實物保護綜合入侵探測系統探測概率測試分析

程 漢

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

為了確保核電站實物保護綜合入侵探測系統功能正常，運行始終有效，應持續(xù)對實物保護綜合入侵探測系統進行測試，以確保系統的探測概率和誤報率均滿足核安全法規(guī)《核設施周界入侵報警系統》（HAD 501/03—2005）第3.1.2 節(jié)所規(guī)定的在95%的置信水平及一定條件下，每個防區(qū)的入侵探測概率不低于90%，并且每個探測防區(qū)的誤報警每天不超過1 次的要求。測試活動針對整個周界的全部防區(qū)，不僅僅只在實物保護綜合入侵探測系統投運前進行，還應貫穿系統運行的全過程。

某核電站實物保護入侵探測系統主要依據《核設施實物保護（試行）》（HAD 501/02—1998）設計，所有防區(qū)只設計了一種探測手段，在探測感知入侵的可靠性上存在不同的薄弱環(huán)節(jié)且大部分都屬于固有缺陷，無法解決誤報警多的問題。連續(xù)3 年國家核材料管理檢查和核材料換證檢查均指出單探測手段的實物保護入侵探測系統已不適應新版法規(guī)要求需進行整改，某核電站組織進行了實物保護入侵探測系統改造，在每個防區(qū)都增加了一種探測手段與原探測手段組合使用形成了一種綜合入侵探測系統，本研究所論述的探測概率測試相關工作即在此基礎上展開。

1 探測概率測試方法

測試目的：確保探測器成功探測到進入它所覆蓋的區(qū)域內的入侵者的可能性，滿足在95%的置信水平及一定條件下探測概率不低于90%的要求。

測試要求：

（1）根據所采用的探測器的類型特點，結合現場實際的地形環(huán)境條件，確定每一個防區(qū)的最薄弱的部位和入侵者最可能采用的突破防區(qū)的方式。

（2）用所有可能的穿越防區(qū)的方式對每個防區(qū)的最薄弱部位進行30 次測試

（3）應盡量采用各種不同的入侵方式進行測試，不同方式對應的測試次數大體相同，但為保障針對性，其中最不容易被探測的入侵方式進行次數應比其他各種入侵方式稍多。

（4）為了排除現場測試環(huán)境或其他可能影響測試效果的未知因素對探測結果的干擾，每次測試各防區(qū)的先后次序需隨機安排。

當總測試次數為30 次時，必須全部次數都能順利探測到入侵才能滿足要求。如能達到，則該防區(qū)測試結束，否則必須對系統進行檢查，檢查完成確認未發(fā)現系統問題后再追加10 次測試。如果在這40 次測試中失敗次數≤1 次且成功探測次數≥39 次則該防區(qū)試結束。如果追加10N 次后成功探測次數仍達不到法規(guī)導則要求且檢查也未發(fā)現問題，則必須對綜合入侵探測系統施以改進使其達到法規(guī)導則要求的探測水平。如果檢查確認系統有問題，則需將其徹底解決后再進行30 次測試，如果這30 次沒有一次失敗，全部都能順利探測到入侵，則該防區(qū)探測概率水平滿足要求。

理論上，要想嚴格準確地估算綜合入侵探測系統的探測概率，每次測試時都需對每個防區(qū)執(zhí)行大次數的測試，測試次數越多，誤差越小。但現場實際往往不具備實行條件，操作上耗費大量人力物力去執(zhí)行測試也不現實。考慮到測試工作的實際情況，對于系統投運前的探測概率測試，可將單個防區(qū)總測試次數為100 次以內的（含100 次）對應探測概率需控制在不小于88%的水平，單個防區(qū)總次數超過100 的對應探測概率仍按不小于90%執(zhí)行。而對于運行中的系統，實際測試時可在歷史測試結果的基礎上結合當前測試結果進行累計估算，但累計計算后總的測試結果必須滿足法規(guī)導則所要求的最少成功次數。

對于本研究所討論的最小探測概率Pmin是低于探測概率特征值（X/N）—邊的95%置信界限所對應的探測概率，可等效認為其分布形式為二項式分布。根據失效與測試比法，Pmin=。其中，F0.05（a，b）表征自由度分別為a 和b 的一種F 分布值（顯著水平為0.05），其具體數值可從統計學中的F 分布值表中直接查得，也可利用Excel 軟件中FINV 公式計算得出。

2 核電站實物保護綜合入侵探測系統探測概率測試分析

某核電站實物保護入侵探測系統改造前，針對整個保護區(qū)周界所有的防區(qū)，采用各種走、跑、跳、穿越和攀爬等不同的入侵方式進行了探測概率測試，各防區(qū)測試隨機安排，無特定先后次序。考慮到防區(qū)眾多、現場測試工作條件惡劣等實際情況，為減少大量重復性工作，本次測試規(guī)定總測試次數不超過50 次。而按照法規(guī)導則的要求，總測試次數為100 次以內的（含100 次）對應探測概率需不小于88%，即本次測試在95%置信水平下要求最小的探測概率為88%，探測概率低于88%的防區(qū)視為不合格。測試結果見表1。

表1 改造前系統探測概率的測試結果

從表1 可以看出，除ZP01、ZP07、ZP10、ZP17、ZP18、ZP20、ZP21、ZP55、ZP58、ZP59、ZP63 等11 個防區(qū)在95%置信水平下最低探測概率低于88%外，其余53 個防區(qū)均符合要求。其中，ZP07、ZP10、ZP17、ZP18、ZP21、ZP55、ZP58、ZP59、ZP63 等9 個防區(qū)的在95%置信水平下最低探測概率采用Excel 軟件中FINV公式計算F 值后代入公式計算所得。即F0.05（a，b）=FINV（0.05，a，b），以ZP07 和ZP58 防區(qū)為例，即將N=50，X=47 代入公式則有

由于上述11 個防區(qū)的探測概率均不符合法規(guī)導則要求，保護區(qū)周界拐角處的8 個防區(qū)均存在不同程度的探測溢出超防區(qū)導致誤報警增多的問題，且該問題屬于探測器的固有缺陷，無法通過維修的方式進行根治，再加上連續(xù)3 年國家核材料管理檢查和核材料換證檢查均指出單探測手段的實物保護入侵探測系統已不適應新版法規(guī)要求需進行整改，某核電站進行了入侵探測系統改造，改造完成后在系統投用前對整個保護區(qū)周界所有防區(qū)采用各種不同的入侵方式進行了探測概率測試，各防區(qū)測試順序隨機。總測試次數與前述測試一樣，不超過50 次（表2）。

從改造前和改造完成后系統投運前的2 次探測概率測試記錄對比來看，改造前64 個防區(qū)中有ZP01、ZP07、ZP10、ZP17、ZP18、ZP20、ZP21、ZP55、ZP58、ZP59、ZP63 等11 個防區(qū)的最小探測概率均小于88%，都不滿足法規(guī)導則要求。使用基于振動電纜的綜合入侵探測系統進行技術改造之后，投運前的探測概率測試表明，全部64 個防區(qū)基于95%置信區(qū)間的最小探測概率都超過了88%。且各個防區(qū)對于典型入侵方式的探測概率特征值均高于改造前的對應單探測手段防區(qū)。為了確保實物保護綜合入侵探測系統功能正常，運行始終有效，應持續(xù)地對實物保護綜合入侵探測系統進行針對整個周界的全部防區(qū)測試。除了在實物保護綜合入侵探測系統投運前需進行探測概率測試外，在系統運行過程中也應該持續(xù)地進行探測概率測試。在實物保護綜合入侵探測系統投用后，也進行了數次探測概率測試，實際測試時采用在歷史測試結果的基礎上結合當前測試結果進行累計估算的辦法來計算探測概率。下面以某實物保護綜合入侵探測系統ZP59 防區(qū)為例進行說明。從改造完成系統開始投運后，進行了4 次探測概率測試（表3）。

表2 改造完成后系統探測概率的測試結果

表3 改造完成后系統運行的測試結果

從表3 不難看出，連續(xù)4 次ZP59 防區(qū)的累計探測概率測試結果均高于90%，滿足在95%的置信水平下探測概率不低于90%的要求。從探測概率特征值的角度來考量，對貼著圍欄走這種入侵手段的成功探測次數與該入侵手段的測試總次數之比也不低于90%，即貼著圍欄走這種入侵方式的探測成功率也是符合要求的。但需要注意，該防區(qū)的探測概率特征值同時也在逐漸下降，這說明雖然每次的累計測試的總探測概率都滿足法規(guī)導則的要求，但貼著圍欄走這種入侵方式的探測成功率有逐年下降的趨勢，第四處測試中貼著圍欄走這種入侵方式的探測概率特征值已經低于90%了。ZP59 防區(qū)對于貼著圍欄走這種入侵方式而言存在薄弱環(huán)節(jié)，需要有針對性地加以改進。因此在執(zhí)行探測概率測試時，首先要確保每個防區(qū)對各種入侵手段的總探測概率滿足法規(guī)導則要求外，還應重點關注綜合入侵探測系統對每種入侵手段的探測概率特征值并根據這些特征值發(fā)現各探測防區(qū)的薄弱環(huán)節(jié)。

3 總結

某實物保護綜合入侵探測系統調試完成投用后，一系列的探測概率測試證明，該系統設計符合《核設施周杰界入侵報警系統》的要求，2 種探測手段組合使用使得實物保護綜合入侵探測系統在確保探測概率滿足法規(guī)要求的同時，有效降低了誤報率。另外，通過探測概率測試發(fā)現，僅僅保證每個探測防區(qū)對各種入侵方式的總探測概率滿足規(guī)定的下限是不夠的，某些防區(qū)總的探測概率雖滿足規(guī)定要求，但對某種入侵方式的探測成功率偏低或逐步下降，那么對于該防區(qū)而言，探測概率特征值偏低或逐步下降的入侵方式明顯成為該防區(qū)的薄弱環(huán)節(jié)。對此我們應該給予充分的重視，對該防區(qū)采取有針對性的措施進行改進提升。