PSA風險重要度分析在高溫堆調試監督中的應用探索

楊豐兆，周 鑫，李學法，陳 威，劉明明，牟 童，孫 凱

（生態環境部華東核與輻射安全監督站，上海 200233）

世界核電廠的運行經驗表明，應用概率安全分析（Probabilistic Safety Assessment，簡稱PSA）可有效提高核電廠的安全性。因此，國家核安全監管部門非常重視并努力推廣概率安全分析在核安全領域中的應用，同時，開始推動風險指引的核電廠監管體系探索工作［1，2］。生態環境部華東核與輻射安全監督站（以下簡稱華東監督站）應用概率安全分析結果，探索全球首座球床模塊式高溫氣冷堆核電站示范工程（High Temperature Gas-Cooled Reactor Pebble-Bed Mod?ule，中文簡稱高溫堆，英文簡稱HTR-PM）［3］調試活動的風險指引型監督，形成了基于概率安全分析的高溫堆調試監督項目清單。

1 高溫堆調試試驗概況

參考調試大綱，高溫堆共有調試試驗項目314 項，其中，單堆試驗138 項（每堆各69項），共用系統試驗和聯調試驗176項。

高溫堆調試階段的劃分基本上按照核安全導則《核電廠調試程序》（HAD 103/02）［4］的要求進行設計，分為3個主要階段，12個子階段。各階段的調試試驗數量對比如圖1所示。

圖1 高溫堆各調試階段試驗數量對比Fig.1 Comparison of test quantity at each commissioning stage of HTR-PM

具體調試階段劃分如下：

A 階段，預運行試驗階段，調試試驗共計218 項，分為4 個子階段：A0 為初步試驗階段（不計入調試試驗項目總數）；A1 為冷態功能試驗階段；A2 為熱態功能試驗階段；A3 為裝料準備階段。

B階段，首次裝料和初始臨界試驗、零功率試驗、低功率試驗階段，調試試驗共計27 項，分為3 個子階段：B1 為首次裝料和初始臨界前試驗階段；B2為首次裝料后除濕階段；B3為低功率試驗階段。

C 階段，功率試驗階段，調試試驗共計69項，分為5 個子階段：C1 為15%PFP（電廠額定功率）階段；C2 為30%PFP 階段；C3 為50%PFP 階段；C4 為65%PFP 階段；C5 為100%PFP階段。

2 高溫堆概率安全分析概況

概率安全分析采用系統可靠性評價技術（故障樹、事件樹分析）與概率風險分析方法對核電廠各種可能事故的發生和發展過程進行全面分析，對事故的發生頻率及造成的后果做出定量估計，是核電廠不可或缺的分析工具［5-8］。

PSA 產生風險重要度結果。風險重要度是指一個部件/事件或割集對系統失效（在核電廠PSA 中一般指堆芯熔化）的貢獻。某一事件的風險重要度數值大，則說明該部件/事件重要性高。PSA 常用的風險重要度指標有割集（Fussell-Vesely，簡稱FV）重要度和風險增加當量（Risk Achievement Worth，簡稱RAW）重要度。

壓水堆核電廠PSA 一般采用3 級分析框架，即1級（以堆芯損傷為分析目標）、2級（分析安全殼行為，得到釋放出的源項強度和分布）以及3 級（放射性釋放對電站周邊產生的影響）。考慮到高溫堆的技術特點，壓水堆PSA 評價的堆芯損傷和大量早期釋放并不適用于高溫堆PSA。因此，高溫堆PSA采用了始發事件—事件樹—釋放類的一體化分析框架，如圖2所示，即以始發事件為起點，以事件序列為主干，以釋放類為終點的事件樹框架，釋放類成為高溫堆PSA事件樹的序列終態和主要定量化目標［7-9］。

圖2 壓水堆與高溫堆的PSA框架對比Fig.2 Comparison of PSA framework between PWR and HTR-PM

高溫堆概率安全分析給出了全范圍內始發事件對風險指標的貢獻分布，功率運行工況、低功率停堆工況和乏燃料貯存設施（正常卸料及貯存階段）全范圍始發事件對風險指標的總貢獻率為99.9%。因此，應用上述概率安全分析結果可以保證選取的調試試驗監督項目能夠覆蓋風險重要度高的部件。

3 調試監督項目的選取

3.1 調試監督項目選取的步驟

如何從314項調試試驗中識別出對核電廠風險有重要貢獻的試驗項目進行監督，對國家核安全監管部門有效分配監督資源，確保高溫堆調試質量，控制高溫堆核安全風險具有重要意義。

本節將描述PSA 重要度分析結果在調試監督項目選取中的應用過程。調試監督項目選取的起點是PSA 重要度分析識別出了對核電廠風險有重要貢獻的設備失效基本事件。

3.1.1 形成系統的重要基本事件清單

高溫堆功率運行工況、低功率停堆工況、乏燃料貯存設施（正常卸料及貯存階段）的概率安全分析報告產生了風險重要度分析結果。本研究選取針對設備失效的FV重要度分析（前50）和RAW重要度分析（前50）的數據，共計300條設備失效重要度分析結果。

根據設備失效重要度分析結果，本文將設備失效基本事件按照設備合并輸出、制作表格，獲得各系統的基本事件清單，共對應16 個系統，系統清單見表1，各系統的基本事件數量如圖3所示。

表1 高溫堆設備失效風險重要度高的系統清單Table 1 List of systems with high failure risk of equipment of HTR-PM

3.1.2 形成設備的重要基本事件清單

將各系統的基本事件清單按照設備進行排序，合并重復的基本事件，去除調試試驗無法驗證的基本事件（如設備維修不可用），形成各設備對應的重要基本事件清單。

圖3 高溫堆各系統的設備失效基本事件數量對比Fig.3 Number comparison of equipment failure basic events in each system of HTR-PM

3.1.3 選取調試監督項目和見證點

將各設備對應的重要基本事件與該系統的調試試驗程序進行對照，選取驗證該設備功能的試驗章節為調試監督見證點，相應的試驗項目即為調試監督項目。如果某一安全功能在多份試驗程序中均進行驗證，則選取試驗工況更為嚴苛的試驗程序。如熱態功能試驗的工況“氦氣、7 MPa、250℃”比冷態功能試驗的工況“空氣、常溫、常壓”更為嚴苛，因此，應選擇熱態功能試驗作為調試監督項目。

3.2 調試監督項目選取舉例

本文以一回路壓力泄放系統手動泄壓閥1JEG40AA101調試試驗選點的過程進行說明。

第一步，對排名前50 的FV 重要度和RAW重要度數據排序合并，本文產生一回路壓力泄放系統的重要基本事件清單，見表2。

表2 一回路壓力泄放系統相關的重要基本事件Table 2 Elementary events related to JEG system of HTR-PM

第二步，對表2中的基本事件按照設備進行排序、合并，本文得出各設備對應的基本事件清單，手動泄壓閥1JEG40AA101 相關的基本事件見表3。去除調試試驗無法驗證的基本事件“1JEG40AA101 維修不可用”，則手動泄壓閥1JEG40AA101 相關的基本事件只有一項，即“1JEG40AA101拒開”。

表3 手動閥1JEG40AA101相關的基本事件Table 3 Elementary events related to valve 1JEG40AA101

第三步，將“1JEG40AA101 拒開”基本事件與一回路壓力泄放系統調試試驗進行對照，調試試驗程序《一回路壓力泄放系統隔離閥功能試驗》“8.3 手動泄壓閥1JEG40AA101功能試驗”驗證了閥門的開啟功能，因此，本文選取該試驗作為調試監督項目，8.3 章節試驗作為見證點。

3.3 基于PSA重要度分析的調試監督項目清單

應用高溫堆PSA 重要度分析結果，本文共選取16個系統28份調試試驗程序作為調試監督項目，見表4，同時選取73 個試驗章節作為見證點。

表4 基于PSA重要度分析的高溫堆調試監督項目清單Table 4 List of inspection objects of commissioning test of HTR-PM based on probabilistic safety assessment

基于PSA 重要度分析的高溫堆調試監督項目清單涵蓋16 個系統，其中10 個為安全級系統。同時，清單中選取了核島正常廠用電系統、氦凈化系統、廠用水系統等核島非安全級系統的試驗，選取了啟動停堆系統、凝結水系統、常規島交流廠用電系統等常規島系統的試驗作為調試監督項目。這些試驗項目在以往基于確定論安全方法的調試監督實踐中得到的關注較少，表明概率安全分析對確定論安全分析進行了有力補充。通過對上述調試監督項目清單中的試驗采取與其重要度相適應的監管措施，我們可以將資源集中在重要設備，實現資源的優化配置和風險指引型監管。

4 結論

概率安全分析技術的發展為開展風險指引型監督，高效配置監管資源提供了支撐。華東監督站應用概率安全分析結果，探索開展了高溫堆調試監督研究，分析了高溫堆調試試驗項目，選取了安全重要的調試試驗和見證點，形成了基于PSA 重要度分析的高溫堆調試監督項目清單。華東監督站將積極運用調試研究成果，探索風險指引型監督，合理配置調試監督資源，提高監督效率和效能。