秦山地区设备可靠性数据采集和应用

李 乐，孟少朋

（1.中核核电运行管理有限公司，浙江 嘉兴 314300；2.中机生产力促进中心，北京 100044）

0 引言

设备可靠性数据是应用概率安全评价（PSA）技术对核电厂进行风险量化评估和管理的重要基础，同时可以支持电厂开展可靠性保证大纲、设备可靠性过程 （AP-913）、维修规则体系的建立、以可靠性为中心的维修等可靠性相关工作，也有助于支持电厂在设备管理、设备分级、老化与寿命管理、设备状态检测和备品备件管理等方面的工作[1]。2013年中核核电运行管理有限公司（CNNO）开始建立设备可靠性数据采集体系，迄今完成了秦山九台机组从商运至2017年底的设备可靠性数据采集，并将采集到的可靠性数据切实应用到PSA、缓解系统性能指标（MSPI）、维修规则（MR）等工作中。

1 设备可靠性数据采集体系的建立

出于核电厂应用的需求以及国家核安全局的要求，CNNO建立了规范化、一体化的设备可靠性数据采集体系，确保了设备可靠性数据采集的及时性、正确性和完整性。设备可靠性数据采集体系包括建立专业技术团队，编写完善的管理制度，确定可靠的数据采集方法以及开发9台机组公用的设备可靠性数据库。

1.1 人员和制度保障

可靠性数据采集是一项涉及面广、工作量大且繁琐细致的工作，需要一支既了解设备可靠性专业知识，也熟悉电厂生产与管理的团队来开展。CNNO建立了从事设备可靠性数据库维护及数据收集的团队。人员要求熟练掌握数据采集、筛选和计算的一般过程，对机械、仪表、电气的设备维修领域有电厂经验，了解PSA、MR等的基础知识。由于CNNO有9台机组，4种堆型，不同堆型间设备有一定差异，设备分类和设备边界划分不尽相同，所以针对不同的生产单元安排了专人负责数据采集。

另一方面，随着设备可靠性数据在电厂越发广泛的应用，数据采集和应用涉及的专业和部门也越来越多，必须建立职责清晰、流程合理的管理制度，才能有效推进工作的开展。因此CNNO编写了设备可靠性数据收集与处理管理程序，明确工作流程和部门职责。同时编写了设备可靠性数据收集与处理实施程序，详细阐述了数据采集的方法、注意事项和判断准则。

1.2 数据采集和处理方法

电厂应用的设备可靠性参数主要有：运行失效率、需求失效概率、试验维修不可用度。参考NUREG/CR-6823、INPO98-001、“核电厂设备可靠性数据采集”等文件，结合多年的数据采集实践经验，CNNO制定了标准数据采集方法。电厂设备可靠性数据采集和处理流程如图1所示，通过对电厂运行、维修、试验等活动中的原始可靠性数据进行收集、分析、输入，最终统计计算得出设备可靠性参数。

1.2.1 数据采集

图1 数据采集和处理流程Fig.1 Process of data acquisition and processing

数据采集需要明确数据采集范围内设备的边界划分、失效模式等基础信息，了解电厂运行、试验、维修等原始数据源、信息记录流程和相关系统。步骤如下：

（1）确认设备基础信息。包括确定数据采集的设备范围，按照一定规则划分设备类，以及对每一个设备类明确设备边界，确定失效模式。

（2）采集机组运行数据。从运行年报、运行日报、主控室值班日志等文件中查找反应堆非计划停堆和计划停堆的次数和停堆时间段，确定工况变换的确切时间。

（3）采集设备运行数据。通过设备运行特性和机组状态估计设备运行历史数据，当不易估计时，查阅电站设备运行记录来进行收集。

（4）采集设备失效数据和维修不可用数据。从生产管理系统筛选出所有关于设备样本的工单工作票，逐条分析判断是否为设备失效，是否造成设备维修不可用。

（5）采集设备试验不可用数据。分析定期试验规程，筛选出造成不可用的试验，从定期试验报告中收集设备定期试验的次数和试验时间。

1.2.2 数据处理

历史数据收集完成后，可以统计计算可靠性参数。设备可靠性参数估计有两种方法，经典估计和贝叶斯估计。经典估计方法认为被估参数是一个未知的常量，通常仅通过抽样得到的观测数据来估计可靠性参数。贝叶斯方法是根据贝叶斯定理进行统计推断的方法，其核心是通过实际电厂特定数据的似然函数分布以及先验（通用）数据的分布进行拟合得到的后验分布。两种方法的比较如表1。CNNO综合采用了两种方法，对于样本量较大或与特定电站特点有关的数据，使用经典估计方法对电厂特定数据进行处理，获得设备的电厂特定参数；而对于数据样本较小的设备，则使用贝叶斯方法。

1.3 秦山地区设备可靠性数据库

表1 经典估计法和贝叶斯分析法的比较Tab.1 Comparison between classical estimation and bayesian analysis

由于现在电厂大多数信息均实现了电子化，所以开发数据库软件，有利于持续系统地进行数据的采集、分析、统计和存储。秦山地区设备可靠性数据库集成了九台机组的数据管理，软件设计中考虑了多种功能。

（1）自动计算设备运行数据。如前文所述，设备运行历史数据主要通过设备运行特性和机组状态来估计，一般由数据采集人员手工计算后录入数据库，由于设备量大，该项工作耗时耗力且容易出错。因此将每台设备的运行数据估算公式固化在软件中，实现了设备运行数据的自动计算。

（2）自动读取工单工作票。为了提高数据设备维修/失效数据的采集效率，数据平台与一、二、三厂工单工作票系统建立接口，通过人工触发，软件根据系统范围自动读取工单和工作票的数据，数据以时间段为单位进行读取，已读取的数据将保存在原始数据表中。

（3）多通用数据源管理。为了兼顾各电厂采用不同通用数据源的需求，数据平台中开发了多通用数据源管理模块，允许人员进行通用数据源调整。目前数据平台中录入了 EPS900&1300、NUREG/CR-4550、DARA T.A2-3/58、NUREG/CR-6928、国家核安全局统计数据等国内常用通用数据。

（4）不可用统计。在目前的PSA模型中将系统/列试验维修不可用一般采取折算至关键设备的方式，该假设并未较好的处理系统/列不可用估算中的时间重叠问题。在数据平台中设置系统/列所包含的所有设备，通过后台逻辑设计，将系统/列所包含的设备不可用时间在同一条时间轴上进行对比，减去重叠时间，进而得到更为合理的系统/列不可用度。

2 设备可靠性数据的应用

多年来CNNO主要在PSA模型及应用工具方面开展了设备可靠性数据的应用。同时近年来，随着电厂对设备可靠性和机组经济性的越发关注，可靠性数据渐渐在可靠性相关工作中发挥了一定作用。

2.1 PSA

PSA是进行核电厂定量风险分析计算的技术方法，其在定量角度评估核电厂的安全性，找出核电厂设计、建造和运行中的薄弱环节，提高核电厂设计和运行安全性可靠性方面的作用已经得到了核电行业的一致认可。国家核安全局一直致力于推进PSA在电厂生产管理活动中的应用，越来越重视PSA模型质量。可靠性数据作为PSA的重要输入，其精确度直接决定了整个PSA研究的质量。

CNNO 9台机组均已开发了一级内部事件PSA模型，后续PSA模型应根据需求持续更新。在开展PSA模型更新时，应将电厂采集到的特定数据更新到PSA模型中。2013年CNNO启动了秦一厂功率运行PSA模型的更新，采用了一厂商运至2012年底的特定数据，使得PSA计算结果更接近电厂实际状态，有利于PSA在电厂生产活动中的应用。

2.2 MSPI

MSPI是美国核管会用于监管核电厂安全的一整套安全指标中的一类。核电厂缓解系统的性能状态决定着核电厂能否防止事故的发生以及在事故工况下是否可以缓解事故的后果，直接关系到核电站的安全水平。因此对缓解系统的性能进行监测，维持其可用度和可靠度，可以有效的减少反应堆事故发生的可能性。

CNNO在生产管理中引入了该指标。数据采集人员每季度首月采集上一季度内MSPI设备的可靠性数据，计算得到季度的MSPI性能指标，给出风险提示和需要采取的措施建议。重要系统中如果有计算结果为黄色，则需要对该系统做详细分析，给出导致核安全水平下降的原因，并为电厂提供风险提示。如果计算结果出现红色，则需要建议电厂采取必要措施，及时降低运行机组的核安全风险。根据以上分析结果编制《缓解系统性能指标季报》，报送运行处、生产计划处、设备可靠性处等电厂生产管理部门，给电厂提供核安全监督方面的决策提供参考。

2.3 MR

维修规则是美国NRC要求各核电厂开展的维修有效性监察。设备在运行的过程中，会由于各种原因导致性能发生劣化，其长期和持续的可靠性需要靠有效的维修活动来维持。维修规则要求针对范畴内的SSCs建立一套可接受的性能准则，然后用这些准则来长期持续地监测SSCs。如果性能准则没有被满足，则建立目标，以使该性能方面作必要改进[2]。

由于当前秦一厂正在开展运行许可证延续工作，国家核安全局要求在运行许可证延续被批准前，必须建立维修有效性评价体系，因此秦一厂2016年开始开发MR，识别并筛选出MR范围内的系统功能，建立功能设备组，利用PSA方法确定功能设备组的重要度，为功能组设置了可靠性和可用度的性能准则，收集分析系统设备的历史失效和维修数据，完成了准则的验证。目前仍在进行其他系统的MR开发，后续开发完成后，定期监督相关流程如下：

（1）每个月，收集统计SSCs的可靠性数据，如发现不满足性能准则或有明显不利趋势，则提出a（1）/a（2）决定的需求报告，提交MR小组进行决策。

（2）每个季度，记录评价结果，编写系统健康评价报告。

3 问题和建议

在可靠性数据的采集过程中，发现了一些问题，以下对这些问题进行探讨。

问题一：设备维修、试验等的原始记录数据不全，并且早期的数据没有电子化，数据采集存在难度。

建议：

（1）核电厂维修、试验人员在进行维修、试验工作时，尽量将数据记录完整，以便数据采集人员能收集到足够的信息来进行判断。

（2）可靠性数据采集人员通过多种渠道尽可能全面地了解事件信息，避免因信息的片面导致错误的判断。

（3）当事件记录是不清楚或是不完整的，无法确定一个设备的故障是否是一个导致不能执行其要求功能的失效时，倾向于保守的记录这些事件作为设备失效，只要对应用结果影响不大，这就是合理的。

问题二：设备失效数据的判断尤为重要，但实际不同人员采集的设备失效数据差别颇大。

建议：

（1）确定尽可能详细的失效数据判断原则。目前的判断原则主要参考NUREG/CR-6823[3]和国家核安全局发布的《核电厂设备可靠性数据采集》，考虑范围已经颇为全面，包括关注“失效”和“功能降级”，TS和PSA对设备要求的不同等。但还应更为细化，将数据采集过程中遇到的一些典型的容易判断失误的情况列入原则中。随着数据采集经验的累积，逐步丰富判断原则。

（2）在进行数据分析判断时，数据采集人员应多与其他数据采集人员及核电厂专业工程师进行沟通交流，尽量减少主观性的判断。

问题三：数据采集中需要进行大量的判断、分析工作，如何确保数据质量。

建议：

（1）数据采集人员应具备相当的运行、维修、定期试验、可靠性方面的知识。

（2）数据初步采集完成后，核电厂组织有丰富运行、维修和设备管理等工作经验的专家对结果进行校核。

（3）加强对数据采集人员的培训，包括可靠性数据采集方法流程和PSA、MR相关知识的培训。

3 总结

可靠性数据是电厂运行积累的宝贵资源，应该得到系统规范的采集和充分有效的利用。2015年国家核安全局正式发布了《核电厂设备可靠性数据采集》，指导国内核电厂设备可靠性数据的采集工作，规范了国内的数据采集体系，但可靠性数据主要还是应用在PSA中，其在可靠性工作、老化与寿命管理等方面的应用仍处于小范围开展阶段，如何提高数据质量，推广数据应用还需要业界同仁一起努力。