田灣核電站風(fēng)險指引型安全系統(tǒng)在線維修應(yīng)用

李友誼 郞錫野 顧曉慧 于文革 孫 揚

（中國核電江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

0 引言

田灣核電站1、2號機組風(fēng)險指引型安全系統(tǒng)在線維修優(yōu)化項目于2017年3月被國家核安全局批準(zhǔn)實施，這是國內(nèi)首個獲批實施的安全系統(tǒng)在線維修項目，屬于國內(nèi)首創(chuàng)，達(dá)到國際先進水平。項目的應(yīng)用提高了機組維修靈活性，更有效地利用核安全監(jiān)管資源并減輕核電站不必要的負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，在國內(nèi)核電站同行中起到良好的示范作用。本文主要介紹田灣核電站風(fēng)險指引型安全系統(tǒng)在線維修分析評價結(jié)果和應(yīng)用情況，為我國核電廠未來進一步實施風(fēng)險指引型應(yīng)用項目提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 背景

田灣核電站1、2號機組為俄羅斯設(shè)計的VVER-1000改進型核電機組，采用了一系列重要先進設(shè)計和安全措施，包括安全系統(tǒng)四列通道、全數(shù)字化儀控系統(tǒng)等，機組的安全性滿足國際上第三代核電站的要求。設(shè)計上，1、2號機組具備安全系統(tǒng)一個系列開展在線維修的特點，但受限于技術(shù)規(guī)格書（TS）嚴(yán)苛的要求，使得預(yù)防性維修工作只能安排在停堆期間進行。而隨著大修計劃的不斷優(yōu)化，整體工期不斷縮短，安全系統(tǒng)四列通道的維修時間已接近大修工期，并很可能成為關(guān)鍵路徑。

風(fēng)險指引型安全系統(tǒng)在線維修優(yōu)化項目是在國家核安全局積極推動風(fēng)險指引安全管理理念，以及田灣核電站1、2號機組安全系統(tǒng)大修工期緊、任務(wù)重，即將成為大修關(guān)鍵路徑等一系列背景下組織實施的。

2 分析評價

2.1 技術(shù)規(guī)格書變更分析和評價

根據(jù)國內(nèi)外業(yè)界的實踐經(jīng)驗和我國國家核安全局的政策聲明及指導(dǎo)性文件NNSA-0147和NNSA-0148，采用風(fēng)險指引決策方法，將傳統(tǒng)工程分析和概率安全分析相結(jié)合，并關(guān)注類似電廠的調(diào)研信息和田灣核電站的運行經(jīng)驗反饋對安全系統(tǒng)在線維修優(yōu)化進行分析。

首先采用傳統(tǒng)工程分析方法，結(jié)合類似電廠的調(diào)研信息，對國內(nèi)的M310機組、EPR機組及西屋標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)格書（STS）相關(guān)系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)置、技術(shù)要求、退防時間和監(jiān)督要求等進行對比分析，并結(jié)合田灣電廠的運行經(jīng)驗反饋，確定此項目對田灣核電站1、2號機組技術(shù)規(guī)格書的變更主要包括兩方面：一是安全系統(tǒng)定期試驗周期（STI）由1個月調(diào)整為2個月，即15天試驗一個系列；二是兩列不可用時的允許后撤時間（AOT）由31小時延長至3天+31小時。經(jīng)對比分析，此變更符合現(xiàn)行法規(guī)規(guī)定要求，與縱深防御原則一致并保持足夠的安全裕度。

其次采用概率安全分析方法，定量評價變更的風(fēng)險是否在NNSA-0147可接受的準(zhǔn)則范圍內(nèi)。安全系統(tǒng)定期試驗周期變化后，其影響主要體現(xiàn)在兩次定期試驗間隔期間內(nèi)安全系統(tǒng)發(fā)生失效（啟動失效）的可能性的變化。從PSA建模角度而言，安全系統(tǒng)定期試驗周期變化將對相關(guān)設(shè)備的可靠性參數(shù)產(chǎn)生直接影響，并間接影響到設(shè)備共因組以及部分始發(fā)事件頻率，安全系統(tǒng)定期試驗周期調(diào)整對堆芯損傷頻率（CDF）和早期大量釋放頻率（LERF）的影響如表1和表2所示。

表1 定期試驗周期修改引起的CDF變化

表2 定期試驗周期修改引起的LERF變化

根據(jù)表1和表2定量分析結(jié)果，安全系統(tǒng)及其支持系統(tǒng)定期試驗周期調(diào)整為每2個月后，CDF增量小于1E-06/堆年，LERF增量小于1E-07/堆年，屬風(fēng)險可接受的微小變化。

同時，安全系統(tǒng)AOT變化引起的電廠年平均CDF值和LERF值的增量也滿足NNSA-0147中給出的可接受準(zhǔn)則，AOT修改對電廠年平均風(fēng)險的影響見表3。

表3 AOT修改引起的電廠年平均風(fēng)險的變化

2.2 在線維修方案風(fēng)險分析

以往安全系統(tǒng)的維修均安排在冷停堆工況進行，從進入正常冷停堆開始，對4個安全通道逐一隔離開展預(yù)防性維修，所以在冷停堆工況下始終有一列安全通道處在不可用狀態(tài)。開展安全系統(tǒng)在線維修后，預(yù)防性維修活動的時間將從冷停堆工況調(diào)整至功率運行期間，使得冷停堆工況下4個安全通道均可用，降低了停堆工況下CDF，計算結(jié)果如表4所示。

表4 安全系統(tǒng)在線維修引起的停堆工況下CDF變化

開展在線維修后，在功率運行期間選取合適的時間窗口，對4個安全通道逐一隔離開展預(yù)防性維修。因此，當(dāng)對某個安全通道開展在線維修時，電廠的配置是1個安全通道被隔離不可用，而其余3個安全通道保持正常狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗反饋，單個安全系統(tǒng)一列的預(yù)防性維修可在15天內(nèi)完成，因此在風(fēng)險評價中將模型中的一列安全通道設(shè)為不可用，持續(xù)時間為15天，計算得到的機組堆芯損傷概率的增量（ICDP）和大量早期放射性物質(zhì)釋放概率的增量（ILERP）見表5和表6。

表5 安全系統(tǒng)在線維修引起的CDF變化

表6 安全系統(tǒng)在線維修引起的LERF變化

參考美國電廠維修規(guī)則（Maintenance Rule）指導(dǎo)文件NUMARC 93-01的要求，當(dāng)ICDP小于1E-6、ILERP小于1E-7時，在線維修工作可以正常開展，但安排的維修活動不允許主動進入瞬時風(fēng)險CDF達(dá)到1E-3/堆年的配置。由于田灣核電站1、2號機組開展在線維修后ICDP為4.3E-08，ILERP為1.09E-9，距離風(fēng)險可接受準(zhǔn)則有很大的裕度，因此可以開展安全系統(tǒng)的在線維修工作。由于CDF的增量小于1E-06/堆年，LERF的增量小于1E-07/堆年，對比NNSA-0147中提出的標(biāo)準(zhǔn)，屬于風(fēng)險可接受的微小變化。

由于安全系統(tǒng)在線維修造成的不可用度對總體CDF有影響，保守假設(shè)單個安全系列預(yù)防性維修持續(xù)時間為15天，在線維修實施后基準(zhǔn)CDF和LERF的變化見表7和表8。

表7 安全系統(tǒng)在線維修引起的基準(zhǔn)CDF變化

表8 安全系統(tǒng)在線維修引起的基準(zhǔn)LERF變化

3 項目實施

3.1 文件修改

項目獲得國家核安全局批準(zhǔn)后，田灣核電站修改了技術(shù)規(guī)格書、最終安全分析報告、定期試驗大綱等執(zhí)照文件和維修執(zhí)行文件，為項目實施做準(zhǔn)備。執(zhí)照文件修改涉及高壓安注系統(tǒng)、低壓安注系統(tǒng)、應(yīng)急注硼系統(tǒng)、安全殼噴淋系統(tǒng)、應(yīng)急給水系統(tǒng)、應(yīng)急柴油發(fā)電機組，及上述系統(tǒng)的通風(fēng)和冷卻支持系統(tǒng)的定期試驗周期及兩列不可用的響應(yīng)時間。具體修改如下：

（1）定期試驗周期：由1個月調(diào)整為2個月，即15天試驗一個系列；

（2）兩列不可用后撤時間：由31小時調(diào)整為3天+31小時，即允許3天維修處理時間。

3.2 1號機組首次在線維修

田灣核電站首次安全系統(tǒng)在線維修活動在2017年1號機組第10次大修（T110）前實施。首次安全系統(tǒng)在線維修實施793項，約占T110大修總項目8 447項的9%，約占安全系統(tǒng)總檢修項目1 403項的57%。檢修范圍主要是核島外安全系統(tǒng)設(shè)備（不包括安全殼隔離閥電動頭及本體解體項目），包括安全系統(tǒng)四個通道及應(yīng)急柴油機的維修/儀控預(yù)維項目、安全二通道在役檢查項目。

3.3 2號機組首次在線維修

田灣核電站第二次安全系統(tǒng)的在線維修活動于2018年2號機組第10次大修（T210）前實施。安全系統(tǒng)在線維修實施881項，約占T210大修計劃標(biāo)準(zhǔn)項目8 249項的10.7%，約占安全系統(tǒng)總檢修項目1 399項的63%。2號機組在線維修項目的安排時間、項目占比均較首次實施有所提升。

4 性能監(jiān)測

田灣核電站1、2號機組安全系統(tǒng)及其支持系統(tǒng)定期試驗周期由1個月延長為2個月，需對實施后的效果進行長期監(jiān)測以確保變更的有效性。變更生效后，需跟蹤記錄相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備的關(guān)鍵性能參數(shù)變化趨勢，通過收集安全系統(tǒng)設(shè)備的失效、試驗和維修情況，與變更前數(shù)據(jù)對比，評估變更后是否處于良好的運行狀態(tài)以及相對變更前的運行性能是否出現(xiàn)明顯變化，定期給出評價結(jié)果。

經(jīng)統(tǒng)計分析，實施安全系統(tǒng)在線維修后與實施前相比，定期試驗相關(guān)情況基本保持一致，系統(tǒng)設(shè)備缺陷在正常范圍內(nèi)，無劣化趨勢。

首次安全系統(tǒng)在線維修期間實際CDF峰值為2.39E-6/堆年（對應(yīng)啟動變不可用疊加安全系統(tǒng)二通道不可用），風(fēng)險始終處于正常控制區(qū)（綠區(qū)），證明安全系統(tǒng)在線維修活動對機組風(fēng)險影響在合理范圍內(nèi)，符合預(yù)期。

5 效益評價

風(fēng)險指引型安全系統(tǒng)在線維修項目有利于提高安全系統(tǒng)維修質(zhì)量和設(shè)備可靠性，對改善核電廠經(jīng)濟性和維修靈活性發(fā)揮了重要作用，該項目可在行業(yè)內(nèi)全面推廣應(yīng)用，具有優(yōu)越的經(jīng)濟效益和社會效益。

5.1 經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）安全系統(tǒng)定期試驗周期由1個月修改為2個月，能夠減少設(shè)備沖擊、磨損老化，減輕運行人員和維修人員的操作負(fù)擔(dān)，同時節(jié)省人力、物力成本。

（2）安全系統(tǒng)兩列不可用后撤至冷態(tài)的時間從31小時延長為3天+31小時，提高了機組能力因子、非計劃能力損失因子以及安全系統(tǒng)不可用度。

（3）將安全系統(tǒng)維修安排在機組日常功率運行期間進行，能提高機組的運行靈活性，減少大修時維修工作量和工作壓力，從而減少大修期間發(fā)生人為事件的可能，提高維修后的設(shè)備可靠性。

安全系統(tǒng)在線維修的實施減少了大修期間的工作量，為田灣核電站1、2號機組持續(xù)刷新VVER型核電機組年度大修工期記錄（T110大修為27.1天，T210大修為26.9天）創(chuàng)造了極為有利的條件。

5.2 社會效益

項目成果達(dá)到國際先進水平，對風(fēng)險指引技術(shù)在我國核電廠的應(yīng)用具有重要的示范作用，為我國核電廠未來進一步實施風(fēng)險指引型應(yīng)用項目，制定核安全監(jiān)管的技術(shù)導(dǎo)則、標(biāo)準(zhǔn)積累了經(jīng)驗，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，具有顯著的社會效益以及推廣應(yīng)用前景。

6 結(jié)語

田灣核電站1、2號機組風(fēng)險指引型安全系統(tǒng)在線維修優(yōu)化項目借鑒了國內(nèi)外電廠的先進經(jīng)驗，采用概率論和確定論相結(jié)合的風(fēng)險指引綜合決策方法對技術(shù)規(guī)格書中安全系統(tǒng)定期試驗周期及兩列不可用時間進行了優(yōu)化調(diào)整，對安全系統(tǒng)在線維修的合理性和可行性進行了評估論證。依據(jù)設(shè)備論證結(jié)果，可以將安全系統(tǒng)維修安排在日常進行，實現(xiàn)安全系統(tǒng)在線維修。項目被批準(zhǔn)后，電站修改了相應(yīng)的執(zhí)行文件，并在T110大修和T210大修前順利實施，減少大修總的工作量10%左右，為田灣核電站持續(xù)刷新VVER型核電機組年度大修工期記錄創(chuàng)造了極為有利的條件。項目的實施對改善核電廠經(jīng)濟性和維修靈活性發(fā)揮了重要作用，具有優(yōu)越的經(jīng)濟效益和社會效益。