浅析美国核管会对维修规则进行基准检查的经验

张博平，周晓蕊，李晓洋，张 适，郑向阳

（生态环境部核与辐射安全中心，北京 100082）

“基于性能、风险指引型”的维修规则（Maintenance Rule，MR）是由美国核管理委员会（NRC）在20 世纪90 年代初发布的法规[1]，其目的是推动核电厂对安全相关和部分非安全相关的构筑物、系统和设备（SSC）采取更为有效的维修体系，提高设备的可靠性和可用性，减少因维修不当所导致的对安全系统的挑战。

MR 关注维修活动的结果所引起的潜在风险，使核电厂能够将资源更为有效地投入到对安全运行有着重要作用的设备维修与试验中，不仅提高了机组安全水平，也使核电厂的经济效益得到了很大的提高。除美国，也有一些国家和地区陆续推行了以维修规则为基础的管理体系，包括日本、西班牙等，也有国家在积极引进这套体系，包括韩国、南非等。我国国家核安全局于2017 年8 月10 日发布了《改进核电厂维修有效性的技术政策（试行）》（国核安发〔2017〕173号）[2]，其基本理念和方法借鉴了维修规则，期望通过政策的实施进一步提高核电厂维修的有效性，加强相关维修活动的风险评价及管理。

1 维修规则在美国核电厂的实施情况

美国维修规则的发布日期是1991 年，生效时间为1996 年，由于不确定如何具体执行该维修规则，所以，早期由9 个核电厂开展试点工作。NRC在1994年9月至次年3月间对这9个核电厂执行维修规则的情况进行了全面检查，并发布了检查报告（NUREG- 1526： Lessons Learned from Early Implementation of The Maintenance Rule at Nine Nuclear Power Plants）[3]，说明了维修规则的执行情况以及在执行中遇到的一些问题，以供其他核电厂进行参考。维修规则正式生效后，NRC 于1996—1998年对71个核电厂的维修规则实施情况进行了全面的基准检查，并发布一份总报告（NUREG-1648：Lessons Learned from Maintenance Rule Baseline Inspections）及各电厂的分报告[4]。

通过基准检查及日常运行中发现的一些问题，NRC对10 CFR 50.65进行过两次修订，分别是1996 年8 月增加关于退役核电厂的相关要求以及1999 年6 月增加关于对维修引入潜在风险强制评价的要求。相应的对下层的支持性文件也进行了适应性修订。

维修实施规则，特别是通过类似滚动计划式的维修进行有效性评价（具体到系统及部件），使业主能够更加清楚系统设备的可靠性和性能状况；通过实施在线维修和在线试验（几乎每周都会安排相应的维修或试验活动），从而提高核电厂的安全性和经济性（主要表现为非计划停堆次数的减少和能力因子的不断提高）[5]。

1.1 检查的范围

NRC 成立的检查小组对电厂进行检查时，会审查所有与MR 相关的文件，以Arkansas Nuclear One 电厂为例，检查中涉及的筛选实例见表1。检查范围主要包括：

（1）维修规则实施的独立评价（Independent Assessment of Maintenance Rule Implementation at Arkansas Nuclear One）；

（2）1号机组第13循环维修规则的定期评价（Unit 1- Cycle 13 Maintenance Rule Periodic Assessment）；

（3）维修规则大纲（Maintenance Rule Program）；

（4）第13 循环中仪表压缩空气系统性能报告（Instrument Air Cycle 13 Performance Report）；

（5）第13 循环中余热排出系统性能报告（Decay Heat System Cycle 13 Performance Report）；

（6）性能指标设置基准（Basis for Performance Criteria）；

（7）设备停役组合矩阵（Equipment out of Service Matrix）；

（8）状态报告（Condition Reports）等。

1.2 维修规则SSC范围的确定

核电厂向NRC 检查组提交用于确认筛选SSC范围的程序及过程文件，同时，提交维修规则范围内、外的SSC清单。检查组重点关注可能纳入但被排除在维修规则范围的SSC，要求业主给出充分的技术依据。

检查发现，大多数电厂能够按照NUMRAC93-01中的方法筛选出纳入维修规则范围内的SSC[6]。但对是否纳入某些非安全相关系统设备，业主可能存在理解上的误区，表1列举了几个实例。

表1 SSC范围筛选实例Table 1 Examples of SSC scope screening

维修规则是一份基于性能的法规，NRC 认为只要有充分的技术依据，业主可以灵活增加或移除维修规则范围内的SSC。

1.3 风险重要度确定

在确定SSC风险重要度时，多数核电厂采用了NUMARC93-01 中推荐的RRW、RAW、CDF贡献度方法，也有一些电厂采用了替代的定量方法如：Birnbaum或FV重要度方法。

但NRC 检查人员发现，如果统一按照NUMARC93-01 中给定的阈值（RAW＞2，RRW＞1.005，组成90%CDF 贡献度的集合）可能无法反映出某些电厂特定的风险配置情况，作为一种补充手段，核电厂组织了具有丰富专业知识的专家，并结合实际的运行经验来确定最终的风险重要类。

另外，NRC建议业主采用RRW和CDF贡献度方法确定风险重要类时，应排除与维修不相关的因素（如人因失误、外部事件等）；当出现重要的设计变更、概率安全分析（Probabilistic Safety Analysis，简称PSA）模型升级或采用新的可靠性数据时，需要对重要类的结果进行重新评价。表2给出核电厂重要度确定的实例。

一般而言，SSC风险重要度确定后，营运单位则可结合其实际运行状态确定其性能指标的层级，具体见表3。

表3 风险重要类及性能指标层级Table 3 Risk significant category and performance criteria level

1.4 关于(a)(1)与(a)(2)的分类

由于将SSC放入（a）（1）中进行监测说明其性能降低或者有下降的趋势，早期许多业主认为放入（a）（1）的系统部件越多，表明其电厂的预防性维修体系越差[7]。对此，NRC 解释（a）（1）和（a）（2）内的数量与核电厂自身的维修体系没有直接的联系，只是监测方式的宽松差别，并建议考虑将纳入（a）（1）进行监测的SSC数量仅作为核电厂自身评价维修有效性的一个内部指标。但NRC可同时考虑将重复返回（a）（1）进行监测的SSC数量作为维修规则有效实施的一个评价指标。关于（a）（1）或（a）（2）进行监测的实例见表4。

1.5 性能指标的制订

性能指标主要包括两类数据：可靠性和可用性。

对于PSA中已经建模的SSC，在制订可靠性的指标时，通常会利用电厂IPE 和PSA 中的数据，结合实际运行维修的历史数据。由于维修规则的监测周期一般为1～2个循环，对监测周期内SSC的失效率进行监测并不现实（需求次数或运行时间样本过小导致失效率的估计值并不可信）。因此，核电厂大多采取了在一个监测周期内以SSC的期望失效次数作为可靠性的性能指标。

对于可用性数据，一般采取若干个循环不可用时间的均值加上一个可以接受的阈值作为性能指标。NRC 检查通过审查机组的历史运行事件得出某系统功能的失效率，通过审查机组运行维修日志得出某系统的不可用时间，以此,评价核电厂SSC 是否超出所制订的性能指标。 表5 给出几个电厂实例。

表4 (a)(1)或(a)(2)分类监测的实例Table 4 Examples of(a)(1)or(a)(2)classified monitoring

表5 制订性能指标的实例Table 5 Examples of establishing performance criteria

1.6 维修有效性的定期评价

机组运行时，业主一般每个月进行一次简单的评价及调整，通过查询上一个月出现的故障和不可用时间的增加来动态调整后续目标，形成滚动计划。因为并非每个系统都有月度定期试验或预防性维修，所以，这种方法是针对单个系统逐个进行的，每个循环会形成一个完整的评价报告。近年来，也有核电厂采取以季度为单位的定期评价，以减少工作量。表6给出了维修有效性定期评价的实例。

表6 维修有效性定期评价的实例Table 6 Examples of periodic evaluation of maintenance effectiveness

1.7 维修活动的风险评价和管理

核电厂在执行（a）（4）时主要利用了在线风险监测软件，并利用不同状态所对应的颜色来提醒操作人员即将执行活动的风险重要程度。如绿色代表可接受，正常执行；黄色代表少量风险增加，正常控制；橙色代表风险增量较大，需要采取补偿性的预防措施；红色表示不可接受，不应进行维修试验。

另外，在实际执行（a）（4）条款时，核电厂会结合“Risk-Informed Technical Specifications Initiative 4b”一起判断是否适合进行在线的维修和试验[8]。表7给出了维修活动风险评价和管理的实例。

2 维修规则的经验反馈

维修规则实施的经验反馈主要来自两方面：

（1）NRC 会不定期对核电厂维修规则检查，不一定是全面的检查，有可能是针对某一方面或某几个重要系统，其中，地方监督站驻厂的检查人员的任务量较大，他们往往会对某些性能指标超出、在线维修试验引起较大风险等情况与核电厂人员讨论。从这些检查的结果中，NRC 员工会不定期发布相应的报告或备忘录讨论一些共性问题，以供核电厂人员或检查人员参考。

（2）行业内的经验反馈，由美国电力研究院EPRI 每年组织的两次针对维修规则的会议（Maintenance Rule Users Group，MRUG）发布，其宗旨是促进核电业主实施维修规则中的经验反馈，参会人员基本为MRUG 会员（包括美国本土和其他核电国家的会员参加），同时，也会有NRC 负责维修规则的员工及NEI 的相关人员参加[9]。除了在会上能够解决一些业主的问题，各业主也会将自己的较为详细的报告共享，供所有EPRI会员获取有用的信息。

3 结语

国家核安全局发布技术政策的目的是鼓励核电厂逐步开展维修相关的优化活动，以改进构筑物、系统和设备可靠性并加强维修活动的风险评价及管理。技术政策发布以来，多个试点核电厂积极开展维修规则的研究和应用工作[10]。

表7 维修风险评价的实例Table 7 Examples of maintenance risk assessment

但是，维修规则是一套非常复杂的系统性工程。美国NRC 于1991 年发布10 CFR 50.65，而其正式生效日期是6年之后。其间发布了相应的技术指导文件，并通过9个试点电厂实施维修规则来确定指导文件的合理性。因此，即使是有着众多成熟的国际同行所使用的研究和实践经验，对国内的试点核电厂而言，要全面实施维修规则，也需要一段较长的时间去研究并开发适用于自身的维修规则技术文件和管理体系。本文对NRC 早期检查核电厂维修规则实施效果的经验进行简要总结，供国内监管部门和试点电厂参考。