基于PRA技术的发电厂系统状态风险管控可行性研究

周崇波，陈艳超，吴 洁，马汝坡

(1.华电电力科学研究院有限公司，浙江 杭州 310030；2.上海电力大学电力安全技术中心，上海 200090)

0 引言

随着能源结构调整、供给侧和电力体制改革的不断深入，电力安全生产面临新的挑战。大容量、长距离电力输送，加大了电网大面积停电的安全风险；风、光等新能源和分布式能源的快速发展，增加了安全风险管控难度；网络信息安全形势日益严峻，直接威胁电力系统安全稳定；电力工程建设规模日益增大，人才、设备、管理、技术等方面难以适应，传统的风险管控和安全管理能力、手段急需改进。针对新时代我国电力生产安全面临的新形势、新问题，国家能源局先后出台了《电力安全生产行动计划(2018—2020年)》《发电企业安全生产风险管控体系建设导则》，指导开展电力行业安全风险管控体系建设。

1 研究现状

当前，确定性风险评价(derterministic risk assessment，DRA)具有脆弱性，基本都是在发电厂各个功能层面上进行的，没有考虑各功能模块之间的相互影响以及系统和设备失效的概率属性，对单个设备的失效是通过怎样的故障机理影响整个发电厂系统的安全运行和扩散的途径缺乏深层次的研究；采用安全系数或保守参数来确保实际风险不被低估，导致其结果不能反映真实情况。因此，在可靠性评估方面不能有效评估设备故障、维修管理、人因失效、共因失效等因素间的关联性；对潜在风险源、事故缓解系统和设备的失效概率及扩散途径不确定性带来的后果，尚未进行科学合理的分类和量化分析，难以建立有效的状态风险管控机制。

2 概率风险评价技术

概率风险评价(probabilistic risk assessment，PRA)技术是专门针对大型复杂网络发展起来的一种现代风险评价方法，利用事件树、故障树、动态故障树、贝叶斯网络等方法，全面系统地鉴别出有可能导致各种后果的始发事件，并对随后的事故进程和可以采取的缓解手段建立风险模型，以事件树的形式将始发事件发生后的事故序列和发展路径清晰地展示出来，再通过故障树将事故缓解系统的不可用度以系统中的设备、部件的可靠性模型加以量化分析，用于评价每条事故序列可能发生的频率，找到事故的主要贡献因素。

概率安全的概念于20世纪40年代首先在航空工业领域提出，由此出现了一种基于逻辑判断的系统可靠性分析方法。在随后的20年内，应用统计模型进行部件的失效率和可靠性分析的技术得到发展。20世纪70年代，由Norm Rasmussen博士率领的小组对美国的Surry压水堆核电站和沸水堆Beach Bettom-2核电站进行了系统的概率风险评价，并于1975年发表了著名的“反应堆安全研究”报告“WASH-1400”，首次把概率论方法应用于反应堆安全研究，成为概率风险评价发展的里程碑。

20世纪90年代以来，随着PRA技术及评价方法的成熟，以及人们对系统可靠性要求和效益的不断提高，PRA方法的应用逐渐被从核工业界借鉴到其他工业界，如航天航空、医疗卫生、能源电力、石油化工等；概率风险评价技术在核工业界本身从最初的设计优化发展成目前的用于电站系统设备安全分级、提升设备维修(包括状态检修)有效性以及管控电站状态风险行之有效的技术手段。

目前，PRA技术在发电厂系统只有零星的探索研究，但随着电网复杂程度和新能源比例的增加以及市场化运作的进一步推进，对风险管控和可靠性的要求也不断提高，发电厂在保障安全的同时还要提升经济效益。因此，针对发电厂进行PRA研究工作，对发电厂进行“知风险的”（risk-informed)整体决策和状态风险管控已是十分必要。

3 研究实践

基于PRA技术的发电厂系统概率风险评价模型可对发电厂生产过程中存在的潜在风险(如非计划停机)进行分类和量化分析，为制定切实可行的风险管控机制提供技术支持，主要有以下7个方面的研究实践。

(1) 梳理、鉴别典型发电厂因各种运行、维修状态对发电厂系统安全运行造成的影响。

(2) 研究发电厂系统概率风险评价和建模方法论，包括导则、编码规则等。

(3) 全面系统地鉴别触发发电厂保护系统和影响安全运行的各类始发事件。

(4) 分析发电厂系统响应和事故进程，建立整体风险评价模型。

(5) 对发电厂系统的各类风险源和用于事故缓解的结构、系统、设备(SSC)进行“知风险的”安全分级，其工作流程如图1所示。

（6）对各类假想事故的发生及演化扩散进行模拟预演，研究“后果对应频率”的整体决策技术要素，如图2所示，降低人因失误，找出最佳缓解途径，为发电厂安全风险分级管控提供技术支撑。

(7) 创新一种适用于发电厂的确定论与概率论相结合的安全评价方法，量化分析评价发电厂系统与运行、维修状态相关的各类潜在风险。

4 结论

基于PRA技术的发电厂系统状态风险管控研究，对电力安全生产领域的风险分级管控有着至关重要的作用，能有效解决当前发电厂安全领域风险预控的难点、痛点，特别是涉及非计划停运、高风险设备等，在假想事故发生前可以有针对性地设置防范措施，包括应急规程、可靠性维修策略的优化等；在事故发生后，借助模型中的事故序列途径和事先的后果分析，及时制定应对策略，在事故进程的缓解措施上有效利用资源，使最终后果的影响最小化。将概率风险评价模型创新性运用于安全性综合评价，丰富评价方式，提升评价质量，值得深入研究并适时推广应用。