秦山地區設備可靠性數據采集和應用

李 樂，孟少朋

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300；2.中機生產力促進中心，北京 100044）

0 引言

設備可靠性數據是應用概率安全評價（PSA）技術對核電廠進行風險量化評估和管理的重要基礎，同時可以支持電廠開展可靠性保證大綱、設備可靠性過程 （AP-913）、維修規則體系的建立、以可靠性為中心的維修等可靠性相關工作，也有助于支持電廠在設備管理、設備分級、老化與壽命管理、設備狀態檢測和備品備件管理等方面的工作[1]。2013年中核核電運行管理有限公司（CNNO）開始建立設備可靠性數據采集體系，迄今完成了秦山九臺機組從商運至2017年底的設備可靠性數據采集，并將采集到的可靠性數據切實應用到PSA、緩解系統性能指標（MSPI）、維修規則（MR）等工作中。

1 設備可靠性數據采集體系的建立

出于核電廠應用的需求以及國家核安全局的要求，CNNO建立了規范化、一體化的設備可靠性數據采集體系，確保了設備可靠性數據采集的及時性、正確性和完整性。設備可靠性數據采集體系包括建立專業技術團隊，編寫完善的管理制度，確定可靠的數據采集方法以及開發9臺機組公用的設備可靠性數據庫。

1.1 人員和制度保障

可靠性數據采集是一項涉及面廣、工作量大且繁瑣細致的工作，需要一支既了解設備可靠性專業知識，也熟悉電廠生產與管理的團隊來開展。CNNO建立了從事設備可靠性數據庫維護及數據收集的團隊。人員要求熟練掌握數據采集、篩選和計算的一般過程，對機械、儀表、電氣的設備維修領域有電廠經驗，了解PSA、MR等的基礎知識。由于CNNO有9臺機組，4種堆型，不同堆型間設備有一定差異，設備分類和設備邊界劃分不盡相同，所以針對不同的生產單元安排了專人負責數據采集。

另一方面，隨著設備可靠性數據在電廠越發廣泛的應用，數據采集和應用涉及的專業和部門也越來越多，必須建立職責清晰、流程合理的管理制度，才能有效推進工作的開展。因此CNNO編寫了設備可靠性數據收集與處理管理程序，明確工作流程和部門職責。同時編寫了設備可靠性數據收集與處理實施程序，詳細闡述了數據采集的方法、注意事項和判斷準則。

1.2 數據采集和處理方法

電廠應用的設備可靠性參數主要有：運行失效率、需求失效概率、試驗維修不可用度。參考NUREG/CR-6823、INPO98-001、“核電廠設備可靠性數據采集”等文件，結合多年的數據采集實踐經驗，CNNO制定了標準數據采集方法。電廠設備可靠性數據采集和處理流程如圖1所示，通過對電廠運行、維修、試驗等活動中的原始可靠性數據進行收集、分析、輸入，最終統計計算得出設備可靠性參數。

1.2.1 數據采集

圖1 數據采集和處理流程Fig.1 Process of data acquisition and processing

數據采集需要明確數據采集范圍內設備的邊界劃分、失效模式等基礎信息，了解電廠運行、試驗、維修等原始數據源、信息記錄流程和相關系統。步驟如下：

（1）確認設備基礎信息。包括確定數據采集的設備范圍，按照一定規則劃分設備類，以及對每一個設備類明確設備邊界，確定失效模式。

（2）采集機組運行數據。從運行年報、運行日報、主控室值班日志等文件中查找反應堆非計劃停堆和計劃停堆的次數和停堆時間段，確定工況變換的確切時間。

（3）采集設備運行數據。通過設備運行特性和機組狀態估計設備運行歷史數據，當不易估計時，查閱電站設備運行記錄來進行收集。

（4）采集設備失效數據和維修不可用數據。從生產管理系統篩選出所有關于設備樣本的工單工作票，逐條分析判斷是否為設備失效，是否造成設備維修不可用。

（5）采集設備試驗不可用數據。分析定期試驗規程，篩選出造成不可用的試驗，從定期試驗報告中收集設備定期試驗的次數和試驗時間。

1.2.2 數據處理

歷史數據收集完成后，可以統計計算可靠性參數。設備可靠性參數估計有兩種方法，經典估計和貝葉斯估計。經典估計方法認為被估參數是一個未知的常量，通常僅通過抽樣得到的觀測數據來估計可靠性參數。貝葉斯方法是根據貝葉斯定理進行統計推斷的方法，其核心是通過實際電廠特定數據的似然函數分布以及先驗（通用）數據的分布進行擬合得到的后驗分布。兩種方法的比較如表1。CNNO綜合采用了兩種方法，對于樣本量較大或與特定電站特點有關的數據，使用經典估計方法對電廠特定數據進行處理，獲得設備的電廠特定參數；而對于數據樣本較小的設備，則使用貝葉斯方法。

1.3 秦山地區設備可靠性數據庫

表1 經典估計法和貝葉斯分析法的比較Tab.1 Comparison between classical estimation and bayesian analysis

由于現在電廠大多數信息均實現了電子化，所以開發數據庫軟件，有利于持續系統地進行數據的采集、分析、統計和存儲。秦山地區設備可靠性數據庫集成了九臺機組的數據管理，軟件設計中考慮了多種功能。

（1）自動計算設備運行數據。如前文所述，設備運行歷史數據主要通過設備運行特性和機組狀態來估計，一般由數據采集人員手工計算后錄入數據庫，由于設備量大，該項工作耗時耗力且容易出錯。因此將每臺設備的運行數據估算公式固化在軟件中，實現了設備運行數據的自動計算。

（2）自動讀取工單工作票。為了提高數據設備維修/失效數據的采集效率，數據平臺與一、二、三廠工單工作票系統建立接口，通過人工觸發，軟件根據系統范圍自動讀取工單和工作票的數據，數據以時間段為單位進行讀取，已讀取的數據將保存在原始數據表中。

（3）多通用數據源管理。為了兼顧各電廠采用不同通用數據源的需求，數據平臺中開發了多通用數據源管理模塊，允許人員進行通用數據源調整。目前數據平臺中錄入了 EPS900&1300、NUREG/CR-4550、DARA T.A2-3/58、NUREG/CR-6928、國家核安全局統計數據等國內常用通用數據。

（4）不可用統計。在目前的PSA模型中將系統/列試驗維修不可用一般采取折算至關鍵設備的方式，該假設并未較好的處理系統/列不可用估算中的時間重疊問題。在數據平臺中設置系統/列所包含的所有設備，通過后臺邏輯設計，將系統/列所包含的設備不可用時間在同一條時間軸上進行對比，減去重疊時間，進而得到更為合理的系統/列不可用度。

2 設備可靠性數據的應用

多年來CNNO主要在PSA模型及應用工具方面開展了設備可靠性數據的應用。同時近年來，隨著電廠對設備可靠性和機組經濟性的越發關注，可靠性數據漸漸在可靠性相關工作中發揮了一定作用。

2.1 PSA

PSA是進行核電廠定量風險分析計算的技術方法，其在定量角度評估核電廠的安全性，找出核電廠設計、建造和運行中的薄弱環節，提高核電廠設計和運行安全性可靠性方面的作用已經得到了核電行業的一致認可。國家核安全局一直致力于推進PSA在電廠生產管理活動中的應用，越來越重視PSA模型質量?？煽啃詳祿鳛镻SA的重要輸入，其精確度直接決定了整個PSA研究的質量。

CNNO 9臺機組均已開發了一級內部事件PSA模型，后續PSA模型應根據需求持續更新。在開展PSA模型更新時，應將電廠采集到的特定數據更新到PSA模型中。2013年CNNO啟動了秦一廠功率運行PSA模型的更新，采用了一廠商運至2012年底的特定數據，使得PSA計算結果更接近電廠實際狀態，有利于PSA在電廠生產活動中的應用。

2.2 MSPI

MSPI是美國核管會用于監管核電廠安全的一整套安全指標中的一類。核電廠緩解系統的性能狀態決定著核電廠能否防止事故的發生以及在事故工況下是否可以緩解事故的后果，直接關系到核電站的安全水平。因此對緩解系統的性能進行監測，維持其可用度和可靠度，可以有效的減少反應堆事故發生的可能性。

CNNO在生產管理中引入了該指標。數據采集人員每季度首月采集上一季度內MSPI設備的可靠性數據，計算得到季度的MSPI性能指標，給出風險提示和需要采取的措施建議。重要系統中如果有計算結果為黃色，則需要對該系統做詳細分析，給出導致核安全水平下降的原因，并為電廠提供風險提示。如果計算結果出現紅色，則需要建議電廠采取必要措施，及時降低運行機組的核安全風險。根據以上分析結果編制《緩解系統性能指標季報》，報送運行處、生產計劃處、設備可靠性處等電廠生產管理部門，給電廠提供核安全監督方面的決策提供參考。

2.3 MR

維修規則是美國NRC要求各核電廠開展的維修有效性監察。設備在運行的過程中，會由于各種原因導致性能發生劣化，其長期和持續的可靠性需要靠有效的維修活動來維持。維修規則要求針對范疇內的SSCs建立一套可接受的性能準則，然后用這些準則來長期持續地監測SSCs。如果性能準則沒有被滿足，則建立目標，以使該性能方面作必要改進[2]。

由于當前秦一廠正在開展運行許可證延續工作，國家核安全局要求在運行許可證延續被批準前，必須建立維修有效性評價體系，因此秦一廠2016年開始開發MR，識別并篩選出MR范圍內的系統功能，建立功能設備組，利用PSA方法確定功能設備組的重要度，為功能組設置了可靠性和可用度的性能準則，收集分析系統設備的歷史失效和維修數據，完成了準則的驗證。目前仍在進行其他系統的MR開發，后續開發完成后，定期監督相關流程如下：

（1）每個月，收集統計SSCs的可靠性數據，如發現不滿足性能準則或有明顯不利趨勢，則提出a（1）/a（2）決定的需求報告，提交MR小組進行決策。

（2）每個季度，記錄評價結果，編寫系統健康評價報告。

3 問題和建議

在可靠性數據的采集過程中，發現了一些問題，以下對這些問題進行探討。

問題一：設備維修、試驗等的原始記錄數據不全，并且早期的數據沒有電子化，數據采集存在難度。

建議：

（1）核電廠維修、試驗人員在進行維修、試驗工作時，盡量將數據記錄完整，以便數據采集人員能收集到足夠的信息來進行判斷。

（2）可靠性數據采集人員通過多種渠道盡可能全面地了解事件信息，避免因信息的片面導致錯誤的判斷。

（3）當事件記錄是不清楚或是不完整的，無法確定一個設備的故障是否是一個導致不能執行其要求功能的失效時，傾向于保守的記錄這些事件作為設備失效，只要對應用結果影響不大，這就是合理的。

問題二：設備失效數據的判斷尤為重要，但實際不同人員采集的設備失效數據差別頗大。

建議：

（1）確定盡可能詳細的失效數據判斷原則。目前的判斷原則主要參考NUREG/CR-6823[3]和國家核安全局發布的《核電廠設備可靠性數據采集》，考慮范圍已經頗為全面，包括關注“失效”和“功能降級”，TS和PSA對設備要求的不同等。但還應更為細化，將數據采集過程中遇到的一些典型的容易判斷失誤的情況列入原則中。隨著數據采集經驗的累積，逐步豐富判斷原則。

（2）在進行數據分析判斷時，數據采集人員應多與其他數據采集人員及核電廠專業工程師進行溝通交流，盡量減少主觀性的判斷。

問題三：數據采集中需要進行大量的判斷、分析工作，如何確保數據質量。

建議：

（1）數據采集人員應具備相當的運行、維修、定期試驗、可靠性方面的知識。

（2）數據初步采集完成后，核電廠組織有豐富運行、維修和設備管理等工作經驗的專家對結果進行校核。

（3）加強對數據采集人員的培訓，包括可靠性數據采集方法流程和PSA、MR相關知識的培訓。

3 總結

可靠性數據是電廠運行積累的寶貴資源，應該得到系統規范的采集和充分有效的利用。2015年國家核安全局正式發布了《核電廠設備可靠性數據采集》，指導國內核電廠設備可靠性數據的采集工作，規范了國內的數據采集體系，但可靠性數據主要還是應用在PSA中，其在可靠性工作、老化與壽命管理等方面的應用仍處于小范圍開展階段，如何提高數據質量，推廣數據應用還需要業界同仁一起努力。