重水堆电厂控制系统设备分级管理实践与探索

沈 艳

（中核核电运行管理有限公司 技术三处，浙江 嘉兴 314300）

设备可靠性管理理念已广泛应用于国外核电厂的设备管理中，并为其带来了显著的经济效益。美国核电运行研究所（INPO）根据美国核电运行经验总结了以保持和提高设备可靠性为中心的经验报告。重水堆电厂在借鉴国内外核电厂设备可靠性管理经验的基础上，逐步将设备可靠性管理理念应用于重水堆电厂的设备管理中。

设备分级可以让核电机组生产管理及维修资源达到合理分配和优化利用，确保对各机组的安全稳定经济运行产生重要影响的系统和设备进行更有效的管理。因此，建立一套适用于重水堆电厂的系统化的设备分级管理体系是设备可靠性体系建设的基础和前提。通过设备分级管理，以保持和提高设备可靠性为中心，在全寿期内保证机组安全稳定经济运行，控制电站运营成本。

1 核电厂设备分级管理模式现状与问题

1.1 设备分级管理

重水堆电厂参考INPO的可靠性理念，建立了设备可靠性管理流程[1]。其中，设备分级管理是该流程的首要工作。在对设备分级的基础上，对关键、重要的设备进行有针对性地管理，加强性能监督，实施动态管理，持续改进设备可靠性管理策略，加强预防性维修管理和寿期管理等，从而保障电厂设备的可靠性水平。

目前设备分级采用“单一故障”原理，以单一设备故障发生时导致系统和核电厂产生的后果的严重程度为基准进行设备分级[2]。

重水堆电厂基于美国核电运行研究院《设备可靠性管理流程》的原则，根据设备对电厂的核安全、生产运行、经济性等影响的大小，制定出设备的关键度分级原则，共分为4个等级[3]，具体见表1。

表1 设备分级准则Table 1 Equipment classification criteria

1.2 核电厂设备分级流程

核电厂设备分级流程：核电厂主要通过设备故障失效后，对系统功能的影响程度作为分级的依据并结合概率风险分析（PSA）、机组稳定性管理系统（PSM）、风险增量因子（RAW）和FV重要度值（FVW）数据来综合判定设备关键度分级。分级流程由4大部分组成：确定系统功能和范围、划分功能设备组、设备关键度分级、设备工作频度和环境分级。具体流程如图1。

图1 设备分级流程图Fig.1 Equipment classification flow chart

1.3 设备分级管理面临的主要问题

2008年重水堆电厂设备分级管理体系建立前期先采取部分重要设备分级的管理模式，2012年参考INPO的可靠性理念建立了设备分级导则，逐步扩大设备分级的范围。至2015年转变为以设备功能组为抓手，通过专项组形式对全厂设备进行分级。虽然电厂的分级管理手段不断在加强，但由于重水堆电厂初设的设备分级管理方法不够系统和全面，随着电厂的运行，之前参考国外经验建立起来的重水堆电厂设备分级管理体系的问题逐渐暴露出来，并给机组的安全稳定经济运行带来较大风险。具体碰到的问题如下：

1）分级流程不够完善

重水堆电厂原设备分级流程为纸质流程，存在设备分级不及时、设备分级准确性低，工作效率低，数据无法贯通和管理模式无法共享等问题。

2）分级方法不够系统和规范

目前核电业界广泛认可美国核电运行研究院的设备可靠性管理流程，但是该体系只简单提供了设备可靠性管理的内容，并未提供设备分级的具体手段与方法。工程师没有系统化的方法做指引，只能按照自己的认知和习惯直接对照分级准则进行分级，导致分级结果不够精准。

3）分级后续管理不够闭环

设备完成设备分级后，没有进行全过程管理，做不到闭环管控。如SPV设备分级完成后，没有及时制定有针对性的缓解策略分析等操作。

2 设备分级管理电子化体系的建立和实践

秦山第三核电厂两台重水堆机组已运行20余年，针对上述的问题和缺点，电厂逐步健立起设备可靠性管理的制度和规则。在抓好传统设备分级管理的基础上，注重将核电行业一些先进的可靠性管理思路逐步引进到机组可靠性管理体制中，并在应用中总结出适合机组的新方法。2018年开始，结合电厂技术特点，通过不断探索、研究设备分级管理的新思路和新方法，作为试点单位率先启用了设备分级电子化流程，并在电子化实践基础上提炼总结了适用于重水堆电厂设备分级的“八步分析法”，并实现了设备分级的闭环管控，建立了一套系统化的设备分级管理方法。

2.1 建立设备分级电子化体系

秉承公司提出的数字核电的理念，针对原分级流程中各环节进行了研究，通过咨询、测试和同行调研，确定了以中国核电设备可靠性管理系统（ERDB系统）为平台，作为试点单位开展重水堆机组设备分级电子化工作。在ERDB系统应用期间，通过研究、比较进而优化和积累经验，推动了ERDB4.0向新一代核电设备可靠性管理系统（ERMs）的切换，助力了电子化流程的进一步更新迭代，并在实践应用中不断总结和优化。

ERDB中内置了设备分级的标准、判断准则，通过系统功能分析、功能组分析、故障和影响分析来确定设备的关键度分级，形成设备分级的过程文件，产生设备分级清单[4]。设备关键度、使用频度和环境分级结果会直接影响到电厂的预防性维修策略和大纲，有利于把电厂有限的资源尽可能集中用于电厂关键或重要的设备，通过增加这部分设备的运行可靠性，保证电站的安全和稳定运行。设备分级分析模型如图2。

图2 ERDB设备分级界面Fig.2 ERDB Device classification interface

在电子化的进展中，梳理了396份报告共计15余万条设备的分级数据。在梳理过程中发现纸质版报告存在两个机组同一位号设备分级不一致，设备编码、设备名称等基础信息错误，设备分级信息放在错误的分级报告中等多种问题。针对这些问题电厂成立了专项小组，对所有报告中的设备正确性进行重新评估，建立了规范的基础数据库，并导入ERDB系统。

2.2 提炼设备分级“八步分析法”

所有的设备可以先假设为重要，只有经过全面地分析才能证明其是否重要[5]。结合电子化过程中的实践经验进行了重点攻关，以提高分级效率和准确性。经过多次样例分析验证和优化迭代，总结出一套精细化的设备分级方法，即已结果为导向的“八步分析法”，先假设设备为重要设备，对所有设备进行全面分析。

在关键度分级时，依次罗列设备原设计上的所有功能与该设备在各个设计工况下为执行设计功能所处的运行状态，通过分析设备在各个工况下执行设计功能时出现故障后所带来的直接或间接影响，完整分析设备的功能及失效影响并辅以检修模式、运行技术规格书（TS）限制和考虑其他因素的影响，根据“从高原则”对设备关键度进行综合性地精准评估，做到精细化定级。“八步分析法”操作流程如图3。

图3 “八步分析法”流程框图Fig.3 Flow block diagram of "eight step analysis method"

“八步分析法”是基于后果导向，对设备进行精细化的综合评价，经过更谨慎地分析，运用逻辑判断确定设备失效后导致的安全和运行后果，最终进行关键度判定。与原来的分级方法相比，“八步分析法”更有逻辑性且更加全面，可以更好地为设备工程师提供设备分级指导，且通过标准化的描述和分析可以为其他软件直接调用，可以通过条件搜索进行大数据处理，为后续智慧化电厂打下基础。与原方法对比见表2，从表中可知，原方法没有对设备进行精细化的分析，只分析了一种工况，导致误分级为CC2-a，通过“八步分析法”全面精细化分析后发现流量偏差大于8%额定流量，将导致MSR再热器被迫隔离，降功率大于10%，最终分级为CC1-b。

表2 新旧分析法对比Table 2 Comparison of old and new analysis methods

2.3 设备分级管理不断优化

综合近几年设备分级电子化的应用经验，进行了多次优化。

1）实现ERDB与EAM实时对比功能

在ERDB系统中增加了ERDB与EAM实时对比功能，通过实时对比，可以直观地检查ERDB与EAM中设备分级是否同步，新增设备是否已分级，帮助设备分级管理可知可控，保证数据的正确性和及时性。具体见表3。

表3 ERDB与EAM设备分级不一致对比表Table 3 Comparison of ERDB and EAM equipment classification inconsistencies

2）增加修订功能

在ERDB系统增加了修订功能，对比升版功能，修订功能在报告修订页中只显示需修改设备分级的设备，且可以展示修改前后对比，避免了报告整体升版造成的资源浪费，大大增加了设备分级效率和及时率。

3）升版为ERMs系统

推动了ERDB4.0向新一代核电设备可靠性管理系统（ERMs）的更新换代。ERMs中在设备分级定级前增加失效模式的选项，每一条失效模式都需要进行针对性分析，进一步保证了分析的全面性，同时丰富了报表查询功能并增加了安全环保分级功能。ERMs操作界面如图4。

图4 ERMs操作界面Fig.4 ERMs Operation interface

设备分级管理系统先后经历了3个阶段发展，每一个阶段都有不同的进步。目前，设备分级系统已是较为完善的电子化管理系统。设备分级电子化进展对比如图5。

图5 设备分级电子化进展对比Fig.5 Comparison of the progress of electronic equipment classification

2.4 设备分级后续全过程管理

梳理出设备定级后需跟踪的每一条行动，针对每一条行动明确职责、逻辑时间线和完成时间，制定跟踪计划，确保后续任务可知可控，实现闭环管控。如SPV后续行动，共计20余项，目前通过状态报告行动进行跟踪，确保每一个定级为SPV的设备都有及时的应对措施。SPV设备后续具体行动如图6。

图6 设备定级为SPV后的行动跟踪Fig.6 Action tracking after equipment is rated as SPV

2.5 成果应用

通过应用电子化流程和“八步分析法”，目前重水堆电厂已完成了1万多个未分级设备的定级工作，396个系统全部15余万条已分级设备的设备分级审查，设备分级流程电子化和分级后设备的后续跟踪管理工作。以SPV设备为例，自2019年以来通过重水堆电厂关键设备功能小组的敏感部件识别和“八步分析法”的应用，并参考近几年设备运行情况、经验反馈、PSM分析、设备变更及系统分析方面的文件进行分析，共计新增164项SPV设备，降级469项SPV设备，变更拆除57项SPV设备。通过闭环管控SPV设备新增和降级后的清单梳理、软件同步、文件更新、备件分级、预维升版、设备综合管理等20余项后续行动均得到跟踪和落实。

目前，电厂CC1级、CC2级、NC级和RTM级设备的占比分别为1.3%、8.3%、29.3%、61.1%，如图7。其中38.9%的设备（CC1、CC2和NC），需采取可靠性管理策略，其余61.1%的设备（RTM）不需要预防性维修，可采取纠正性维修。设备管理中重点关注的SPV设备约为1.3%。设备分配合理，有利于把电厂有限的资源尽可能集中用于电厂关键/重要的设备，通过保证关键及重要设备的可靠性来确保系统功能的可靠性，保证电站的安全和稳定运行。

图7 各等级设备比例图Fig.7 Scale of equipment at all levels

3 设备分级管理体系进一步优化探讨

随着对设备分级管理的实践和探索，设备分级管理流程从纸质化到ERDB再到现在的ERMs，已经拥有了较为完备的重水堆电厂设备数据库和系统化的管理体系，也获得了良好的应用成效。目前，设备分级管理实现了信息化和工作流程的电子化，以及与EAM之间的部分数据贯通。但是业务过程中部分流程还存在人控而不是全程机控，设备分级管理还不能实现全程管理智慧化。

根据重水堆电厂设备分级方法和管理特点，建议重水堆电厂设备分级管理做如下优化：

1）智慧化分级模式探讨

目前虽然已建立系统化的“八步分析法”用于规范设备分级，但单单通过工程师进行一步一步分析，效率较低，且存在人因失误风险。为了提高效率和进一步增加分级精准度，降低人因失误风险，建议业务过程数字化。通过调用“八步分析法”精细化处理的标准描述和分析，将下属的因子作为设备分级信息属性，提前导入系统，并量化概率风险分析（PSA）、机组稳定性管理系统（PSM）、风险增量因子（RAW）和FV重要度值（FVW）等设备分级参数并进行计算机比对，在分级过程中自动判断这些因子的量级，并自动选择对应的条款，从而实现信息系统由电子化管理向数字型管理转型，可以增加设备分级的效率、设备分级的精准度和防止人因失误。量化的设备参数可以为其他软件调用，为后续流程实现数字化奠定了基础，为实现智慧电厂做好准备，具体结构如图8。

图8 设备分级综合参数高选器Fig.8 High selector of equipment grading comprehensive parameters

2）设备分级全过程电子化管理探讨

设备分级完成后的后续待做行动已有明确的要求，但还需要通过人工来跟踪，还未实现电子化管控。建议根据目前整理出来的设备定级完成后需要开展的所有行动，建立电子化流程。即一旦定级完成，系统自动发出相关行动。如ERMs中有新设备分级为SPV，系统自动发起SPV设备清单升版，自动更新EAM中设备分级，自动触发修订预维大纲任务等，实现从人控转化为机控，最终实现智慧化管控。

4 结束语

重水堆电厂在优化设备管理时，以科学、系统、精准地完成电厂设备分级为目标，有效推动了设备分级从纸质流程到电子流程的进展，并通过实践总结出了以结果为导向的设备分级“八步分析法”。该方法综合考虑多种因素，并进行了探索性的延伸，同时结合设备分级全过程管理，闭环控制设备分级全流程，全方位增加设备分级的正确性和可靠性。该方法在重水堆电厂已得到了很好的应用，同样适用于其他核电厂，对目前国内核电厂的设备分级工作有良好的参考意义，为机组的安全、稳定、经济运行提供可靠的保障。