VVER機組維修規則范圍篩選技術方法研究

(江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042)

維修規則，簡稱MR(Maintenance Rule)，是從美國引進的對核電廠構筑物、系統和設備(SSC)維修活動的有效性進行評價的規則體系。根據美國核電廠的實踐經驗，核電廠實施基于構筑物、系統和設備維修有效性評價和維修風險管理的維修規則，通過具體的指標來評價核電廠維修活動的實施風險和實施效果，一方面能夠進一步提高監管當局對核電廠核安全監管的針對性和有效性，另一方面能夠提高核電廠預防性維修等活動開展的自主性和合理性，對提高電廠運營業績具有積極的促進作用。目前國家核安全局及國內各核電廠均在積極對標國際先進，開始著手建立國內核電廠的維修規則體系。

維修規則包括條款(a)和條款(b)兩部分內容。其中(a)條款規定了：核電廠應該如何去管理納入維修規則范圍內的SSC[1];(b)條款規定了：核電廠的哪些SSC應該納入維修規則管理的范圍。從維修規則的主要內容可以看出，準確劃定維修規則管理的SSC的范圍是核電廠實施維修規則的重要基礎之一。本文研究提出了維修規則范圍篩選的技術流程和實施方法。

1 維修規則范圍篩選

1988年以前，美國維修規則的范圍包括核電站配套設施(BOP)在內的電廠所有的SSC，這給核電廠維修規則工作的實施帶來了巨大的困難。1988年11月，美國核管會(NRC)在考慮了核電廠和政府意見后，將維修規則的范圍限定于安全相關的SSC和失效后會直接損害公眾健康和安全的BOP系統設備[2]。后續又結合實踐進行修訂，形成了現行使用的安全相關SSC范圍篩選輔助說明以及4條非安全相關SSC范圍篩選判定準則。

核電廠系統設備數量龐大，對所有的SSC都進行維修規則管理是不現實的，也是沒有必要的。因此準確劃定維修規則的范圍既能減少監管當局和核電站的壓力，又能將監管和監測的主要精力集中于失效會危及核電站安全運行、導致緊急停機停堆等瞬態的SSC，確保核電站安全穩定經濟運行。一般來說，當滿足下列情況時，核電站需要重新判定SSC是否包含在維修規則范圍內：

1)技改、替代；

2)內外部經驗反饋；

3)應急運行規程(EOP)或最終安全分析報告(FSAR)修訂；

4)與系統相關的安全概率分析(PSA)模型變更或升版；

5)范圍篩選準則發生變化；

f.SSC不再用于EOP，且不滿足任何非安全相關SSC的判定標準；

g.原有的判定錯誤，經審查確定該SSC不屬于維修規則的范圍[3]。

以上為需要重新判定維修規則SSC范圍的參考情況，但不唯一。只要有充分恰當的理由，電廠都應該對SSC的維修規則范圍進行重新審查和評估。

2 維修規則范圍篩選原則

維修規則范圍篩選基于安全原則，包括所有安全相關的SSC[簡稱b(1)]和部分非安全相關的SSC[簡稱b(2)]。

2.1 安全相關SSC篩選原則

在設計基準事故期間或之后仍需提供如下功能的SSC：

a.保持反應堆冷卻劑壓力邊界的完整性；

b.實現反應堆停堆并維持其在安全停堆狀態；

c.防止或緩解潛在場外輻射事故后果，執行放射性物質屏蔽及包容功能。

2.2 非安全相關SSC篩選原則

a.用于緩解核電站最終安全分析報告中所描述的事故或瞬態；

b.應用于EOP中；

c.失效會直接妨礙安全相關系統完成其安全相關功能；

d.失效會直接導致反應堆緊急停堆或觸發安全系統動作。

3 維修規則范圍篩選流程和方法

根據國內目前的監管要求，實施維修規則的核電站需要建立核電站設備級的維修規則范圍清單。因此維修規則單個系統的范圍篩選流程應以輸出該系統的維修規則范圍設備清單并生效系統的范圍篩選報告為流程終點。田灣核電站針對VVER機組系統設備的特點，結合SRCM分析方法，制定了圖1所示的維修規則范圍篩選流程[4-5]。

圖1 MR范圍篩選流程圖Fig.1 The process of defining Maintenance Rule scope

3.1 選擇系統

核電站在開展設備分級、SRCM分析、RCM分析等工作時會根據系統對核電站正常運行的重要作用、系統的預防性維修和缺陷數量等，選擇一部分有價值的系統開展分析工作。但對于維修規則范圍篩選來說，分析需要涵蓋核電站的每個系統，不能存在遺漏。

3.2 人員和文件準備

根據田灣核電站先導系統維修規則范圍篩選開展實踐，核電站通過以運行人員為主導、多專業配合審查的方式開展維修規則范圍篩選工作，能有效提高范圍篩選結果的準確性。分析時選定一名操作員擔任系統分析負責人，設備工程師、儀控人員等配合開展設備故障模式列寫、儀控邏輯分析等工作。

分析需要準備的文件資料如下：

a.系統設計文件；

b.管線和儀表的竣工圖；

c.邏輯圖和電氣接線圖；

d.最終安全分析報告；

e.系統相關的設計變更；

f.系統的PSA分析報告；

g.系統的EOP及其參考規程；

h.系統的設備及設備分級清單；

i.最新版的系統流程圖。

除以上資料外，核電站的相關技術專家以及有經驗的運行、維修、技術管理人員具備的知識和經驗也可以為分析提供非常有價值的信息，分析時應多與技術人員進行溝通和交流。

3.3 確定系統邊界

如果某系統已開展過系統化的設備分級或者SRCM、RCM分析等工作，那么該系統的邊界是可以直接沿用的，只需對進行過改造變更的系統邊界設備加以驗證分析。結合系統設備的KKS編碼特點，田灣核電站在開展先導系統的維修規則范圍篩選時，按如下原則和方法進行系統邊界的劃分[6]。

1)系統機械邊界：田灣核電站以系統KKS碼為基準進行系統機械邊界的劃分，到邊界閥門或設備的外法蘭連接處或第一道焊口。所有的機械設備(包括靜機和轉機)包含在分析范圍內。

2)系統電氣邊界：田灣核電站以系統KKS碼為基準進行系統機械邊界內電氣設備邊界的劃分，邊界上到電氣開關的觸頭，下到就地的電氣設備進線接頭。假設控制電源和動力電源都是可用的。典型的，供應電源的斷路器包含在邊界內，但母線不包括在內。電氣二次側控制設備包含在所在的電氣開關中(見圖2)。

3)系統儀控邊界：田灣核電站以系統KKS碼為基準進行系統機械邊界內儀控設備邊界的劃分，邊界到就地儀控設備本體，有信號傳輸或控制功能的設備邊界到設備本體與傳輸線的接口(即不包括傳輸電纜)。將整個儀表回路包含在邊界內，即使它的輸出可能送到分析邊界以外(見圖3)。

圖2 系統電氣邊界劃分示意圖Fig.2 The electrical boundary diagram of the system

圖3 系統儀控邊界劃分示意圖Fig.3 The I&C boundary diagram of the system

定義系統邊界時要考慮壓空。與電源一樣，一般假設儀表和控制壓空都是可用的。考慮系統邊界時只考慮供應氣源的電磁閥。

3.4 確定系統功能

確定系統邊界后，參考系統設計文件、正常運行規程、事故運行規程、儀控邏輯功能圖等文件，列出系統功能。一般來說，在進行SRCM、RCM等分析時，系統功能列寫會比較詳細，這樣更利于分析設備關鍵度和確定設備的預防性維修任務。但在進行維修規則范圍篩選時，可以對系統功能進行一定分類和簡化，將系統功能數量限制在合理的水平。

3.5 識別維修規則功能和非維修規則功能

通過分析功能失效及其影響，結合安全相關和非安全相關SSC范圍篩選原則，識別系統的維修規則功能和非維修規則功能。

每個功能至少有一個功能失效與之對應。功能失效是對功能的失效機理的說明。一般表達成與相應功能相反。例如，如果功能描述為“向蒸汽發生器供應足夠的給水”，那么功能失效可以描述為“向蒸汽發生器供應足夠的給水失敗”。功能失效的表達應能使任何一個熟悉系統和設備的人都能將功能失效與相應設備的失效聯系起來。

同時，維修規則b(2)篩選準則的c和d條款存在“可能妨礙”、“可能導致”等存在分歧的描述。為便于分析人員充分理解維修規則的范圍篩選準則，確保得出準確一致的分析結果，田灣核電站明確范圍篩選準則中的b(2)c條款為：非安全相關SSC失效會直接妨礙安全相關系統完成其安全相關功能；明確b(2)d條款為：非安全相關SSC失效會直接導致反應堆緊急停堆或觸發安全系統動作。

3.6 判斷運行模式/備用/是否固有可靠

這里需要對備用狀態的判斷進行一個說明。核電站中一部分人員認為備用和冗余二者是等同的，這存在一定誤解。

如圖4所示，泵A和泵B為兩臺燃油輸送泵，每一臺都是100%容量，這兩臺泵同時運行，從不同的流向為柴油機提供燃油，它們中的任何一臺失效都不會影響柴油機的啟動，則泵A和泵B互為冗余。而另一種情形，如圖4中的泵C和泵D，如果泵D是泵C的備用泵，則正常情況下泵D是不運行的，只有在泵C失效時，備用泵D才啟動。因此，備用和冗余是兩種完全不同的情況，需要正確區分。

圖4 冗余和備用分析Fig.4 The analysis of redundant and spare

3.7 列寫設備清單

根據實踐經驗反饋，列寫設備清單時應先對SSC的顆粒度進行明確和規定，因為如果未對SSC的顆粒度進行規定，有的分析人員會將部件也列入清單中，對后續的范圍清單管理造成困難。同時列寫設備清單時，應先確定系統邊界上的設備，再結合系統流程圖和核電站主數據列寫系統內的所有設備，然后分析失效模式對功能的影響。而不是根據完成該系統功能需要哪些設備來確定系統設備清單，這樣會造成設備遺漏。以上做法也便于后續維修規則范圍設備清單的信息化管理。

3.8 設備失效及影響分析

確定了設備清單后，下一步就是根據設備類型列寫設備的主要失效模式。列寫設備失效模式時要充分考慮設備的運行、維修歷史，要盡可能的考慮全面。因為一個失效模式對應著一個或多個預防性維修任務，后續在制定a(1)糾正行動時很大程度需要重新考慮設備的失效模式及其對應的預防性維修任務，如果設備失效及影響分析工作開展得非常詳細和全面，會對后續制定a(1)糾正行動等工作提供極大的幫助。

另外，在考慮設備失效模式發生概率時也要充分結合電廠的運行、維修歷史。對于某一故障模式，在Tj時間內Ci故障模式的發生概率為：

Pi=1-eCi

但對于每個失效模式都使用式(1)計算是不現實的，也是不必要的。同時還需要考慮環境、載荷、維修條件以及工程師經驗等對失效概率進行修正。因此主要由負責分析的工程師統籌考慮設備失效發生的可能性[7]，對于故障發生概率極低的失效模式不進行考慮。

確定設備的失效模式和失效概率后，進一步分析失效模式對系統功能的影響即可確定該設備是否為維修規則范圍設備。如果某一設備的某一失效模式影響到了該系統的維修規則功能，則該設備即為維修規則范圍設備。

3.9 確定維修規則范圍設備清單

這里需要說明的是，在輸出系統的維修規則范圍設備清單后，需要將該清單與系統的設備分級清單進行一個比對。

目前田灣核電站將現場設備劃分為關鍵1級設備(CC1)、關鍵2級設備(CC2)、重要設備(NC)和一般設備(RTM)四個等級，其中RTM設備是指核電站可接受其故障后果和風險的設備。RTM設備通常不需要一個積極主動的預防性維修來防止其失效，只需在設備失效時及時采取糾正性維修即可。

根據美國核電站實踐，維修規則范圍內的設備都需要有預防性維修大綱，而根據國內核電站現有的設備可靠性管理要求，RTM設備不需要編制預防性維修大綱。如果維修規則范圍設備清單中存在設備分級為RTM的設備，則需要重新分析該設備的維修規則范圍或設備分級的合理性。

3.10 審查

系統功能及故障分析和設備失效模式及影響分析是維修規則范圍篩選流程中兩個最為重要的環節，它們分析的好壞直接決定了維修規則范圍的準確性，因此在這兩個步驟后分別設立多專業審查的環節能夠有效提高維修規則范圍篩選的準確性。

4 田灣核電站先導系統范圍篩選實踐

田灣核電站以上述流程和方法為指導，選取了1、2號機組乏燃料水池冷卻系統(簡稱FAK)、化學和容積控制系統(簡稱KBA)、應急給水系統(簡稱LAR/LAS)、工藝水機械凈化系統/重要廠用水工藝系統(簡稱PEA/PEB)、柴油發電機冷卻水中間回路系統(簡稱PJK)、應急柴油機系統(簡稱XKA)等6個先導系統開展了維修規則范圍篩選實踐，其中各系統的維修規則功能及維修規則范圍設備數量如表1所示。

表1 田灣核電站MR先導系統范圍篩選結果(雙機組)Table 1 The scope results of MR pilot systemsin Tianwan(double units)

5 結 論

核電站在執行維修活動，特別是安全重要系統的預防性維修活動時，常常會遇到這樣的矛盾：一方面，為了保障SSC的可靠性，需要將SSC退出運行來執行預防性維修活動；另一方面，為了增加SSC的可用性，需要盡可能的讓SSC處于運行狀態。通過實施維修規則，核電站能用具體的指標來更好地平衡電站SSC的可靠性和可用率。而維修規則范圍篩選是核電站建立維修規則體系的重要工作之一。

本文結合VVER機組系統設備特點以及SRCM分析方法，詳細介紹了維修規則范圍篩選的技術流程和方法，并以田灣核電站維修規則先導系統范圍篩選實踐論證了該流程方法的合理性和可行性。同時根據實際工作開展經驗反饋對流程步驟中的一些注意事項和工作要點進行了說明，具有一定的參考和借鑒價值。