核电厂PSA数据库平台的创建与应用

初永越，黄志超，依 岩，李虎伟，钱晓明

（环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082）

核电厂PSA数据库平台的创建与应用

初永越，黄志超，依 岩*，李虎伟，钱晓明

（环境保护部核与辐射安全中心，北京 100082）

本文叙述了我国概率安全分析数据库创建的工作过程，对国家核安全局发布的《中国核电厂设备可靠性数据报告 （2015版）》的内容进行了详细说明，并与国外通用数据库进行了对比分析。最后，总结了概率安全分析数据库平台的应用情况和概率安全分析数据库的下一步工作内容。通过创建概率安全分析数据库，采集整理核电设备的可靠性数据，并在进一步研究的基础上，建立健全了核电行业的可靠性标准体系，为我国核电行业在保证安全性、可靠性基础上的高速发展提供了重要支持。

概率安全分析数据库；平台；采集；应用

概率安全分析 （Probabilistic Safety Analysis，简称PSA）是以概率论为基础的风险量化评价技术。我国颁布的核安全法规明确要求将概率安全分析方法应用于核电厂的设计与运行的安全分析［1-2］。为推动概率安全分析技术在我国核安全领域中的应用，提高核电厂安全水平和核安全监管效率，国家核安全局于2010年发布了技术政策 《概率安全分析技术在核安全领域中的应用》［3］，向核能界和公众表明了监管当局发展概率安全分析技术和推动风险管理在核安全监管活动中应用的决心和相关技术见解［4-8］。

可靠性数据是概率安全分析定量化分析的基础，概率安全分析的质量很大程度上取决于输入数据的可信性［9］。很长一段时间，由于我国没有自己的通用数据源，各核电厂在做概率安全分析时，可靠性数据只能取自国外的通用数据源，但国外通用数据源的设备类划分、边界定义和失效模式与国内运行核电厂的实践差异较大，设备的制造质量和运行环境也不完全相同，国外通用数据源的可靠性数据反映的是其样本空间内设备的运行状况，虽然有一定的借鉴意义，但并不能完全反映我国核电厂设备的可靠性状态［10］。

为了提高概率安全分析的质量，增强风险指引型决策的合理性和可接受性，同时也为了建立国内核电厂设备可靠性数据采集体系，2012年，在国家核安全局的部署下，核与辐射安全中心启动了国内运行核电厂概率安全分析数据库项目，牵头建立国内统一的概率安全分析数据收集与处理平台。经过4年多的努力，概率安全分析数据库软件平台已创建完成。2015年7月，国家核安全局发布了 《关于开展核电厂设备可靠性数据采集工作的通知》（国核安发 ［2015］131号）［11］，要求各核电厂营运单位开展核电厂设备可靠性数据采集工作。同年，国家核安全发布了《中国核电厂概率安全分析设备可靠性数据报告（2015版）》（国核安函 ［2015］73号）［12］，标志着我国第一版概率安全分析通用数据报告的正式发布。

本文将介绍中国运行核电厂概率安全分析设备可靠性数据库的创建过程，对国家核安全局发布的 《中国核电厂设备可靠性数据报告 （2015版）》的内容进行详细说明，并与国外通用数据库进行了对比分析。最后，对概率安全分析数据库平台的应用情况和概率安全分析数据库的下一步工作内容进行说明。

1　国内外概率安全分析数据库技术分析

1.1国内概率安全分析数据库

目前国内已有多个核电厂的机组投入商业运行。部分核电厂已经建立了自己的设备可靠性数据库，如大亚湾核电厂设备可靠性数据库 （GNPRDS/PERD）、秦山一期设备可靠性数据库（QERDS）等。还有部分核电厂正在建立设备可靠性数据库。尽管国内核电厂已经开展可靠性数据库的相关工作，然而涵盖国内所有运行核电厂概率安全分析设备可靠性数据的数据库在国内是首次开发。

1.2国外概率安全分析数据库

国外核电发达国家也十分重视核电厂设备可靠性数据的收集整理工作。当前全球范围内比较成熟和应用广泛的数据库有美国EPIX/NPRDS、法国EDF以及瑞典的T-Book数据手册等可靠性数据库。

1.2.1美国

（1）20世纪70年代初，美国西南研究院开发了核电厂可靠性数据系统 （NPRDS），各核电厂自愿上报数据，后来该系统由美国核电运行研究所 （INPO）接手管理。

（2）1995年，美国核管会发布了概率安全分析技术应用的政策声明。美国核管会制定可靠性数据采集规范来要求核电厂提供信息，由美国核电运行研究所开发的EPIX（取代NPRDS）是一个基于网络的概率安全分析设备可靠性数据库，1997年初投入使用。

（3）NRC还自主开发了可靠性和可用性数据系统 （RADS）。

1.2.2法国

法国电力公司 （EDF）早在1978年就建立并投运了核电厂可靠性数据收集系统SRDF。后来，在欧洲建立了更广泛的可靠性数据库系统ERDS。

1.2.3其他国家

（1）20世纪80年代初，瑞典开发了一个可靠性数据手册T-Book，为设备可靠性的参数计算以及北欧核电厂安全分析提供可靠性数据。

（2）其他如俄罗斯、韩国与日本等国家也开展了设备可靠性数据的相关搜集和整理工作。

2　工作过程

2.1确定数据采集、处理原则

2.1.1发布数据采集导则

根据国家核安全局要求，核与辐射安全中心于2012年初完成了 《核电厂设备可靠性数据采集》初稿，文件参考了 NUREG/CR-6823［13］国内运行核电厂在设备可靠性数据采集方面的实践经验，同时也充分考虑了国内概率安全分析工作中在数据分析要素方面的要求。该导则对数据采集对象、过程、设备类划分、边界定义、失效模式、失效统计准则、报送数据要求、质量保证等技术要素进行了详细的规定和阐述，具体内容可参见该导则。表1给出了该导则制定和发布的具体过程。

表1　数据采集导则发布过程Table 1 Issue Process of Data Collecting Guidance

2.1.2确定数据处理原则

考虑到我国核电厂运行堆年较少，现阶段样本不足，但随着大批量新建核电项目陆续投运，样本将迅速积累的特殊性，制定中国运行核电厂概率安全分析设备可靠性数据库的数据处理原则如下：

（1）对于失效次数大于等于5次的设备类，其可靠性参数按经典估计方法处理；

（2）对于失效次数为1-4次且有先验数据的设备类，其可靠性参数按贝叶斯估计方法处理；

（3）对于失效次数为0次且有先验数据的设备类，其可靠性参数直接使用通用数据源数据；

（4）对于失效次数小于5次且没有先验数据的设备类，其失效数据暂不估计，等失效次数积累足够多时再进行处理。

2.1.3通用数据源的选取和适用性分析

NUREG/CR-6928是国际上最新、最权威、具备良好可追溯性的通用数据源［14］。本数据库中选用美国通用数据源NUREG/CR-6928作为先验数据，对设备可靠性参数进行贝叶斯估计或直接选用。

在用贝叶斯方法进行设备可靠性参数估计前，需要对通用数据源NUREG/CR-6928进行适用性分析，以确定通用数据源与核电厂设备在设备类、设备类边界、设备类失效模式方面是否存在差异。对于有差异的地方，如需使用通用数据源，需要对通用数据源数据或核电厂设备进行相应的调整，使二者保持一致。

2.2核电厂采集、上报数据

根据国家核安全局要求，各运行核电厂组织技术力量，参照 《核电厂设备可靠性数据采集》导则文件，并按照 《关于开展核电厂设备可靠性数据采集工作的通知》（国核安发 ［2015］131号）中 “已报送数据的单位每年向国家核安全局集中报送一次数据和新投入运行的核电机组”的要求对核电厂商运以来的设备可靠性和可用性数据进行了采集和整理，并进行了上报。截止目前，各运行核电厂具体采集和上报情况见表2。

表2　各运行电厂数据采集上报情况Table 2 Condition of Data Collecting in Operating Nuclear Power Plants

2.3概率安全分析数据库软件平台

核与辐射安全中心联合苏州热工研究院建立了概率安全分析数据库平台，图1给出了概率安全分析数据库平台的不同用户的权限和功能。

图1　用户权限和功能Fig.1 User Authority and Function

该平台总体技术特点如下：

（1）使用最新的J2EE技术体系搭建，采用MVC的架构模式；

（2）后台采用Oracle数据库，并支持多种数据库的切换；

（3）系统采用B/S架构浏览方式；

（4）采用热备份的形式，对数据进行同步备份；

（5）开发过程严格遵守代码规范，满足国家保护等级三级应用安全要求。

2.4通用数据报告及对比分析

2.4.1通用数据报告的发布

国家核安全局委托核与辐射安全中心对各核电厂上报数据进行了深入分析研究，进一步明确了国内核电厂概率安全分析数据库常用设备类及其失效模式，以及需采集不可用数据的安全重要系统列。最终对我国在运核电机组商运至2013年底 （包括大亚湾/岭澳一期/岭澳二期/秦山一厂/秦山二厂/田湾核电厂共13台机组，123个堆年）的36个常用设备类和6个安全重要系统列的不可用的历史数据进行了统计，并结合美国NUREG/CR-6928通用数据源，采用适当的数据处理方法计算，最终形成了中国运行核电厂概率安全分析通用数据，见表3和表4。2015年7月31日，国家核安全局以红头文件的形式正式发布了 《中国核电厂设备可靠性数据报告 （2015版）》报告。

表3　设备可靠性数据统计表Table 3 Statistical table of Component Reliability Data

表4　设备 （列）不可用数据统计表Table 4 Statistical table of Component（Train）Unavailability

《中国核电厂设备可靠性数据报告 （2015版）》对国内在运核电机组从商运至2014年的数据样本进行了科学的处理，形成了反映国内核电机组运行状况的中国概率安全分析设备可靠性通用数据，对国内新建和在运核电厂开展相关工作都具有重要的指导意义。该报告可作为国内核行业通用数据标准。随着国内运行核电机组不断增加，运行经验数据不断积累，国家核安全局将定期发布数据报告。

2.4.2数据对比分析与讨论

通过将我中国核电厂概率安全分析设备可靠性通用数据与国际上最具代表性的美国NUREG/ CR-6928（2007版）、法国 《用于900MW和1300MW概率安全分析的设备定义和通用可靠性数据》和俄罗斯 《SRINPP数据报告》进行了全面的分析比较［15］，可以得到如下结论：

（1）电动泵

估计得到的启动失效与运转失效参数值均小于其他国际通用数据，充分反映了我国核电机组电动泵的实际运行状况良好。

（2）电动阀

电动阀统计样本也足够大，估计得到的拒开与拒关失效参数值与其他国际通用数据相当。

（3）应急柴油发电机组

应急柴油发电机组的启动失效次数和运转失效次数分别达到了25和5次，其累计需求次数约4000次，累计运行时间约5000小时。在采用最大似然估计方法进行参数估计时，启动失效数据约为其他国际通用数据的2倍左右，运转失效数据则与其他国际通用数据相当，但需注意任务时间内运转失效的概率比启动失效概率还要更大。统计结果在一定程度上反映出现阶段我国应急柴油发电机组的设备可靠性水平的不足，应引起重视。营运单位应对应急柴油发电机组的性能进行长期监督，开展趋势分析，必要时采取改进措施提高应急柴油发电机组的可靠性。

（4）传感器/变送器

传感器/变送器的备用失效率略大于法国和美国的通用数据，应进行关注。

（5）控制棒及驱动机构

卡棒的数据大于美国和法国。虽然目前统计到的失效数据样本还没有足够多，但控制棒及驱动机构的可靠性对于概率安全分析分析乃至核电厂的安全都非常重要，应引起足够重视，进行跟踪研究。

3　概率安全分析数据库的应用

概率安全分析数据库的创建标志着国内核行业首次建立统一的概率安全分析可靠性数据库平台和概率安全分析可靠性数据采集和分类规范。目前，如图2所示，概率安全分析数据库已在核安全监管部门、核电运营单位和设计单位得到了广泛应用，数据库已成为行业通用数据标准。

图2　概率安全分析数据库的应用Fig.2 Application of PSA Database

4　结论与展望

通过创建概率安全分析数据库，收集整理核电设备的可靠性数据，并在进一步研究的基础上，建立健全核电行业的可靠性标准体系，为我国核电行业在保证安全性、可靠性基础上的高速发展提供必不可少的基础。这一举措指导和促进国内概率安全分析项目的规范化以及标准化，让概率安全分析可靠性数据能够更好地反映国内核电厂的实际情况，更准确的评价新设计和新建核电项目的安全水平。

同时，为进一步完善我国概率安全分析数据库体系的建设，本文对下一步工作内容和展望总结如下：

（1）收集整理各运行核电厂最新上报数据，定期发布 《中国核电厂设备可靠性数据》报告；

（2）根据实际情况需要，计划将概率安全分析数据库平台接入到国家运行经验反馈平台，实现统一授权管理；

（3）初步形成始发事件数据采集和处理体系，并在概率安全分析数据库平台中完成始发事件数据采集功能模块的实现；

（4）后续逐步开展共因、人因、灾害、DCS和非能动系统等数据库研究，以不断完善概率安全分析数据采集和处理体系。

［1］国家核安全局.福岛核事故后核电厂改进行动通用技术要求［S］.北京：国家核安全局，2012.

［2］彭俊，俞军.世界核电现状和发展趋势简介 ［J］.核安全，2007（4）：56-58.

［3］国家核安全局.国核安发 ［2010］12号关于发布 《概率安全分析技术在核安全领域中的应用 （试行）的通知》［EB/ OL］.北京：国家核安全局，（2010-02-08）［2016-05 -02］.http：www.zhb.gov.cn.

［4］李干杰.坚持科学发展确保核与辐射安全 ［J］.核安全，2012（4）：4-9.

［5］国家核安全局.核安全与放射性污染防治 “十二五”规划及2020年远景目标 ［R］.北京：核安全局.2012.

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［10］汤搏，种毅敏，张和林，等.关于PRA技术在国内核安全管理中应用的若干问题 ［J］.核安全，2007，5（3）：10 -15.

［11］国家核安全局.国核安发 ［2015］131号 关于开展核电厂设备可靠性数据采集工作的通知 ［EB/OL］.北京：国家核安全局，（2015-07-17）［2016-05-02］.http：www.zhb.gov.cn.

［12］国家核安全局.国核安函 ［2015］73号关于印发 《中国核电厂设备可靠性数据报告》（2015版）的通知 ［EB/ OL］.北京：国家核安全局，（2015-07-31）［2016-05-02］.http：www.zhb.gov.cn.

［13］NRC.NUREG/CR-6823 Handbook of Parameter Estimation for Probabilistic Risk Assessment［S］.Washington DC：NRC，2003.

［14］NRC.NUREG/CR-6928 Industry-Average Performance for Components and Initiating Events at U.S.Commercial Nuclear Power Plants［S］.Washington DC：NRC，2007.

［15］依岩，李娟，黄志超，等.运行核电厂概率安全分析设备可靠性数据采集与处理 ［M］.北京：中国原子能出版社，2015.

Establishment and Application of PSA Database Platform in Nuclear Power Plant

CHU Yongyue，HUANG Zhichao，YI Yan*，LI Huwei，QIAN Xiaoming
（Nuclear and Radiation Safety Center，MEP，Beijing，100082）

This paper describes the establishing process of PSA database platform，explains the＜Reliability Data Report on equipment of nuclear power plant in China（2015）＞，and compares with the foreign common database.Finally，this paper summarizes the application of the PSA database platform and the future work of PSA database.It is very important to support China's nuclear safety and reliability with the help of establishing PSA database and collecting the reliability data.It can also build the reliability system of nuclear industry.

PSA Database；Platform；Collect；Applications

TL365

A

1672-5360（2016）03-0021-06

2016-05-06

2016-09-01

国家重大科技专项，项目编号 HXHT 2015-002

初永越 （1987—），男，黑龙江肇东人，工程师/硕士，核能科学与技术，现主要从事运行核电厂核安全审评与监督工作

依岩，E-mail：chuyongyue17@126.com