反饋AP-913過程的不合理之處并實施優化。從范圍上看，MR 關注安全，AP-913關注安全、生產、經濟等設備管理的各個方面。

我國核電廠在AP-913體系已基本建立的背景下實施MR，建議充分結合已有的AP-913流程，將MR流程融入到已有的AP-913管理體系中，形成一整套囊括正向實施和負向反饋的完整的設備可靠性管理體系，保障MR順利高效地落地實施。同時，電廠管理者也可以根據電廠的實際情況將維修規則的實施范圍擴展到生產和經濟相關SSC，以保障設備可靠性管理的完整性，切實為電廠業績提高做出更大貢獻。