田湾核电站风险指引型安全系统在线维修应用

李友谊 郞锡野 顾晓慧 于文革 孙 扬

（中国核电江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

0 引言

田湾核电站1、2号机组风险指引型安全系统在线维修优化项目于2017年3月被国家核安全局批准实施，这是国内首个获批实施的安全系统在线维修项目，属于国内首创，达到国际先进水平。项目的应用提高了机组维修灵活性，更有效地利用核安全监管资源并减轻核电站不必要的负担，产生了显著的经济效益和社会效益，在国内核电站同行中起到良好的示范作用。本文主要介绍田湾核电站风险指引型安全系统在线维修分析评价结果和应用情况，为我国核电厂未来进一步实施风险指引型应用项目提供可借鉴的经验。

1 背景

田湾核电站1、2号机组为俄罗斯设计的VVER-1000改进型核电机组，采用了一系列重要先进设计和安全措施，包括安全系统四列通道、全数字化仪控系统等，机组的安全性满足国际上第三代核电站的要求。设计上，1、2号机组具备安全系统一个系列开展在线维修的特点，但受限于技术规格书（TS）严苛的要求，使得预防性维修工作只能安排在停堆期间进行。而随着大修计划的不断优化，整体工期不断缩短，安全系统四列通道的维修时间已接近大修工期，并很可能成为关键路径。

风险指引型安全系统在线维修优化项目是在国家核安全局积极推动风险指引安全管理理念，以及田湾核电站1、2号机组安全系统大修工期紧、任务重，即将成为大修关键路径等一系列背景下组织实施的。

2 分析评价

2.1 技术规格书变更分析和评价

根据国内外业界的实践经验和我国国家核安全局的政策声明及指导性文件NNSA-0147和NNSA-0148，采用风险指引决策方法，将传统工程分析和概率安全分析相结合，并关注类似电厂的调研信息和田湾核电站的运行经验反馈对安全系统在线维修优化进行分析。

首先采用传统工程分析方法，结合类似电厂的调研信息，对国内的M310机组、EPR机组及西屋标准技术规格书（STS）相关系统的系统设置、技术要求、退防时间和监督要求等进行对比分析，并结合田湾电厂的运行经验反馈，确定此项目对田湾核电站1、2号机组技术规格书的变更主要包括两方面：一是安全系统定期试验周期（STI）由1个月调整为2个月，即15天试验一个系列；二是两列不可用时的允许后撤时间（AOT）由31小时延长至3天+31小时。经对比分析，此变更符合现行法规规定要求，与纵深防御原则一致并保持足够的安全裕度。

其次采用概率安全分析方法，定量评价变更的风险是否在NNSA-0147可接受的准则范围内。安全系统定期试验周期变化后，其影响主要体现在两次定期试验间隔期间内安全系统发生失效（启动失效）的可能性的变化。从PSA建模角度而言，安全系统定期试验周期变化将对相关设备的可靠性参数产生直接影响，并间接影响到设备共因组以及部分始发事件频率，安全系统定期试验周期调整对堆芯损伤频率（CDF）和早期大量释放频率（LERF）的影响如表1和表2所示。

表1 定期试验周期修改引起的CDF变化

表2 定期试验周期修改引起的LERF变化

根据表1和表2定量分析结果，安全系统及其支持系统定期试验周期调整为每2个月后，CDF增量小于1E-06/堆年，LERF增量小于1E-07/堆年，属风险可接受的微小变化。

同时，安全系统AOT变化引起的电厂年平均CDF值和LERF值的增量也满足NNSA-0147中给出的可接受准则，AOT修改对电厂年平均风险的影响见表3。

表3 AOT修改引起的电厂年平均风险的变化

2.2 在线维修方案风险分析

以往安全系统的维修均安排在冷停堆工况进行，从进入正常冷停堆开始，对4个安全通道逐一隔离开展预防性维修，所以在冷停堆工况下始终有一列安全通道处在不可用状态。开展安全系统在线维修后，预防性维修活动的时间将从冷停堆工况调整至功率运行期间，使得冷停堆工况下4个安全通道均可用，降低了停堆工况下CDF，计算结果如表4所示。

表4 安全系统在线维修引起的停堆工况下CDF变化

开展在线维修后，在功率运行期间选取合适的时间窗口，对4个安全通道逐一隔离开展预防性维修。因此，当对某个安全通道开展在线维修时，电厂的配置是1个安全通道被隔离不可用，而其余3个安全通道保持正常状态。根据现场经验反馈，单个安全系统一列的预防性维修可在15天内完成，因此在风险评价中将模型中的一列安全通道设为不可用，持续时间为15天，计算得到的机组堆芯损伤概率的增量（ICDP）和大量早期放射性物质释放概率的增量（ILERP）见表5和表6。

表5 安全系统在线维修引起的CDF变化

表6 安全系统在线维修引起的LERF变化

参考美国电厂维修规则（Maintenance Rule）指导文件NUMARC 93-01的要求，当ICDP小于1E-6、ILERP小于1E-7时，在线维修工作可以正常开展，但安排的维修活动不允许主动进入瞬时风险CDF达到1E-3/堆年的配置。由于田湾核电站1、2号机组开展在线维修后ICDP为4.3E-08，ILERP为1.09E-9，距离风险可接受准则有很大的裕度，因此可以开展安全系统的在线维修工作。由于CDF的增量小于1E-06/堆年，LERF的增量小于1E-07/堆年，对比NNSA-0147中提出的标准，属于风险可接受的微小变化。

由于安全系统在线维修造成的不可用度对总体CDF有影响，保守假设单个安全系列预防性维修持续时间为15天，在线维修实施后基准CDF和LERF的变化见表7和表8。

表7 安全系统在线维修引起的基准CDF变化

表8 安全系统在线维修引起的基准LERF变化

3 项目实施

3.1 文件修改

项目获得国家核安全局批准后，田湾核电站修改了技术规格书、最终安全分析报告、定期试验大纲等执照文件和维修执行文件，为项目实施做准备。执照文件修改涉及高压安注系统、低压安注系统、应急注硼系统、安全壳喷淋系统、应急给水系统、应急柴油发电机组，及上述系统的通风和冷却支持系统的定期试验周期及两列不可用的响应时间。具体修改如下：

（1）定期试验周期：由1个月调整为2个月，即15天试验一个系列；

（2）两列不可用后撤时间：由31小时调整为3天+31小时，即允许3天维修处理时间。

3.2 1号机组首次在线维修

田湾核电站首次安全系统在线维修活动在2017年1号机组第10次大修（T110）前实施。首次安全系统在线维修实施793项，约占T110大修总项目8 447项的9%，约占安全系统总检修项目1 403项的57%。检修范围主要是核岛外安全系统设备（不包括安全壳隔离阀电动头及本体解体项目），包括安全系统四个通道及应急柴油机的维修/仪控预维项目、安全二通道在役检查项目。

3.3 2号机组首次在线维修

田湾核电站第二次安全系统的在线维修活动于2018年2号机组第10次大修（T210）前实施。安全系统在线维修实施881项，约占T210大修计划标准项目8 249项的10.7%，约占安全系统总检修项目1 399项的63%。2号机组在线维修项目的安排时间、项目占比均较首次实施有所提升。

4 性能监测

田湾核电站1、2号机组安全系统及其支持系统定期试验周期由1个月延长为2个月，需对实施后的效果进行长期监测以确保变更的有效性。变更生效后，需跟踪记录相关系统设备的关键性能参数变化趋势，通过收集安全系统设备的失效、试验和维修情况，与变更前数据对比，评估变更后是否处于良好的运行状态以及相对变更前的运行性能是否出现明显变化，定期给出评价结果。

经统计分析，实施安全系统在线维修后与实施前相比，定期试验相关情况基本保持一致，系统设备缺陷在正常范围内，无劣化趋势。

首次安全系统在线维修期间实际CDF峰值为2.39E-6/堆年（对应启动变不可用叠加安全系统二通道不可用），风险始终处于正常控制区（绿区），证明安全系统在线维修活动对机组风险影响在合理范围内，符合预期。

5 效益评价

风险指引型安全系统在线维修项目有利于提高安全系统维修质量和设备可靠性，对改善核电厂经济性和维修灵活性发挥了重要作用，该项目可在行业内全面推广应用，具有优越的经济效益和社会效益。

5.1 经济效益

经济效益主要体现在以下方面：

（1）安全系统定期试验周期由1个月修改为2个月，能够减少设备冲击、磨损老化，减轻运行人员和维修人员的操作负担，同时节省人力、物力成本。

（2）安全系统两列不可用后撤至冷态的时间从31小时延长为3天+31小时，提高了机组能力因子、非计划能力损失因子以及安全系统不可用度。

（3）将安全系统维修安排在机组日常功率运行期间进行，能提高机组的运行灵活性，减少大修时维修工作量和工作压力，从而减少大修期间发生人为事件的可能，提高维修后的设备可靠性。

安全系统在线维修的实施减少了大修期间的工作量，为田湾核电站1、2号机组持续刷新VVER型核电机组年度大修工期记录（T110大修为27.1天，T210大修为26.9天）创造了极为有利的条件。

5.2 社会效益

项目成果达到国际先进水平，对风险指引技术在我国核电厂的应用具有重要的示范作用，为我国核电厂未来进一步实施风险指引型应用项目，制定核安全监管的技术导则、标准积累了经验，奠定了技术基础，具有显著的社会效益以及推广应用前景。

6 结语

田湾核电站1、2号机组风险指引型安全系统在线维修优化项目借鉴了国内外电厂的先进经验，采用概率论和确定论相结合的风险指引综合决策方法对技术规格书中安全系统定期试验周期及两列不可用时间进行了优化调整，对安全系统在线维修的合理性和可行性进行了评估论证。依据设备论证结果，可以将安全系统维修安排在日常进行，实现安全系统在线维修。项目被批准后，电站修改了相应的执行文件，并在T110大修和T210大修前顺利实施，减少大修总的工作量10%左右，为田湾核电站持续刷新VVER型核电机组年度大修工期记录创造了极为有利的条件。项目的实施对改善核电厂经济性和维修灵活性发挥了重要作用，具有优越的经济效益和社会效益。