基于风险指引型设备分级的核电厂电动阀预防性维修周期替代技术的研究

金弘琨 JIN Hong-kun；袁明豪 YUAN Ming-hao；罗文博 LUO Wen-bo；曹光辉 CAO Guang-hui

（苏州热工研究院有限公司，苏州 215004）

0 引言

在核电厂中，数千种不同类型的电动阀执行各种功能。这些阀门需要不同程度的预防性维护，而预防性维修的执行周期主要取决于阀门安全重要性、经济影响或其他因素，如运行环境或历史性能。目前核电厂存在许多要求或计划，这些要求或计划描述了电动阀的特性，或规定了阀门的测试或监督要求。电动阀需要按照这些要求或计划开展预防性维修活动，从而保证电动阀可靠性。

核电厂电动阀预防性维修活动包括在核电厂《维修大纲》中。国内核电厂《维修大纲》中包括维修管理方面的内容，而对具体维修活动的要求（方式、频次、窗口等）则分布在定期试验监督要求（1 类执照文件）、在役检查大纲（1 类执照文件）、定期试验监督大纲、预防性维修大纲和维修规程/程序中。《维修大纲》并未给出电动阀预防性维修活动周期确定的方法。目前核电厂电动阀预防性维修工作的周期主要依据电动阀性能和运行经验反馈由电厂自行确定。传统上核电厂通常采用定期预防性维修方法保证电动阀的可靠性，但广泛的国际运行经验表明，预防性维修不足引起机组可靠性降低，影响机组安全稳定运行及经济性下降。过度的预防性维修活动引起设备计划停运过多，在役时间减少，导致维修成本增加及运行风险增加，同样导致机组经济性下降，应当综合考虑电动阀对安全的贡献、功能裕量、阀门运行及使用条件等因素，确定合适的预防性维修周期。

随着概率安全评价（PSA）技术的发展与应用，并逐渐融合到核电厂的运行管理中，形成了将确定论和概率论两种方法的优点相结合的风险指引型方法[1]。目前业内通过多年实践，已将PSA 技术应用于核电厂设计、运行和维修等各个领域，如电厂在役检查优化、技术规格书优化、大修优化等方面都开展了优化分析等工作[2]。2004年，美国核管会（NRC）正式颁布了联邦法规10CFR50.69[3]，为设备分级方法的改进和完善指明了方向。近期，国家核安全局颁布的核安全导则HAD 102/03《用于沸水堆、压水堆和压力管式反应堆的安全功能和部件分级》中[4]，业内专家也建议在升版导则中增加风险指引分级方法，作为分级的可选方法之一，一方面减轻电厂不必要的负担，另一方面加强对非安全相关但安全重要度高的设备的管理。风险指引型设备分级方法可以用于典型核电厂电动阀的风险分类以及电动阀的预防性维修周期确定[5]，本文以CPR1000 机组为对象，对核电厂电动阀预防性维修周期替代技术进行试点研究，为后续进一步的研究奠定基础。

1 技术方案

本文参考风险指引型设备分级的方法来确定核电厂电动阀的预防性维修周期[6]，主要包括以下几个实施步骤，具体流程见图1 所示。

图1 核电厂电动阀预防性维修周期确定流程

①定量风险分析：使用PSA 模型确定阀门的风险类别；②纵深防御分析；③敏感性分析；④专家组审查；⑤对风险分类中低风险类别的电动阀建立阀门功能组；⑥在每个电动阀功能组中选择有代表性的阀门，进行全面的诊断测试；⑦确定阀门功能组维修周期。

上述几大步骤构成了核电厂电动阀预防性维修周期替代技术的实施流程和技术要素。

2 案例分析

2.1 分析范围

本次分析中以某CPR1000 核电机组作为研究对象，分析范围是化学和容积控制（RCV）系统的19 个电动阀。

2.2 定量风险分析

定量风险分析是从风险角度分析选定阀门的安全重要性。以FV （Fussell-Vesely） 重要度和RAW（Risk Achievement Worth）重要度为分类依据。

根据该核电厂的PSA 模型，对相关电动阀进行定量风险分析。分析结果如表1 所示，RCV366VP、RCV060VP、RCV076VP、RCV076VP、RCV077VP、RCV078VP、RCV088VP和RCV089VP 为低风险类别阀门，其余皆为高风险类别阀门。

表1 化学和容积控制系统电动阀定量分析结果

2.3 纵深防御分析

对于划分为低风险类别的电动阀，根据表2 确定阀门在纵深防御分析中的风险类别，经过纵深防御分析后，化学和容积控制系统电动阀风险类别分类不变。

表2 纵深防御矩阵

2.4 敏感性分析

敏感性分析主要针对PSA 模型中的人因失效、共因失效和不可用度进行，以确定电动阀的风险类别。

敏感性分析将所有的人因失效和共因失效基本事件值分别增加到95%分位值或5%分位值，并将所有的试验和维修不可用度设为0，并对其分别执行定量风险分析过程。经分析后，化学和容积控制系统电动阀风险类别分类不变。

2.5 专家组审查

专家组应对风险分类过程中产生的初步分类信息，包括对每项功能在电厂风险分析和纵深防御中作用的分析过程进行审查。专家组审查包括审查初步分类的主要技术基础：PSA 技术充分性、系统功能及其分类基础。专家组确定风险信息足以支持所选电动阀的分类。应根据所考虑的功能范围和风险信息纳入这些功能的方式来判断反映电动阀的方式是否适当。如果专家组确定电动阀没有得到适当反映，则返回到初步分类过程，根据专家组的审查重新进行风险分类。

经过专家组审查后，化学和容积控制系统电动阀风险类别分类不变。

2.6 建立电动阀功能组及选定代表阀门

对风险分类中低风险类别的电动阀建立阀门功能组。每个电动阀功能组将由具有相同或几乎相同阀门和电动执行机构的电动阀组成。具体要求如下所示。电动阀功能组通常用于特定场地/电厂，但如果满足电动阀功能组选择标准，则可以跨越场地边界扩展。

①电动阀类型、直径、型号、阀杆（直径、螺距和行程）；

②执行机构类型、尺寸和总传动比；

③电机尺寸、型号（交流或直流）；

④系统专用阀门的应用和运行条件。

根据电动阀功能组中每个电动阀的功能裕量和降级趋势，在每个电动阀功能组中选择有代表性的阀门，进行全面的诊断测试。

综上所述，将上述电动阀分为四组并选取RCV060VP、RCV078VP、RCV089VP 和RCV366VP 作为代表电动阀，如表3 所示。

表3 代表阀门选取

2.7 阀门功能组预防性维修周期确定

综合考虑电动阀对安全的贡献、功能裕量等因素，阀门功能组预防性维修周期的确定主要包括以下几个步骤：

①根据表4 建立电动阀预防性维修任务的初始周期。

表4 电动阀预防性维修任务周期选择

表5 阀杆/阀杆螺母清洁和润滑周期评估

③根据润滑油脂等级、阀门周围环境和运行条件结合表6，将阀门电器和机械执行机构预防性维护及电动阀诊断试验任务调整为更为保守的周期。

表6 润滑脂等级对阀门电器和机械执行机构预防性维护及诊断试验执行周期评估

④根据表7 表明电动阀性能存在下降趋势，应考虑扩大电动阀的测试范围。

表7 通过阀门降级趋势评估诊断测试周期

通过表4-表7 分析后，最终RCV060VP、RCV078VP、RCV089VP 和RCV366VP 这四个电动阀预防性维修周期确定如表8 所示。在基于风险指引型设备分级的核电厂电动阀预防性维修周期替代技术后，电动阀阀杆清洁和润滑周期从传统的1.5年优化到了8年，电器/机械PM 周期及电动阀诊断测试周期从传统的1-1.5年优化到了8年，减少了电动阀的预防性维护活动，降低了维修成本及运行风险，进一步提升了核电厂的安全水平和经济效益。

②结合表5 中阀门润滑油等级和运行环境将阀杆/阀杆螺母清洁和润滑任务调整为更为保守的周期。

3 结论和建议

本文采用风险指引型设备分级的方法，建立了适用于典型核电厂电动阀风险分类方法以及核电厂低风险类别电动阀典型预防性维修活动的周期确定。通过以上几个方面，可指导核电厂建立和实施电动阀预防性维修周期替代技术，该CPR1000 核电机组可参考上述技术方案，根据电厂实际状态实施预防性维修周期的优化。

同时，国内其他核电厂可参考该研究制定核电厂电动阀预防性维修周期。