中国核电设备可靠性标准体系需求分析

中机生产力促进中心□邱春辉

江苏核电有限公司□滕建刚 韩 伟

中机生产力促进中心□王 欣 马静娴

1 背景

随着我国核电建设的快速发展，确保核电建设和运行的安全成为核电发展的首要目标。在电厂设计过程中主要采用确定论和概率论的方法来保障电厂运行的安全性，针对核电可靠性，特别是设备可靠性，在我国核安全法规、二代及二代加电站的设计规范中没有明确的要求。美国核管会于2007年3月修订NUREG-0800《标准审查大纲》时新增17.4章节提出了针对核电厂设计阶段和运行阶段可靠性保证大纲的审查要求，目的是确保：1）电厂的设计、建造和运行方式与用于识别和量化风险的概率论、确定论和其他分析方法中的风险见解和主要假设 （如SSC设计、可靠性和可用性）相一致；2）电厂运行期间这些RAP SSC的可靠性、可用性或状态不会降低到不可接受的程度；3）对这些SSC有挑战性的瞬态频率降至最低；4）当受到挑战时，这些SSC将可靠地执行其功能。美国先进轻水堆核电厂根据其监管要求开展了可靠性保证大纲的具体实施，专注于对电厂安全风险有重要影响的SSCs的可靠性。同时，我国核安全监管部门也对其可靠性保证大纲相关的技术和评审方法进行了高度的关注。随着AP1000等第三代核电技术的引进，我国核电领域也更加关注安全重要设备的可靠性，开展了多项设备可靠性方面的研究，但在实际的研究过程中缺乏相关标准的有效支撑。因此，本论文开展核电设备可靠性标准研究，目的是探索出我国自主化核电设备可靠性标准体系建设的有效路径，为我国核电设备可靠性工作提供上层的标准规范和指导。

2 分析方法

论文的研究方法是以行业需求为导向，充分借鉴国内外先进成熟的可靠性标准经验，即通过标准库、书籍和网络等调研途径，筛选出可靠性相关标准，对这些标准按照分布情况、标准内容、标龄以及参照转化情况等方面做出具体的分析，结合中国核电领域设备可靠性工作的实际需求，建立我国核电设备可靠性标准体系框架。

具体的分析步骤为：

1）调研我国核电领域设备可靠性工作的实际需求；

2）调研我国核电领域设备可靠性标准的发展现状及存在的问题；

3） 调研 ANSI、 IEEE、ISO、IEC、GOST等国外标准，研究其中核电设备相关的可靠性标准内容及体系框架；

4）调研我国和国外非核电领域现有可靠性标准体系框架；

5）基于以上调研，为我国核电设备可靠性标准体系的建设提供建议。

3 中国核电领域设备可靠性工作需求调研

随着美国AP1000三代核电技术的引进，西屋公司在其设计的AP1000型核电厂的安全分析报告中提交了核电厂可靠性保证大纲供我国核安全局审查。2012年10月19日，国家能源局发布能源行业标准NB/T 20183—2012《核电厂可靠性保证大纲编写指南》。我国CAP1400的初步安全分析报告也提交了设计阶段的可靠性保证大纲供国家核安全局审查。国内核电领域科研单位依据三代电站安全分析报告中可靠性保障大纲的相关要求，在电厂重要设备设计阶段开展了承压热冲击下反应堆压力容器的概率评定，在示范快堆工程中也开展了钠阀等设备的可靠性研究。在进行核电设备设计阶段可靠性研究过程中，存在的一个重要问题是缺乏配套的核电可靠性标准来提供支持指导。

运行阶段的可靠性保证大纲要求运行电厂注重对设备运行经验信息的收集，通过数据收集及分析、根本原因分析、性能检测来确定核电厂改进建议，确保电厂的实际检测性能与目标性能之间的差距不超出允许限值。目前，国内运行电厂开展的设备可靠性工作包括：

1）国内各运行核电厂都开发设备可靠性数据库，收集电厂特定数据为概率安全评价提供设备可靠性参数。在国家层面，国家核安全局于2014年2月发布 《关于开展核电厂设备可靠性数据采集工作的通知》，要求各核电厂营运单位参照 《核电厂设备可靠性数据采集》 （试行）开展核电厂设备可靠性数据采集工作，并按要求定期报送数据。国家核安全局自2015年起，在每个年度发布中国核电厂设备可靠性数据报告。

2）针对核电设备可靠性管理，国内核电营运单位组建相应的设备管理处室，主要依据美国核电运营研究所发布的 《设备可靠性管理程序》（AP-913）开展设备可靠性管理工作，并制定相关工作流程，将设备可靠性管理工作划分为设备分级识别、设备性能监测与评估、设备纠正行动、设备可靠性持续改进、设备预防性维修和设备长期策略六个相互关联的模块，实现设备可靠性的全程管理。国家能源局参考AP-913的经验于2014年6月29日发布行业标准NB/T 20281—2014《核电厂设备可靠性管理导则》。

3）国内运行电厂正在开展以可靠性为中心的维修 （RCM）、风险指引型在役检查以及维修有效性监测 （MR）等设备可靠性应用工作。

目前，以上大部分可靠性研究应用工作在国内核电领域还没有固化为统一的标准，用于指导运行电厂开展相关工作。

4 中国核电设备可靠性标准发展现状及存在的问题

随着我国核工业的发展，我国国家标准（GB）、核工业标准 （EJ）和能源行业核电标准（NB）陆续编制了可靠性相关的标准。通过对标准库、发布的行业标准清单以及网站的调研，共收集到36项核电领域现行的可靠性相关标准，这些标准在GB、EJ和NB中的数量分布情况如图1所示。

图1 我国核电可靠性标准分布情况占比图

这些标准按标准内容可划分：可靠性要求、可靠性管理、可靠性设计、可靠性试验、可靠性分析评价、使用阶段可靠性、软件可靠性和质量管理八个类别，具体的分布数量和占比情况详见表1。

对这些标准按照标龄进行统计：标龄五年以内的标准16项；标龄6-10年的标准四项；标龄10年以上的标准16项，标龄占比情况见图2。

按照采用国际国外标准情况进行调研，这些标准中有七项标准在制修订过程中参照国际国外先进标准的成熟经验。

图2 我国核电可靠性标准标龄占比图

经调研，我国核电可靠性标准化工作取得了一定的成绩，对核电厂系统和设备的安全可靠发挥了积极作用，但也存在明显的问题和不足，主要表现在：

表1 我国核电可靠性标准分类情况表

1）没有建立核电设备可靠性标准体系，标准制修订工作显得零散，缺乏统筹考虑，不利于设备设计、制造、试验和使用各环节可靠性工作的开展。

2）现有可靠性标准不完整，缺失严重。核电领域可靠性标准的数量和涵盖的范围与国内可靠性建设比较完善的其他领域存在较大的差距。

3）部分标准的标龄很长，标准的技术水平不能反映核电技术发展的最新成熟经验。

4）目前我国核电领域没有建立统一的核电设备可靠性标准化技术归口单位，标准协调推进机制不完善。

5 国际国外核电相关可靠性标准调研

通过查询标准库、书籍和网络等途径，对美国国家标准协会 （ANSI）、美国电气与电子工程师协会 （IEEE）、国际标准化组织 （ISO）、全苏国家标准 （GOST）、国际电工委员会 （IEC）、日本工业标准 （JIS）和美军标 （MIL）等标准进行调研，按照核电可靠性标准的占比情况、标准分布和标准类别等方面进行具体的分析。

经调研，共收集到325项国际国外可靠性相关标准，其中特指核电可靠性标准23项，非核电可靠性标准302项，核电相关可靠性标准占总数的7%。

这些国际国外核电领域现行的可靠性相关标准，主要来自于ANSI、IEEE、ISO、GOST和IEC，具体分布情况数据见表2。

这些标准按标准内容可划分为：可靠性分析与评价、可靠性管理、使用阶段可靠性、可靠性要求、质量管理、可靠性设计六个类别，具体的分布数量和占比情况详见表3。

通过以上分析可知，国际国外可靠性标准中核电领域可靠性标准仅占7%，在标准类别的覆盖范围上也不够全面，针对核电领域都没有建立相关的可靠性标准体系。因此，我国核电可靠性标准体系的建立只借鉴国外核电领域可靠性标准的现有经验是不够的，还需要调研国内外其他领域可靠性经验。

表2 国际国外核电可靠性标准分布情况数据表

表3 国际国外核电可靠性标准分类情况数据表

6 非核电领域可靠性标准调研

（1）IEC可靠性标准体系调研

IEC TC56是国际电工技术委员会编制可信性标准文件的技术委员会。该技术委员会从1956年成立以来，至今已发布了大量关于可信性方面基础性或共性的标准。TC56在1987年提出了可靠性标准的 “工具箱”结构概念，并以此作为可靠性标准体系的基础。 “工具箱”结构将可靠性工程的有关标准分为四个层次：第一层次IEC 60300-1《可信性管理体系》，它对可靠性工程的管理问题做了原则性的说明；第二层次IEC 60300-2《可信性大纲要素和任务》，它对可信性大纲的要求和具体任务做了具体说明；第三层次IEC 60300-3-X是一系列 “应用指南”标准，针对可靠性工程的某一方面或可信性大纲的某一要求做出详细的说明和要求；第四层次则是由众多直接提供应用的试验方法、评价技术活分析程序等，所谓 “工具”标准组成。由于把最低层次的标准看作 “工具”，这就好像给某一方面的可靠性工程准备了一个装有若干 “工具”的箱子。这样就形成了可靠性标准的 “工具箱”结构概念。

（2）国军标可靠性标准体系调研

国军标GJB 450A—2004《装备可靠性工作通用要求》是指导军方开展装备可靠性工作的纲领性文件，该标准也构建了国军标中针对装备可靠性的标准体系。

国军标可靠性标准体系将可靠性工作分为五个系列，即100系列——可靠性及其工作项目要求的确定，200系列——可靠性管理，300系列——可靠性设计与分析，400系列——可靠性试验与评价，500系列——使用可靠性评估与改进。每个系列都包括若干个可靠性工作内容及其对应的标准，涵盖了装备论证阶段、方案阶段、工程研制与定型阶段、生产与使用阶段的可靠性要求。

经调研，国军标现行有效的可靠性相关标准共260余项，针对装备可靠性工作建立了完善的可靠性标准体系，能够全面覆盖并指导可靠性各阶段的工作。因此，核电可靠性标准体系研究可以充分借鉴和参考国军标可靠性标准的相关经验。

7 中国核电可靠性标准体系建设建议

通过以上调研，我国亟待建立核电设备可靠性标准体系，具体的体系框架应包括以下内容：

该体系框架图共分为两个层次：

1）第一个层次是将核电可靠性相关标准划分为可靠性保证大纲、设计阶段可靠性标准、运行阶段可靠性标准和支撑性标准四个类别。其中可靠性保证大纲规定了核电厂设计阶段和运行阶段可靠性方面的具体要求，是指导核电领域开展可靠性工作的纲领性文件。

2）第二个层次是针对设计阶段可靠性标准、运行阶段可靠性标准和支撑性标准三个类别标准的具体细化：设计阶段可靠性标准按内容划分为重要SSC和可靠性要求的确定，设计阶段可靠性管理 （例如，可靠性设计评审、可靠性增长管理等），元器件和供应方的选择与控制，可靠性试验 （例如，可靠性增长、鉴定、验收等试验）；运行阶段可靠性标准按内容划分为可靠性管理（例如，可靠性工作计划、设备可靠性管理导则等），可靠性信息收集、评估与改进，与维修相关的可靠性应用 （例如，RCM等）；支撑性标准按内容划分为名词术语，可靠性分析方法 （例如，可靠性建模、预计和分配、FMEA、FTA、人因可靠性等），数理统计方法。具体的核电设备可靠性标准体系框架见图3。

图3 核电设备可靠性标准体系框架

8 结论

本论文通过对国内外核电可靠性标准的调研，指出目前我国核电领域可靠性标准建设方面的不足，并借鉴国军标可靠性标准体系和IEC可靠性标准体系的成熟经验，结合中国核电领域设备可靠性工作的实际需求，为中国核电可靠性标准体系的建立提供了建议，为中国核电基于不同的需要开展设备可靠性工作提供指导路线，同时也为后续基于可靠性的维修 （RCM）和核电寿期管理 （LCM）提供技术支持。