基于PRA技術(shù)的發(fā)電廠系統(tǒng)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控可行性研究

周崇波，陳艷超，吳 潔，馬汝坡

(1.華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.上海電力大學(xué)電力安全技術(shù)中心，上海 200090)

0 引言

隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、供給側(cè)和電力體制改革的不斷深入，電力安全生產(chǎn)面臨新的挑戰(zhàn)。大容量、長(zhǎng)距離電力輸送，加大了電網(wǎng)大面積停電的安全風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)、光等新能源和分布式能源的快速發(fā)展，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)管控難度；網(wǎng)絡(luò)信息安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻，直接威脅電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定；電力工程建設(shè)規(guī)模日益增大，人才、設(shè)備、管理、技術(shù)等方面難以適應(yīng)，傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管控和安全管理能力、手段急需改進(jìn)。針對(duì)新時(shí)代我國電力生產(chǎn)安全面臨的新形勢(shì)、新問題，國家能源局先后出臺(tái)了《電力安全生產(chǎn)行動(dòng)計(jì)劃(2018—2020年)》《發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)管控體系建設(shè)導(dǎo)則》，指導(dǎo)開展電力行業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)管控體系建設(shè)。

1 研究現(xiàn)狀

當(dāng)前，確定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(derterministic risk assessment，DRA)具有脆弱性，基本都是在發(fā)電廠各個(gè)功能層面上進(jìn)行的，沒有考慮各功能模塊之間的相互影響以及系統(tǒng)和設(shè)備失效的概率屬性，對(duì)單個(gè)設(shè)備的失效是通過怎樣的故障機(jī)理影響整個(gè)發(fā)電廠系統(tǒng)的安全運(yùn)行和擴(kuò)散的途徑缺乏深層次的研究；采用安全系數(shù)或保守參數(shù)來確保實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)不被低估，導(dǎo)致其結(jié)果不能反映真實(shí)情況。因此，在可靠性評(píng)估方面不能有效評(píng)估設(shè)備故障、維修管理、人因失效、共因失效等因素間的關(guān)聯(lián)性；對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)源、事故緩解系統(tǒng)和設(shè)備的失效概率及擴(kuò)散途徑不確定性帶來的后果，尚未進(jìn)行科學(xué)合理的分類和量化分析，難以建立有效的狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制。

2 概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)

概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(probabilistic risk assessment，PRA)技術(shù)是專門針對(duì)大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)發(fā)展起來的一種現(xiàn)代風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，利用事件樹、故障樹、動(dòng)態(tài)故障樹、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法，全面系統(tǒng)地鑒別出有可能導(dǎo)致各種后果的始發(fā)事件，并對(duì)隨后的事故進(jìn)程和可以采取的緩解手段建立風(fēng)險(xiǎn)模型，以事件樹的形式將始發(fā)事件發(fā)生后的事故序列和發(fā)展路徑清晰地展示出來，再通過故障樹將事故緩解系統(tǒng)的不可用度以系統(tǒng)中的設(shè)備、部件的可靠性模型加以量化分析，用于評(píng)價(jià)每條事故序列可能發(fā)生的頻率，找到事故的主要貢獻(xiàn)因素。

概率安全的概念于20世紀(jì)40年代首先在航空工業(yè)領(lǐng)域提出，由此出現(xiàn)了一種基于邏輯判斷的系統(tǒng)可靠性分析方法。在隨后的20年內(nèi)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行部件的失效率和可靠性分析的技術(shù)得到發(fā)展。20世紀(jì)70年代，由Norm Rasmussen博士率領(lǐng)的小組對(duì)美國的Surry壓水堆核電站和沸水堆Beach Bettom-2核電站進(jìn)行了系統(tǒng)的概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并于1975年發(fā)表了著名的“反應(yīng)堆安全研究”報(bào)告“WASH-1400”，首次把概率論方法應(yīng)用于反應(yīng)堆安全研究，成為概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)展的里程碑。

20世紀(jì)90年代以來，隨著PRA技術(shù)及評(píng)價(jià)方法的成熟，以及人們對(duì)系統(tǒng)可靠性要求和效益的不斷提高，PRA方法的應(yīng)用逐漸被從核工業(yè)界借鑒到其他工業(yè)界，如航天航空、醫(yī)療衛(wèi)生、能源電力、石油化工等；概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)在核工業(yè)界本身從最初的設(shè)計(jì)優(yōu)化發(fā)展成目前的用于電站系統(tǒng)設(shè)備安全分級(jí)、提升設(shè)備維修(包括狀態(tài)檢修)有效性以及管控電站狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)行之有效的技術(shù)手段。

目前，PRA技術(shù)在發(fā)電廠系統(tǒng)只有零星的探索研究，但隨著電網(wǎng)復(fù)雜程度和新能源比例的增加以及市場(chǎng)化運(yùn)作的進(jìn)一步推進(jìn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管控和可靠性的要求也不斷提高，發(fā)電廠在保障安全的同時(shí)還要提升經(jīng)濟(jì)效益。因此，針對(duì)發(fā)電廠進(jìn)行PRA研究工作，對(duì)發(fā)電廠進(jìn)行“知風(fēng)險(xiǎn)的”（risk-informed)整體決策和狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控已是十分必要。

3 研究實(shí)踐

基于PRA技術(shù)的發(fā)電廠系統(tǒng)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型可對(duì)發(fā)電廠生產(chǎn)過程中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)(如非計(jì)劃停機(jī))進(jìn)行分類和量化分析，為制定切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制提供技術(shù)支持，主要有以下7個(gè)方面的研究實(shí)踐。

(1) 梳理、鑒別典型發(fā)電廠因各種運(yùn)行、維修狀態(tài)對(duì)發(fā)電廠系統(tǒng)安全運(yùn)行造成的影響。

(2) 研究發(fā)電廠系統(tǒng)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和建模方法論，包括導(dǎo)則、編碼規(guī)則等。

(3) 全面系統(tǒng)地鑒別觸發(fā)發(fā)電廠保護(hù)系統(tǒng)和影響安全運(yùn)行的各類始發(fā)事件。

(4) 分析發(fā)電廠系統(tǒng)響應(yīng)和事故進(jìn)程，建立整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

(5) 對(duì)發(fā)電廠系統(tǒng)的各類風(fēng)險(xiǎn)源和用于事故緩解的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、設(shè)備(SSC)進(jìn)行“知風(fēng)險(xiǎn)的”安全分級(jí)，其工作流程如圖1所示。

（6）對(duì)各類假想事故的發(fā)生及演化擴(kuò)散進(jìn)行模擬預(yù)演，研究“后果對(duì)應(yīng)頻率”的整體決策技術(shù)要素，如圖2所示，降低人因失誤，找出最佳緩解途徑，為發(fā)電廠安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控提供技術(shù)支撐。

(7) 創(chuàng)新一種適用于發(fā)電廠的確定論與概率論相結(jié)合的安全評(píng)價(jià)方法，量化分析評(píng)價(jià)發(fā)電廠系統(tǒng)與運(yùn)行、維修狀態(tài)相關(guān)的各類潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

基于PRA技術(shù)的發(fā)電廠系統(tǒng)狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控研究，對(duì)電力安全生產(chǎn)領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控有著至關(guān)重要的作用，能有效解決當(dāng)前發(fā)電廠安全領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的難點(diǎn)、痛點(diǎn)，特別是涉及非計(jì)劃停運(yùn)、高風(fēng)險(xiǎn)設(shè)備等，在假想事故發(fā)生前可以有針對(duì)性地設(shè)置防范措施，包括應(yīng)急規(guī)程、可靠性維修策略的優(yōu)化等；在事故發(fā)生后，借助模型中的事故序列途徑和事先的后果分析，及時(shí)制定應(yīng)對(duì)策略，在事故進(jìn)程的緩解措施上有效利用資源，使最終后果的影響最小化。將概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型創(chuàng)新性運(yùn)用于安全性綜合評(píng)價(jià)，豐富評(píng)價(jià)方式，提升評(píng)價(jià)質(zhì)量，值得深入研究并適時(shí)推廣應(yīng)用。