基于風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)的后撤狀態(tài)確定方法研究

楊智 YANG Zhi；顧鑫 GU Xin；王偉金 WANG Wei-jin；劉慧杰 LIU Hui-jie

（蘇州熱工研究院有限公司，蘇州 215000）

1 概述

技術(shù)規(guī)格書（Technical Specification，以下簡稱TS）是核電廠進(jìn)行安全管理所依據(jù)的一份重要文件，給出了機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)所必須遵守的技術(shù)條件，是核電廠在運(yùn)行階段確保能夠?qū)崿F(xiàn)核電廠設(shè)計(jì)安全能力的基本依據(jù)。

對于技術(shù)規(guī)格書后撤模式選取基于如下原則，且每一個(gè)事件不可用的后撤模式都是基于原則逐個(gè)確定的，達(dá)到后撤模式是通過執(zhí)行正常運(yùn)行程序?qū)崿F(xiàn)的（正常運(yùn)行策略、系統(tǒng)運(yùn)行程序和報(bào)警手冊等）。

①設(shè)備或者功能失效后，后撤到不要求此設(shè)備或者功能可用的模式（不可用風(fēng)險(xiǎn)增量小于初始模式的模式）；

②如果確定論方法確定不了安全后撤模式，則應(yīng)優(yōu)先選擇“RRA連接條件的NS/SG模式”，因?yàn)榇藯l件下兩種排熱手段都可用；

③后撤模式的選擇需考慮后撤瞬態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，隨著概率安全分析（probabilistic safety analysis，以下簡稱PSA）高速發(fā)展，風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)（Risk-Informed，以下簡稱RI）的應(yīng)用不斷加深，一系列風(fēng)險(xiǎn)指引型變更申請個(gè)案的成功應(yīng)用，美國工業(yè)界和NRC著手制定更加全面的風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)規(guī)范。這項(xiàng)工作共有8個(gè)議案，迄今為止，各議案在美國的個(gè)案申請數(shù)以百計(jì)，而且多數(shù)已經(jīng)得到了NRC的批準(zhǔn)，對提高電廠業(yè)績起到了重要的作用。

本文選取其中的議案1《修改后撤狀態(tài)》進(jìn)行方法研究。本議案將允許某些系統(tǒng)或設(shè)備不可用時(shí)可以后撤到熱停堆而不是現(xiàn)行技術(shù)規(guī)格書所要求的冷停堆。美國核管會(huì)已于2005年7月批準(zhǔn)了這個(gè)議案。經(jīng)研究和分析表明，在很多情況下，機(jī)組后撤到冷停堆并不比熱停堆更安全。因?yàn)樵跓嵬６严拢艧崾侄蔚亩嘀匦院投鄻有愿啵炊欣诎踩Ｒ虼耍@個(gè)議案的目的是限制技術(shù)規(guī)格書中要求機(jī)組后撤到冷停堆的數(shù)量，減輕核電廠的負(fù)擔(dān)和提高安全性，還可以避免由于停堆冷卻系統(tǒng)接入和退出而造成的時(shí)間耽誤，縮短非預(yù)計(jì)停堆的時(shí)間。

表1 風(fēng)險(xiǎn)指引型議案

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

80年代末和90年代初，NRC和持照者認(rèn)識到停堆后撤過程中發(fā)生的事件對堆芯安全有潛在影響，由此開展相關(guān)研究和發(fā)布導(dǎo)則以改善停堆下的操作。

美國西屋公司的《西屋壓水堆風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)規(guī)格書后撤最終狀態(tài)改變的評估》（WCAP-16294-NP）報(bào)告于2010年3月29日被NRC批準(zhǔn)，核電廠基于此研究對技術(shù)規(guī)格書中相關(guān)后撤狀態(tài)進(jìn)行了修改。

西屋標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)格書第四版（Technical Specification Rev.4，2011）中模式1至模式4的部分運(yùn)行限制條件（Limiting Conditions of Operation，LCO）不能得到滿足時(shí)的最終后撤狀態(tài)為冷停堆狀態(tài)（模式5）。而西屋標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)格書第五版（2021）中對相當(dāng)數(shù)量的LCO不滿足后的后撤狀態(tài)修改為模式4。（表2）

表2 運(yùn)行模式

3 技術(shù)原理

3.1 主要內(nèi)容

美國核電廠修改前的技術(shù)規(guī)格書中模式1至模式4部分LCO不滿足時(shí)的最終后撤狀態(tài)為模式5。不同模式下可操作的設(shè)備不同，所以模式1至模式4或者模式5的風(fēng)險(xiǎn)取決于可操作的設(shè)備。例如：模式4至模式5，由于機(jī)組的冷卻由蒸汽發(fā)生器（SG）冷卻調(diào)整為余熱排出系統(tǒng)（RRA）冷卻，在調(diào)整的過程中會(huì)增加喪失停堆冷卻或其它事件的可能性，這些可以用PSA來進(jìn)行表征。此外，在模式5喪失廠外電（LOOP）發(fā)生后，衰變熱移出依靠應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，而在模式4，汽動(dòng)輔助給水泵的運(yùn)行可不依靠應(yīng)急電源。因此從風(fēng)險(xiǎn)角度來說，最終狀態(tài)選擇模式5也不總是合適的。

議案1針對此種情況進(jìn)行分析，對不在PSA模型范圍內(nèi)的設(shè)備或系統(tǒng)用定性分析，在PSA模型范圍內(nèi)的設(shè)備用定性、定量分析，評估模式1至較低模式的風(fēng)險(xiǎn)，以判斷模式4是否為模式5可接受的替代狀態(tài)。由此決定目前的后撤狀態(tài)是否合適，是否需要變更。

3.2 工作依據(jù)

本議案通過定性、定量分析對修改前后（模式1→模式4→模式1以及模式1→模式5→模式1）的兩種情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)對比。涉及到PSA風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的部分需要依據(jù)RG1.174和RG1.177兩份文件。對于整體分析過程還要遵守如下評價(jià)原則（見圖1）：①遵守現(xiàn)有法規(guī)要求；②遵守縱深防御原則；③遵守安全裕量原則；④滿足風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)要求；⑤進(jìn)行相關(guān)的性能監(jiān)測。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)指引綜合決策的原則

4 實(shí)施流程

4.1 分析方法

議案1的論證分析可分為定性、定量分析，具體分析過程可以按照圖2進(jìn)行。

圖2 分析流程圖

定性風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)通過評估最終狀態(tài)由模式5變更為模式4（SG冷卻），來判斷是否使預(yù)期始發(fā)事件的縱深防御加強(qiáng)，進(jìn)而評估是否可以更改。定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)：①通過特定電廠的數(shù)據(jù)來證實(shí)定性評估的結(jié)論；②通過敏感性分析對數(shù)據(jù)的不確定性、模型假設(shè)進(jìn)行分析，以證實(shí)結(jié)果的可信性。綜合定性、定量分析結(jié)論得出更改前后風(fēng)險(xiǎn)的變化并提供風(fēng)險(xiǎn)見解。

4.2 定性評價(jià)

定性風(fēng)險(xiǎn)評估比較如下兩種機(jī)組狀態(tài)：①運(yùn)行在模式4的溫度上限并且保持SG冷卻；②從模式4冷卻到模式5的溫度上限，在模式5中進(jìn)行設(shè)備維修，而后回到模式4保持SG冷卻。通過評估不同狀態(tài)下系統(tǒng)和設(shè)備的可用性，來判斷緩解假定始發(fā)事件的關(guān)鍵安全功能的可用性，判斷過程主要考慮如下因素：1）由于電廠溫度、壓力變化而導(dǎo)致始發(fā)事件發(fā)生的可能性和后果的差異；2）電廠設(shè)備可用性的差異，包括安全殼隔離和冷卻能力；3）啟動(dòng)和終止停堆冷卻（SDC）而改變電廠設(shè)備在線而引入的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 定量評價(jià)

4.3.1 模型選取

本分析采取符合質(zhì)量要求的壓水堆核電廠PSA模型，此模型是類似于內(nèi)部事件一級功率工況的模型，針對每個(gè)POS的特點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)過程中應(yīng)充分考慮每個(gè)POS的特點(diǎn)，對始發(fā)事件、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備退出運(yùn)行情況等進(jìn)行調(diào)整（類似于停堆工況PSA模型的開發(fā)過程）。

4.3.2 電廠運(yùn)行狀態(tài)（POS）持續(xù)時(shí)間

進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析需要確定每個(gè)模式下的持續(xù)時(shí)間（包括模式4和模式5的過渡時(shí)間），用于計(jì)算特定模式或電廠運(yùn)行條件下所適用的堆芯損傷概率（CDP），時(shí)間基于技術(shù)規(guī)格書的時(shí)間限制或者其它相似電廠的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)（強(qiáng)迫非大修停堆的啟動(dòng)時(shí)間），具體時(shí)間選取示例見表3。

表3 POS持續(xù)時(shí)間計(jì)算表

4.3.3 定量結(jié)果

根據(jù)上述分析結(jié)果可分別確定后撤狀態(tài)為模式4、后撤狀態(tài)為模式5下的CDP，分別對此種狀態(tài)下的基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算示例見表4。

表4 計(jì)算過程表（示例）

4.3.4 安全殼的考慮

在模式1至模式4中，安全殼、安全殼隔離閥、安全殼冷卻系統(tǒng)都要求可用。技術(shù)規(guī)格書規(guī)定的基礎(chǔ)是，在這些模式中，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故可能導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄漏到安全殼中，導(dǎo)致安全殼的壓力和溫度增高，此時(shí)將使用這些系統(tǒng)進(jìn)行事故緩解。在模式5中，由于RCS和二次側(cè)系統(tǒng)的壓力、溫度降低，這些事件發(fā)生的概率和后果都相對較小。所以模式5與模式1至模式4相反，對安全殼、安全殼隔離閥、安全殼冷卻系統(tǒng)的需求并不重要。所以模式4要求安全殼、安全殼隔離閥、安全殼冷卻系統(tǒng)可用，本次變更不涉及上述LCO。

4.3.5 敏感性分析

對報(bào)告中涉及的重要且影響較大的假設(shè)進(jìn)行分析，以確定其不確定性是否影響分析結(jié)論。

①模式5持續(xù)時(shí)間的敏感性分析。

在模式5的時(shí)間包括模式4中向SDC轉(zhuǎn)變的時(shí)間，假定是70小時(shí)（依據(jù)技術(shù)規(guī)格書要求和其它西屋電廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)），由于風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果中此項(xiàng)占比較大，所以再增大24h作為假設(shè)時(shí)間進(jìn)行敏感性分析。最終判斷對分析結(jié)論無影響。

②SGTR始發(fā)事件頻率的敏感性分析。

西屋電廠涉及到多種類型的蒸汽發(fā)生器，本次通過對SGTR的始發(fā)事件頻率增大4倍來判斷其敏感性。從結(jié)果來看，模式4的風(fēng)險(xiǎn)值增加了14%（SGTR在模式5未涉及）。因此，模式4和模式5下對SGTR的始發(fā)事件頻率均不敏感，不影響分析結(jié)論。

③失電后恢復(fù)交流電概率的敏感性分析。

在模式5，未能恢復(fù)交流電的概率為0.5，將此數(shù)值降低5倍，選取0.1來進(jìn)行分析，模式5的CDP降低14%。對于最終的分析結(jié)論也無影響。

4.4 變更信息

經(jīng)過上述分析，對于經(jīng)過論證可變更的項(xiàng)目在當(dāng)前技術(shù)規(guī)格書中進(jìn)行修改。

由于本論證中未對能否用LCO3.0.4a進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)行分析論證，所以需要添加注釋，注明LCO3.0.4a不適用，即：對修改項(xiàng)涉及的LCO（模式4有要求，模式5無要求）即將不能得到滿足時(shí)，不能應(yīng)用LCO3.0.4a從模式5變更為模式4。

5 結(jié)論及建議

當(dāng)前大部分國內(nèi)核電廠已具有功率工況和停堆工況內(nèi)外部事件的模型，而且隨著PSA技術(shù)的深入應(yīng)用、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器開發(fā)和同行評估的進(jìn)行，模型質(zhì)量得到保證。具備開展風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)規(guī)格書后撤狀態(tài)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

國內(nèi)核電廠運(yùn)行技術(shù)規(guī)格書后撤狀態(tài)的選取與議案1所介紹的方法有類似之處。議案1所介紹的后撤模式變更的技術(shù)方法在國內(nèi)核電廠也是適用的。在后續(xù)技術(shù)規(guī)格書優(yōu)化、機(jī)組長期臨停后撤狀態(tài)選擇等領(lǐng)域中加以考慮和應(yīng)用。