秦一厂安全注射系统维修规则分析

麻浩军

(中核核电运行管理有限公司，浙江 海盐 314300)

维修是核电厂重要的安全相关活动，在核电厂运行过程中，必须保证维修活动的可靠性和有效性，使核电厂构筑物、系统和设备在各种运行工况、设计基准事故工况，以及选定的超设计基准事故工况下，能够有效地执行预定的安全功能，保证核电厂运行安全。

传统上核电厂采取纠正性维修及预防性维修，但广泛的国际运行经验表明，维修不足、过度维修以及维修不当均会对核电厂构筑物、系统和设备产生不利影响，从而影响核电厂的运行安全水平。近年来的国际经验表明，核电厂采用基于构筑物、系统和设备有效性和维修风险管理的维修规则，能够更加合理、有效的提高维修的可靠性。

核电厂基于有效的维修规则实施的基本原则为：首先基于安全原则，确定适当的构筑物、系统和设备范围，纳入有效性维修管理。随后针对这些构筑物、系统和设备制定风险重要性和性能指标，并开展监测。核电厂运行中，定期对这些构筑物、系统和设备的实际运行情况进行评价，判定是否满足已制定的性能指标，并根据评价结果对维修规则进行优化调整。同时，对开展维修活动所引入的机组运行风险进行评估，必要时采取相应的预防措施，下面以秦一厂安全注射系统为例展开分析。

1 安全注射系统维修规则分析

1.1 系统边界

安全注射系统边界是：从上游边界的换料水箱到下游边界的反应堆冷却剂系统环路入口处，包括换料水箱，四台高压安注泵，两个并联的安注箱，及其他相应的管道、阀门、仪表及安注泵的润滑油系统。

为了使分析更有效率，根据对系统功能的影响程度，对系统进行了相应简化处理，如疏水阀、放气阀及其管道不做分析。简化后的流程图描述了系统正常的备用状态以及介绍了其模型边界。简化后的系统流程图见图1。

图1 安全注射系统简化流程图Fig.1 The simplified flow chart of the safety injection system

安全注射系统设备与许多支持系统相连接，包括交流电源、直流电源、应急冷冻水系统、设备冷却水系统等。安全注射系统设备与各支持系统边界划分如下：

1)交流电源：直接给电动设备提供交流电源的供电开关(熔丝)、接触器及其控制回路等供电设备，在本系统考虑；但其上一级的动力母线、开关柜组或动力箱，不在本系统考虑。

2)直流电源：直接给电动泵提供启动和控制电源的开关、熔丝等设备作为设备控制回路的一部分，在本系统中考虑；但各直流母线及小母线的失效，分别在220 V和24 V直流电源系统中考虑。

3)应急冷冻水系统：泵房循环冷却机组本体、供电开关及其温度连锁控制通道，在本系统考虑；给循环冷却机组供应冷冻水的进出口阀门，放在应急冷冻系统中考虑。

4)设备冷却水系统：安注泵因冷却水阀不能保持开导致失去冷却，在本系统考虑；而冷却水源的失效，归入设冷水系统中。

1.2 确定MR所涉及SSC范围

维修规则所涉及的构筑物、系统和设备(简称SSC)包括所有安全相关的SSC和部分非安全相关的SSC。

安全相关的SSC，是指用来保证以下功能：

1)反应堆冷却剂压力边界的完整性；

2)实现停堆和保持反应堆在安全停堆状态；

3)能防止或减轻事故的放射性后果。

非安全相关的SSC，只要满足下列任一条件，就属于维修规则的范围：

1)在最终安全分析报告的事故分析中，用于缓解事故或瞬态的；

2)应急运行规程中使用的；

3)失效可能导致安全相关的系统设备不能执行其安全功能；

4)失效可能导致停堆或安全系统动作。

根据以上原则，系统功能分析和筛选的结果，安全注射系统有下列MR功能：

功能一：作为应急堆芯冷却系统的一部分，在事故情况下，向反应堆冷却剂系统注入含硼水，控制反应性和带走热量。

为了方便后续监督，将系统分成以下5个功能组(FEG)：

FEG1:在事故情况下，通过安注泵给安全注射母管提供压头；

FEG2:在事故情况下，将安全注射母管的含硼水分配注射入堆芯；

FEG3:在事故情况下，给安注泵提供含硼水源，以及接收小流量回流；

FEG4:为事故后监测换料水箱的水位，触发安注再循环动作或触发喷淋再循环动作；

FEG5:在事故情况下，通过安注箱向反应堆冷却剂系统注入含硼水。

1.3 MR功能失效分析

(1)基本准则与假设

主要假设罗列如下：

1)每台安注泵都有一套独立的润滑油系统，为了减小系统故障树的尺寸，仅把润滑油系统的失效建一个独立子树分析计算，在模型中使用基本事件来模型化润滑油系统的失效，该基本事件的取值使用故障子树计算出的失效概率。

2)Ⅰ、Ⅱ环热段注射属于MR功能，但由于相关阀门无动作需求(没有试验，启停期间无操作需求)，无法监测其失效次数。暂不设定Ⅰ、Ⅱ环热段注射功能的性能指标。

3)认为一条冷段的注射支管只能向主系统注入一台安注泵的流量。

4)当安注泵的小流量回流管路不通，则认为导致泵启动失效。

5)不考虑小流量回流管的分流的影响。

6)管道和阀门的外漏，泄漏量一般比较小，不考虑因外漏而导致注射功能的丧失。

7)常关阀门的内漏，水量流失一般比较小，不考虑因常关阀内漏而导致注射功能的丧失。

8)在执行功能需要动作的阀门，只考虑其需求失效(不能开/不能关)模式，省略了运行失效(不能保持开/不能保持关)故障模式，因为运行失效(24 h)的概率和需求失效的概率相差1～2个数量级。

9)高压安注泵轴承失去冷却，视为泵失去功能。电动泵的轴承由设冷水提供冷却水源，冷却水源的失效，放在设冷水系统中考虑，在本系统中只考虑安注泵因冷却水阀不能保持开导致失去冷却。

10)泵房的通风冷却仅考虑高压安注泵房的循环冷却机组(即X2-3A/B)。

11)泵的驱动电机失效，在PSA(概率安全分析 Probabilistic Safety Analysis)模型中没有单独模化，归入泵整体失效中(即包含在泵的启动失效和运行失效中)。

12)只考虑事故后24 h设备失效的影响。

13)安注系统不存在试验不可用，在定期试验时阀门关闭，有安注信号时要求开启，故不能开算失效。

(2)影响功能的设备及其故障模式清单

根据系统功能分析和筛选的结果，并结合基本准则与假设列出各功能组的的设备清单及故障模式，通过统计各功能组设备的失效概率总和，为可靠性的指标设定提供依据。

1.4 功能重要度判定

利用PSA模型对安全注射系统MR功能的重要度进行了计算，判断风险重要度的三个准则具体如下：

1)RRW>1.005：若假设该功能100%可靠，由此带来的CDF 风险减少值大于1.005，则认为该功能是风险重要的。

2)RAW≥2：若假设该功能失效，由此带来的CDF 或LERF 风险增加值大于2，则认为该功能是风险重要的。

3)90%CDF：若一项功能包含在若干割集之中，这些割集按递减排序且累计对CDF 的贡献超过90%，则认为该功能是风险重要的。

注：CDF(Core Damage Frequency)——堆芯熔毁率；

RAW(Risk Achievement Worth)——风险增加值；

RRW(Risk Reduction Worth)——风险减低值。

具体计算结果见表1。

表1 功能重要度判定Table 1 Determination of the function importance

1.5 性能指标设定

如果功能组风险重要度高，则按系列层次(如有)建立可靠性和可用度指标；如果功能组风险重要度低，则按功能组建立可靠性指标。安注系统各功能组都为风险重要度高，故需建立可靠性和可用度指标。

(1)可靠性指标

若已知设备的平均失效发生率为λ，一个监督期的时间为T，则在一个监督周期内预期发生的失效次数为λT。实际失效的发生属于随机事件，其概率服从泊松分布，按公式：

P(n) =e-λTx(λT)n/n!

可计算出实际发生n次失效的概率。

依照功能分析中所列出的设备清单及故障模式，计算出各功能在2个运行循环周期(30个月)内发生功能失效的概率。要求置信度大于95%，得出各功能可靠性指标——在2个运行循环内的目标失效次数。为便于监测，对于各个功能组内的各个列分别进行建模，具体计算结果如表2所示。

表2 各功能组监督周期内允许失效次数Table 2 Allowable failure times of each functional group in the supervision cycle

收集了2012年2月至2016年12月的历史数据，发现期间安全注射系统MR功能中FEG1-A和FEG1-C失效1次。从历史数据分析可知，安注系统MR功能相关可靠性指标设定见表3。

表3 影响MR功能设备失效数据Table 3 Equipment failure data affectingthe MR function

(2)可用率指标

可用度指标的计算主要是收集各功能组对应的设备在2012—2016年期间的不可用时间，然后计算出不可用度的95%置信度值(按照正态分布考虑)，两个循环的不可用度目标值就是该95%置信度值与21 600 h之积。如果按历史统计数据给出的不可用时间指标明显不合理，则进行专家判断。如可靠性指标允许失效1次，而统计得出的不可用时间为0，则采用技术规格书的限制时间或依经验判断处理缺陷所需要的时间。

对于没有在功率运行期间开展预防性维修的系统设备，按上述原则设定的可用率指标，只适用于纠正性维修。因此，还需要加上预防性维修需要的时间。考虑监督周期内进行1次主要设备的预防性维修，预防性维修需要的时间采用估计时间，如泵估计为7天，阀门估计为2天。

具体指标值计算如表4所示。

表4 各功能组监督周期内不可用时间Table 4 Unavailable time in the supervision cycle of each functional group

2 结 论

根据制定的性能指标,需要开展相应的性能监测，定期收集统计构筑物、系统和设备的性能数据(可用率、状态参数、失效次数)，当SSC的性能或状态不满足目标时，为(a) (1)，必须采取相应的纠正行动，满足目标时为(a) (2)。

通过采用基于构筑物、系统和设备有效性及维修风险管理的维修规则，目的是在可靠性和可用率之间取得平衡，避免维修不足、过度维修以及维修不当对SSCs产生的不利影响。在维修工作计划安排上，要考虑可靠性和可用率指标，必须进行风险控制，使用风险监测器(Risk Monitor)。其着重点在于消除维修可预防故障(MPFF)，维修工作做到修必修好，特别关注重复性维修可预防故障(RMPFF)。

实施维修规则推动了PSA的成果应用，更合理安排与安全和发电相关的系统设备的维修(日常可以主动安排安全系统设备维修，但不能超过退防时间)。