安全性能指標(biāo)在核安全監(jiān)管中的應(yīng)用實(shí)踐

劉成運(yùn)，張國旭，李學(xué)法，李龍志，葛 凱，宋斌艷

（1.生態(tài)環(huán)境部華東核與輻射安全監(jiān)督站，上海 200233；2.上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200233）

2004 年，原國家環(huán)境保護(hù)總局（國家核安全局）委托上海核工程研究設(shè)計(jì)院開展“核電廠運(yùn)行安全性能指標(biāo)”調(diào)研，于2006 年完成“核電廠運(yùn)行安全性能指標(biāo)技術(shù)手冊(cè)”（以下簡(jiǎn)稱技術(shù)手冊(cè)）試用版本的編制，并在秦山核電廠和大亞灣核電廠試用［1］。2007 年，根據(jù)試用情況發(fā)布了技術(shù)手冊(cè)A版，并開發(fā)“核電廠運(yùn)行安全性能指標(biāo)”軟件平臺(tái)。2008 年起，全國運(yùn)行核電廠開始試用核電廠安全性能指標(biāo)（Safety Performance Indicators,SPI）體系［2］。2011 年，國家核安全局修訂并發(fā)布技術(shù)手冊(cè)B版，沿用至今。2019年，“中國核電廠總體安全狀況”公開頁面正式上線發(fā)布［3］，向社會(huì)公開展示核電廠的安全水平（如圖1所示）。

圖1 我國核電廠安全性能指標(biāo)公開頁面Fig.1 Public Webpage of SPI in China

SPI 可以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)相關(guān)要素的性能，在一定程度上反映核電廠的運(yùn)行安全狀況［4,5］。通過對(duì)美國核管會(huì)（The Nuclear Regulatory Commission，NRC）監(jiān)管體系的研究發(fā)現(xiàn)，作為基于性能、風(fēng)險(xiǎn)指引的監(jiān) 管框架［6，7］（Risk-Informed and Performance-Based Regulatory Framework）（如圖2所示）的核心基礎(chǔ)，SPI 與重要度判定程序（Significance Determination Process，SDP）可以分別用來評(píng)價(jià)累積失效影響和單次事件風(fēng)險(xiǎn)，兩者結(jié)合可以綜合評(píng)價(jià)核電廠的安全水平，為核安全監(jiān)管部門掌握和研判核電廠的安全狀態(tài)提供一種相對(duì)合理的方法［8］。

圖2 美國核管會(huì)核電廠監(jiān)管框架Fig.2 Regulatory Framework of NPP,NRC

2014 年起，華東核與輻射安全監(jiān)督站（Eastern China Region Office,ERO）在核電廠監(jiān)管指針（Plant Oversight Guideline,POG）的指導(dǎo)下開展了基于性能、風(fēng)險(xiǎn)指引的監(jiān)督探索，調(diào)研了運(yùn)行核電廠的性能指標(biāo)管理情況，開展了試點(diǎn)核查、試點(diǎn)分析，并結(jié)合性能指標(biāo)對(duì)各運(yùn)行機(jī)組進(jìn)行了評(píng)估。為保證監(jiān)管基礎(chǔ)信息的可信度，ERO還部署了性能指標(biāo)專項(xiàng)核查［9］。

在性能指標(biāo)數(shù)據(jù)真實(shí)可信的基礎(chǔ)上，開展進(jìn)一步的數(shù)據(jù)跟蹤和趨勢(shì)分析，可以有效地識(shí)別安全重要領(lǐng)域存在的異常和不良趨勢(shì)，并甄別營運(yùn)單位在性能指標(biāo)管理上存在的問題。

1 性能指標(biāo)的分析

1.1 運(yùn)行安全性能指標(biāo)

根據(jù)SPI體系的框架［10］，將“運(yùn)行核電廠核與輻射安全”的總體目標(biāo)分解到反應(yīng)堆安全、輻射安全、應(yīng)急準(zhǔn)備和電廠保衛(wèi)四個(gè)領(lǐng)域分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。為便于實(shí)施，進(jìn)一步細(xì)分為始發(fā)事件、緩解系統(tǒng)、屏障完整性、職業(yè)照射安全、公眾照射安全、場(chǎng)區(qū)應(yīng)急和實(shí)物保護(hù)七個(gè)要素，并為每個(gè)要素制定更加詳細(xì)的指標(biāo)，最終形成四個(gè)層級(jí)構(gòu)成的指標(biāo)體系，如圖3所示。

圖3 核電廠運(yùn)行安全性能指標(biāo)Fig.3 Safety Performance Indicators,SPI

指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)采用定量和定性的方式，用綠、白、黃和橙色來顯示指標(biāo)所處的不同安全等級(jí)。其中綠色表示性能狀態(tài)滿足相應(yīng)的安全基礎(chǔ)目標(biāo)，性能達(dá)到預(yù)期水平；白色表示性能狀態(tài)滿足相應(yīng)的安全基礎(chǔ)目標(biāo)，但性能離預(yù)期水平有所偏離；黃色表示性能狀態(tài)滿足相應(yīng)的安全基礎(chǔ)目標(biāo)，但安全裕度出現(xiàn)微小降級(jí)；橙色表示性能出現(xiàn)了較大的降級(jí)，在嚴(yán)重情況下，將不能滿足安全基礎(chǔ)目標(biāo)，需要立即采取糾正措施［3］。

以緩解系統(tǒng)的性能指標(biāo)為例，我國大部分壓水堆核電廠主要監(jiān)測(cè)應(yīng)急交流電源系統(tǒng)、高壓安注系統(tǒng)、輔助給水系統(tǒng)、重要廠用水系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)五個(gè)重要緩解系統(tǒng)的不可用度，目的是監(jiān)控緩解始發(fā)事件、防止堆芯損傷的安全系統(tǒng)的有效性。

系統(tǒng)不可用度，即系統(tǒng)中獨(dú)立系列的平均不可用度，為系列不可用時(shí)間與系列被要求能夠執(zhí)行預(yù)期安全功能的時(shí)間的比值［10］。其計(jì)算方法為：

公式（1）中：

UAI為系列平均不可用度；

UAP為滾動(dòng)連續(xù)12個(gè)季度內(nèi)系列計(jì)劃不可用時(shí)間，包括因?yàn)榫S修、試驗(yàn)、設(shè)備調(diào)整和因?yàn)殡娏υ蚧蚱渌A(yù)先計(jì)劃好的原因而造成的系列不能投運(yùn)的總時(shí)間；

UAu為滾動(dòng)連續(xù)12個(gè)季度內(nèi)系列非計(jì)劃不可用時(shí)間，包括糾正性維修時(shí)間或從發(fā)現(xiàn)引起系列不可用的設(shè)備失效或人員差錯(cuò)到最終恢復(fù)可用所用的時(shí)間；

FE為滾動(dòng)連續(xù)12個(gè)季度內(nèi)系列故障暴露時(shí)間，是指系列發(fā)生故障后未被發(fā)現(xiàn)的時(shí)間，即從系列發(fā)生故障到故障被發(fā)現(xiàn)這段時(shí)間；

T為滾動(dòng)連續(xù)12 個(gè)季度的系列總需求時(shí)間，指安全系統(tǒng)某系列被要求執(zhí)行其安全功能的總時(shí)間。

就應(yīng)急交流電源系統(tǒng)而言，確定其性能顏色的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則如下：

1）如果UAI≤2.5%，則性能為綠色；

2）如果2.5%≤UAI≤5.0%，則性能為白色；

3）如果5.0%≤UAI≤10.0%，則性能為黃色；

4）如果UAI＞10.0%，則性能為紅色。

其余系統(tǒng)性能顏色也有類似準(zhǔn)則，通過緩解系統(tǒng)不可用度，能夠有效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)，進(jìn)而評(píng)價(jià)核電廠發(fā)生事故時(shí)相關(guān)安全系統(tǒng)投入運(yùn)行以緩解事故的能力，有助于判斷設(shè)備性能對(duì)核安全的影響程度，輔助核安全監(jiān)管部門制定適當(dāng)?shù)谋O(jiān)管策略［11］。

1.2 性能指標(biāo)分析探索

根據(jù)ERO 與生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心聯(lián)合開展的性能指標(biāo)試點(diǎn)調(diào)研的結(jié)果，個(gè)別核電廠存在緩解系統(tǒng)不可用度均處于綠色級(jí)別，但某個(gè)系統(tǒng)不可用度較其他系統(tǒng)高出1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)的情況（如圖4 所示）。ERO 綜合調(diào)研與性能指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)核查的情況調(diào)整了后續(xù)監(jiān)督檢查的策略，并向國家核安局提交了專題報(bào)告，有效推動(dòng)了營運(yùn)單位提升了在SPI 領(lǐng)域的管理水平。

圖4 某緩解系統(tǒng)的不可用度Fig.4 Unavailability of a Mitigation System

基于前期成果，ERO認(rèn)為將SPI評(píng)估結(jié)果用于輔助監(jiān)督檢查是可行的。對(duì)SPI的監(jiān)測(cè)有助于發(fā)現(xiàn)核電廠安全物項(xiàng)或者運(yùn)行管理方面的不良趨勢(shì)，ERO可以據(jù)此采取不同監(jiān)管響應(yīng)行動(dòng)，如非例行監(jiān)督檢查、監(jiān)督會(huì)議、監(jiān)管對(duì)話等，督促營運(yùn)單位履行主體責(zé)任，改進(jìn)弱項(xiàng)，降低核安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 性能指標(biāo)分析

本文以2018年以來的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在不剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的前提下開展分析，并結(jié)合性能指標(biāo)核查的情況進(jìn)行對(duì)比，以盡可能暴露目前存在的問題，發(fā)掘?qū)罄m(xù)監(jiān)管工作有積極意義的信息。

（1）單臺(tái)運(yùn)行機(jī)組的趨勢(shì)分析

以FA核電廠1號(hào)機(jī)組為例，各指標(biāo)趨勢(shì)見圖5?？梢姶蟛糠种笜?biāo)表現(xiàn)良好，但是反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)泄露率指標(biāo)BI02近一年來一直處于高位，并且接近指標(biāo)的50%閾值，存在出現(xiàn)異常色塊的可能，提示需要在后續(xù)監(jiān)督中重點(diǎn)關(guān)注反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的完整性。

圖5 FA核電廠性能指標(biāo)趨勢(shì)Fig.5 Trend of SPI for FA NPP

再以QⅠ核電廠1號(hào)機(jī)組的緩解系統(tǒng)性能指標(biāo)為例（見圖6），應(yīng)急交流電源系統(tǒng)不可用度指標(biāo)MS01 近期有明顯的劣化趨勢(shì)，可以在后續(xù)監(jiān)管工作中增加對(duì)應(yīng)急交流電源系統(tǒng)的關(guān)注，提醒營運(yùn)單位針對(duì)應(yīng)急交流電源系統(tǒng)的設(shè)備可靠性進(jìn)行分析，并提出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)方案。

圖6 QⅠ核電廠1號(hào)機(jī)組緩解性能指標(biāo)趨勢(shì)Fig.6 Trend of Mitigation System SPI for QⅠNPP Unit 1

再以QⅡ核電廠2號(hào)機(jī)組的7000臨界小時(shí)非計(jì)劃緊急停堆（手動(dòng)和自動(dòng)）指標(biāo)IE01為例（見圖7），趨勢(shì)圖在2019 年第3 季度出現(xiàn)尖峰，核對(duì)輸入數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)當(dāng)季度機(jī)組臨界運(yùn)行小時(shí)數(shù)為0，指標(biāo)分母最近4 個(gè)季度累計(jì)值突然減少，導(dǎo)致輸出結(jié)果升高。監(jiān)督核查發(fā)現(xiàn)當(dāng)季度臨界運(yùn)行小時(shí)數(shù)并非為“0”，屬于填報(bào)錯(cuò)誤?？山Y(jié)合其他SPI管理問題向營運(yùn)單位提出核安全監(jiān)督要求，督促營運(yùn)單位采取措施提升管理水平。

圖7 QⅡ核電廠IE01性能指標(biāo)趨勢(shì)Fig.7 Trend of IE01 for QⅡNPP Unit 2

（2）多臺(tái)運(yùn)行機(jī)組的對(duì)比分析

對(duì)比QⅠ核電廠、QⅡ核電廠、QⅢ核電廠、FA核電廠、NI核電廠、FU核電廠共計(jì)17臺(tái)運(yùn)行機(jī)組的MS01指標(biāo)（見圖8），可以看出，大部分機(jī)組的系列平均不可用度在1.0×10-3以下，即三年期平均每年單系列不可用時(shí)長(zhǎng)在8小時(shí)以內(nèi)，整體運(yùn)行情況良好。

其中，F(xiàn)U核電廠1號(hào)機(jī)組在2019年第2季度后MS01不可用度降低，并達(dá)到了新的平衡；FU核電廠2號(hào)機(jī)組自2019年第1季度后，MS01不可用度有輕微的逐步劣化趨勢(shì)。進(jìn)一步對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，QⅠ核電廠、QⅢ核電廠2號(hào)機(jī)組、NⅠ核電廠1號(hào)機(jī)組近幾個(gè)季度不可用度數(shù)據(jù)劣于其他機(jī)組?？稍诤罄m(xù)監(jiān)督工作中增加對(duì)上述機(jī)組應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組可用性及可靠性的關(guān)注。

圖8 MS01性能指標(biāo)趨勢(shì)Fig.8 Trend of MS01 for 17 NPPs

類似的，對(duì)比17 臺(tái)運(yùn)行機(jī)組的131I 劑量當(dāng)量活度濃度指標(biāo)BI01（見圖9）可以看出，大部分機(jī)組131I劑量當(dāng)量活度處于較低水平，而FU2號(hào)機(jī)組和FU4號(hào)機(jī)組性能明顯劣于其他機(jī)組，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督檢查的結(jié)果也證實(shí)相關(guān)機(jī)組出現(xiàn)過燃料包殼破損的情況。

圖9 BI01性能指標(biāo)趨勢(shì)Fig.9 Trend of BI01 for 17 NPPs

同樣，對(duì)比高壓安注系統(tǒng)性能指標(biāo)MS02（見圖10），可以發(fā)現(xiàn)該指標(biāo)數(shù)據(jù)在所有運(yùn)行機(jī)組的波動(dòng)都較小，趨勢(shì)明顯比較平穩(wěn)。但是各機(jī)組數(shù)據(jù)有一定分散，顯示出不同機(jī)組之間存在性能水平差異，可以考慮開展更加深入的研究，促進(jìn)指標(biāo)數(shù)據(jù)較高的機(jī)組開展經(jīng)驗(yàn)反饋，吸收行業(yè)良好運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高核安全水平。

圖10 MS02性能指標(biāo)趨勢(shì)Fig.10 Trend of MS02 for 17 NPPs

2 討論

綜合以上分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)核電廠安全重要物項(xiàng)和性能指標(biāo)管理方面存在的薄弱環(huán)節(jié)：

（1）營運(yùn)單位報(bào)送的性能指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在錯(cuò)誤或遺漏。例如QⅡ核電廠2號(hào)機(jī)組IE01指標(biāo)趨勢(shì)在2019年3季度突然出現(xiàn)單個(gè)尖峰，核實(shí)發(fā)現(xiàn)屬于數(shù)據(jù)錯(cuò)報(bào)。

（2）部分性能指標(biāo)存在劣化趨勢(shì)或明顯劣于其他機(jī)組。例如QⅠ核電廠、QⅢ核電廠2 號(hào)機(jī)組、NI 核電廠1 號(hào)機(jī)組近幾個(gè)季度MS01 指標(biāo)呈現(xiàn)劣化趨勢(shì)；FA核電廠1號(hào)機(jī)組BI02指標(biāo)近期處于高位，并且接近綠白閾值等。

（3）部分性能指標(biāo)存在不同機(jī)組之間的水平差異。如FU核電廠高壓安注系統(tǒng)不可用度指標(biāo)MS02較其他機(jī)組高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)等。

針對(duì)核電廠營運(yùn)單位提出以下建議：

（1）提升對(duì)性能指標(biāo)的重視程度，改進(jìn)管理，減少漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)的數(shù)據(jù)比例。

（2）加強(qiáng)機(jī)組的運(yùn)維管理，持續(xù)開展對(duì)性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)挖掘，跟蹤趨勢(shì)并定期進(jìn)行分析，有效識(shí)別不良趨勢(shì)或異常，深入分析原因并制定有效的糾正措施。

（3）積極開展業(yè)內(nèi)交流，加強(qiáng)合作，深入研究性能指標(biāo)顯示的機(jī)組之間的水平差異，共享行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，共同提升管理水平。

同時(shí)建議國家核安全監(jiān)管部門：

（1）定期修訂技術(shù)手冊(cè)及其配套文件，更加有效地指導(dǎo)營運(yùn)單位的性能指標(biāo)管理。

（2）充分利用SPI的風(fēng)險(xiǎn)指引功能，對(duì)劣化的指標(biāo)或表現(xiàn)不佳的指標(biāo)增加監(jiān)管資源投入，對(duì)持續(xù)表現(xiàn)良好的指標(biāo)適當(dāng)調(diào)整監(jiān)管策略。

（3）對(duì)行業(yè)內(nèi)的交流和信息共享給予政策引導(dǎo)，鼓勵(lì)行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)揮更大的作用，適時(shí)建議編制并幫助完善行業(yè)指導(dǎo)文件。

3 總結(jié)

SPI可以在一定程度反映核電廠運(yùn)行安全情況，強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)周期的性能監(jiān)測(cè)，適用于累積失效影響評(píng)價(jià)。通過對(duì)指標(biāo)進(jìn)行深入分析，可以有效識(shí)別影響運(yùn)行安全的薄弱環(huán)節(jié)，可以幫助營運(yùn)單位發(fā)現(xiàn)運(yùn)行管理中的弱項(xiàng)并加以提升，也可以幫助檢查人員評(píng)價(jià)核電廠運(yùn)行安全狀態(tài)，使監(jiān)管關(guān)注度與被監(jiān)管物項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)重要度相匹配，讓有限的監(jiān)管資源得到更加高效的利用。