一種預防核電機組關鍵敏感設備失效的方法

岳春生，李建春，劉 健，雷青松

（中核核電運行管理有限公司，浙江嘉興 314300）

0 引言

作為清潔能源，核電在國家電力結構中所占比例越來越高。據不完全統計，截至2019 年二季度，國內帶核運行機組47 座、在建機組11 座。根據HAF103《核動力廠運行安全規定》和HAD103/06《核動力廠營運單位的組織和安全運行管理》相關規定，“安全第一”既是公眾對核電營運單位的要求，同時也是核電營運單位對公眾的承諾。

核電機組工藝系統復雜、設備眾多。以某700 MW 核電單機組為例，有主輔系統200 多個，涉及設備近8 萬臺。為便于生產管理及維修資源的合理分配和優化利用，確保對核電機組安全穩定經濟運行產生重要影響的系統、設備得到充分重視。營運單位現普遍對設備實行分級管理，其中將“單個設備故障即可導致電站停堆、停機、降功率、功率大幅度波動的設備”定義為關鍵敏感（Single Point Vulnerability，SPV）設備。“SPV 設備是核電機組中最重要的設備”已成為營運單位人員的共識，但就如何開展SPV 設備管理，尤其在預防SPV 設備失效方面缺少相對系統、科學的方法。

在此背景下，基于核電機組營運特點和經驗，建立一種預防SPV 設備失效的方法，以保障核電機組運行的可靠性與安全性。該方法主要流程見圖1。

圖1 預防SPV 設備失效方法流程

1 SPV 設備識別

發生單一設備故障將產生下列任意一項后果的，即為SPV 設備。

（1）引起自動或手動停堆、停機。

（2）引起大的功率擾動，幅度≥10%FP（滿功率）。

（3）非計劃進入運行限制條件要求的降模式，無法在線檢修或不能在限期內修復。

（4）無法在線檢修，且機組無法保持長期穩定運行。

2 敏感部件識別

2.1 資料收集

收集SPV 設備相關資料，包括但不限于以下內容。

（1）SPV 設備的控制邏輯圖、設備接線圖。

（2）SPV 設備的機械結構圖和輔助系統流程圖。

（3）停堆停機控制原理圖。

（4）本營運單位歷史停堆停機及功率波動事件。

（5）利用外部經驗反饋，尤其是同類型機組經驗反饋。

（6）外部停堆停機事件分析報告。

（7）設備材料清單。

（8）運行文件、PSA 分析結果相關資料。

2.2 故障樹分析法識別

確定停堆、汽輪機停機、發電機停機、變壓器跳閘、主泵跳閘頂事件，列出導致頂事件發生的脫扣信號，包括誤動作、誤信號導致的脫扣，分析這些脫扣信號產生的原因，并深入分析，直至找到可更換的最小部件單元。雙重及多重故障導致頂事件發生的情況不在SPV 范圍。

2.3 大型設備敏感部件識別

就主泵、汽輪機、主變等大型設備，除邏輯控制信號導致跳閘以外，本體及輔助系統的失效亦會導致其故障。設備本體敏感部件識別方法如下。

（1）根據該類型設備的故障模式及影響分析結果，結合內外部經驗反饋，找出導致該設備故障的敏感部件。

（2）從該設備的輔助系統圖紙上找出導致該設備故障的敏感子設備。

2.4 邏輯控制系統敏感部件識別

邏輯控制系統包括停堆/停機邏輯、控制/調節系統和重大設備保護、重要電源系統等，控制系統的敏感部件識別是SPV設備管理的重點。根據分析內容及技術資料所定義的系統邊界，可編制簡化的邏輯功能圖，直觀反應出系統的組成和功能。

（1）系統分解。分成輸入、處理和輸出等3 個部分，每部分可繼續劃分功能塊。通常，輸入部分以信號與處理部分的接線端子為界，處理部分以卡件為邊界，輸出部分以執行機構和系統的接線端子為界。

（2）輸出部分分析考慮因素。被控設備的操作和響應要求，執行機構的性能影響。標識驅動或聯鎖輸出信號的功能和接口，納入控制系統功能和重大設備保護分析的范圍。對于相對簡單的對象，可召集多專業人員協同直接確認是否為SPV 設備。

（3）處理部分分析考慮因素。設計準則的符合性、信號的內部擴展性、設備或電源的共用性、處理部分的供電多樣化和結構特殊性、設備失電狀態、整體/局部冗余性、冗余/切換方式。同時還需要考慮手/自動切換功能的差異及多重信息提示、操作員承擔的調節和控制工作。

（4）輸入部分的分析考慮因素。信號設計標準、信號電源和處理單元電源的一致性、變送器的可隔離性、變送器信號取樣管線的共用性、高溫/高壓/腐蝕性介質對信號測量的影響性、取樣管線泄漏對信號的影響性、信號的內部擴展性、信號的隔離性。

（5）擴展信號來源——工藝邊界，考慮因素。測量介質的高溫/高壓/強輻射/強腐蝕性、管線泄漏對工藝系統的影響性、工藝邊界泄漏/泵組失效/閥門故障帶來的儀表響應。

3 緩解策略分析

對SPV 設備及所含敏感部件進行緩解策略分析，類型相同、運行條件相近的設備可以作批量分析。SPV 設備緩解策略分析前，先收集相關文件資料，包括近兩年的SPV 設備維修歷史、設備狀態監督歷史、內外經驗反饋、停堆停機事件、設計變更及已識別的老化和過時問題等，并對運行、維修、隔離和技術等4個領域開展緩解策略分析。

3.1 運行緩解

重點關注系統或設備的運行。通過改變運行方式、運行/行政隔離管理、附加的運行干預行動等手段，減少SPV 設備故障的風險或緩解SPV 設備故障的后果。

3.2 維修緩解

重點關注SPV 設備的預防性維修策略和維修規程改進。審查確認SPV 設備識別的所有潛在故障模式都已經過評估，核實預防性維修大綱中是否已根據需要建立了相應緩解任務。維修緩解措施制定方法如下。

（1）根據已識別出的失效、老化或降級機理，結合內外部經驗反饋，審查預防性維修的可優化性。開展預防性維修優化工作時，應審查供應商手冊、行業標準規范等預防性維修基準文件，以確保優化的恰當性。

（2）審查維修任務建立了標準的維修后試驗內容和驗收準則，確認滿足維修質量的驗證要求。

（3）審查維修規程的詳盡性和準確性。在維修規程中，力矩、公差以及驗收準則應具體、明確，關鍵工序應被識別并予以風險提示和防范措施，同時應在質量計劃中設置見證點。

3.3 隔離緩解

通過現場設置實體隔離，防止SPV 設備被人員誤碰、蒸汽等高溫環境或流體泄漏造成的誤噴淋及可能的飛射物造成的非預期動作等。實體隔離應優先設置在現有設施上，例如，將電儀控制柜門和房間門上鎖的方式；若需要額外增加實體隔離設施，則須進入設計變更流程，進行充分評估，避免引入其他不利影響。

3.4 技術緩解

根據已識別的失效或降級機理，審查、改進已有性能監測方案，包括狀態監測和預測性維修、定期試驗、運行巡檢、維修人員和設備工程師巡檢、修前記錄等。若SPV 風險未能通過其他緩解措施有效緩解，而能夠通過一種經濟、可行的設計變更，永久消除SPV 風險，則考慮設計變更。

4 制定糾正行動

根據緩解策略分析結果制定相應的糾正行動，經審查、批準后納入狀態報告系統進行跟蹤管理。

5 SPV 設備日常管理

除執行SPV 設備的緩解或消除策略外，必須加強日常管理以減少SPV 設備失效風險。SPV 設備日常管理涉及技術、運行、維修、工作控制、采購與倉貯、大修、經驗反饋等領域，須在各領域的相關管理程序中落實要求。在公司年度預算、人力資源需求、設計變更優先級等資源需求方面，SPV 設備的相關管理活動有優先投入權，以消除和減少SPV 失效風險。具體包括以下管理要求。

5.1 技術管理

（1）營運單位編制SPV 設備清單，納入生產文件系統管理。SPV 設備清單的調整須經技術主管經理批準，且相關調整須及時更新、反饋到相關文件、系統中。

（2）針對每臺SPV 設備設立專門的技術負責人——設備工程師。

（3）建立健全預防性維修策略，確保SPV 設備所有的失效模式均有相應的預防性維修活動予以預防，通過對設備修前狀態的跟蹤評價和趨勢分析來持續改進維修策略。

（4）確保SPV 設備關鍵文件的完整性、及時更新和容易獲得。

（5）確保SPV 設備材料清單的正確性。

（6）確保老化和過時的問題能夠識別并糾正。

（7）對SPV 設備進行定期巡檢和性能評價。

（8）在永久變更和臨時變更審批流程中，明確要求各專業和部門嚴格審查“是否新增了SPV 設備”，必要時修改變更方案，以避免變更新增SPV 設備。

（9）SPV 設備的預防性維修超期須經過嚴格的技術審查和批準。

（10）嚴格分析SPV 設備故障原因，防止類似事件重復發生。

5.2 運行管理

（1）在日常巡檢中重點關注SPV 設備的性能和狀態。

（2）對SPV 設備可運行性的任何威脅，應在值班日志中記錄并作好交接。

（3）當SPV 設備出現不利趨勢時，應制定運行風險緩解措施；當發生嚴重降級趨勢時，應通過運行決策流程進行評估和控制。

（4）在SPV 設備從維修或變更狀態重新投入運行時，應嚴格進行功能驗證。

5.3 維修管理

（1）建立SPV 設備維修負責人制度，SPV 設備維修負責人須經專項授權。

（2）對SPV 維修開展定期巡檢。

（3）編制SPV 設備專用規程。

（4）對SPV 設備維修工作進行詳細的風險識別和分析，準備應對措施，必要時進行演練。

（5）備件使用前須進行完好性和功能性檢查。

（6）維修過程中，設備工程師須進行監督并填寫監督單，監督單作為設備歷史記錄歸檔保存。

（7）設備維修后、復役前，須通過修后試驗驗證維修質量。

（8）正確使用防人因失誤工具，不發生人因導致設備損壞。

（9）記錄設備維修前狀態以支持維修策略改進。

5.4 設備標識管理

（1）在SPV 設備工作包上增加SPV 水印標識，提醒工作人員注意。

（2）為提高工作人員警覺性，防止誤碰、誤動等導致設備非預期動作，對人員可接近的SPV 設備或部件進行現場標識或保護。

能在設備上標識的，則直接在設備上進行標識，采用的設備標識牌紅底白字，如圖2 所示。不能在設備上標識，可對設備所在區域進行標識，采用的區域標識牌紅底白字，如圖3 所示；或采用地面警示條，黃紅相間底，紅底處白字，如圖4 所示。繼電保護間、停堆棒/調節棒控制間、反應堆保護柜、發電機保護、變壓器保護、汽輪機保護、過程儀表控制機柜、重要電源系統、開關站設備保護系統等SPV 設備較密集的場所，應在機柜門和房間門上設置SPV 區域標識，若現場條件許可，也應在設備上設置SPV 標識。SPV 標識應設置在易觀察部位，并盡可能與設備標牌相鄰。SPV 敏感部件若遠離SPV 設備，則對SPV 敏感部件進行獨立標識。

圖2 SPV 設備標識牌

圖3 SPV 設備區域標識牌

圖4 SPV 設備區域地面警示條

5.5 工作控制管理

（1）在工作管理系統中能夠清晰識別對SPV 設備所開展的活動。

（2）優先安排SPV 設備的缺陷維修和預防性維修工作。

（3）在工作準備、計劃排程、工作實施各環節對風險進行識別和控制，慎重調整SPV 設備的工作計劃。

5.6 備件采購和倉儲管理

（1）對于SPV 設備備件進行嚴格驗收檢查，必要時進行源地驗收、駐廠監造或送第三方檢測。

（2）制定嚴格的供應商準入門檻，進行嚴格監管，定期開展資質審查。

（3）制定和執行SPV 設備備件的貯存條件、保存期限和保養計劃要求。

（4）備件管理數據庫中和備件實體上須有明顯的“SPV”標識。

（5）確保備件庫存量滿足預防性維修和消缺的需要。

（6）優先解決SPV 設備備件斷供問題。