核電廠概率安全評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用探討

李若鯤　蔡國(guó)杰　朱鋼梁　姚樹密　吳淑玉

【摘 要】安全分析是核電站發(fā)展的重中之重，本文首先對(duì)我國(guó)核電廠概率安全分析的研究情況大致內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和整理，歸納了其分級(jí)情況和流程，結(jié)合具體研究實(shí)際闡述了其動(dòng)態(tài)可靠性和分析研究方法。并對(duì)傳統(tǒng)安全分析即靜態(tài)概率安全分析進(jìn)行了剖析，從而找出引起穩(wěn)定性變動(dòng)的原因，得出冷卻水系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)失效概率的變動(dòng)范圍，對(duì)這些變化因素給予重點(diǎn)關(guān)注，為我國(guó)核電站后續(xù)安全監(jiān)管提供一定的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；概率安全分析方法；冷卻水系統(tǒng)

PRA安全分析是一項(xiàng)系統(tǒng)的龐大工程，我國(guó)現(xiàn)階段已經(jīng)有相對(duì)成熟與完善的商業(yè)故障分析應(yīng)用軟件。但是安全概率分析模型構(gòu)建等程序依然需要大量專業(yè)人員來(lái)操作與進(jìn)行，因此開展PRA安全分析模型軟件開發(fā)項(xiàng)目刻不容緩。將新的分析方法引入PRA安全分析系統(tǒng)，使得模型分析結(jié)果與實(shí)際情況更為接近，為故障與事故處理方案提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，為優(yōu)化安全分析系統(tǒng)提供信息數(shù)據(jù)支持，因此PSA安全分析研究是非常有前景與價(jià)值的。

1 核電廠概率安全評(píng)價(jià)方法概述

1.1 概率安全分析方法相關(guān)理論與概念

概率安全（PRA技術(shù)分析系統(tǒng)）分析的首次運(yùn)用是在在美國(guó)核管20世界80年代出版發(fā)行的《反應(yīng)堆風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估美國(guó)商用核電站事故風(fēng)險(xiǎn)》報(bào)告中，該報(bào)告對(duì)堆芯熔化的風(fēng)險(xiǎn)和概率進(jìn)行分析與評(píng)估的時(shí)候第一次運(yùn)用了概率安全分析方法。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，可以將概率安全分析方法定義為：以概率論和穩(wěn)定性作為前提，按照事件已知概率，對(duì)某一錯(cuò)綜復(fù)雜的系統(tǒng)或者事件進(jìn)行分析研究，對(duì)估算客體的風(fēng)險(xiǎn)與后果進(jìn)行分析與評(píng)估的技術(shù)手段和方法。

概率安全分析系統(tǒng)將一個(gè)運(yùn)行中的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行全面考量，可能對(duì)核電站安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響的全部因素都要進(jìn)行研究與排查，將各種可能的核電事故情形均納入研究范圍。因而，PRA技術(shù)分析系統(tǒng)不僅能夠及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷、共因概率和各種失效模式，以及核電廠內(nèi)諸多不利因素之間的作用程度和方式，而且還能夠被用于評(píng)估修改設(shè)計(jì)的成本與代價(jià)，因而對(duì)核電站周邊居民身體健康與生命、財(cái)產(chǎn)安全提供了保障。

PRA安全分析系統(tǒng)可以分為三級(jí)。第一級(jí)主要目的為評(píng)估堆芯損壞頻率和程度。第二級(jí)主要對(duì)于堆芯熔化的物理過(guò)程進(jìn)行分析研究。第三級(jí)分析研究重點(diǎn)在于環(huán)境中放射性物質(zhì)的擴(kuò)散對(duì)環(huán)境生態(tài)以及生命財(cái)產(chǎn)安全存在的威脅與損害后果。我國(guó)現(xiàn)階段PRA安全分析系統(tǒng)主要以靜態(tài)分析為主，動(dòng)態(tài)概率安全系統(tǒng)的研究與運(yùn)用尚處于初級(jí)階段。目前我國(guó)核電廠尚未運(yùn)用動(dòng)態(tài)理念對(duì)核電廠進(jìn)行綜合分析評(píng)估，對(duì)安全性的評(píng)估偏向于保守。

1.2 主要任務(wù)

安全是核電站持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。保障核電站各種狀態(tài)下的安全穩(wěn)定運(yùn)行是核電站安全分析的主要任務(wù)。核電站安全分析的主要任務(wù)包括：第一，在核電站正常穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程中，保障放射性在安全與被允許范圍之內(nèi)，安全性不能低于火電、風(fēng)電等傳統(tǒng)發(fā)電方式。第二，核電站事故規(guī)模和類型評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化，與國(guó)家評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與級(jí)別一致。第三，對(duì)發(fā)生事故后縱深防御體系的有效性進(jìn)行全面評(píng)估，冷卻水評(píng)價(jià)體系即屬于這個(gè)范疇。第四，全面評(píng)估核電站事故發(fā)生后放射性物質(zhì)的釋放情況，以及對(duì)周圍居民的生命、健康和財(cái)產(chǎn)安全與生對(duì)態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的消極影響進(jìn)行全面評(píng)估。

2 概率安全評(píng)價(jià)方法研究目的與研究意義

2.1 掌握冷卻水系統(tǒng)PRA技術(shù)分析要點(diǎn)

根據(jù)對(duì)概率安全分析方法的研究，把握冷卻水系統(tǒng)概率安全分析方法系統(tǒng)中的核心方法和注意事項(xiàng)并構(gòu)建規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化的概率安全分析模型，為我國(guó)核電站建立后的安全監(jiān)管工作奠定基礎(chǔ)。

2.2 冷卻水PRA安全系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)概率分析

核電廠PRA安全系統(tǒng)分析中運(yùn)用的許多系統(tǒng)都有顯而易見(jiàn)變動(dòng)性。過(guò)去的事件樹-故障樹概率分析方法只能實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間相應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行微小的保守處理，這種情況會(huì)致使誤差出現(xiàn)過(guò)大情形，包含PRA安全分析系統(tǒng)工作情況本身以及對(duì)核電站事故發(fā)生概率的評(píng)估。所以，為更好地了解這一類系統(tǒng)的安全性特點(diǎn)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性性手段，用結(jié)合靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的方法分析與比較其偏差。

3 核電廠概率安全分析分級(jí)評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用

3.1 一級(jí)概率安全分析

一級(jí)PRA安全分析的目標(biāo)是明確致使堆芯結(jié)構(gòu)完整性缺失和燃料損毀嚴(yán)重的事故類型與原因，并進(jìn)行定量定性分析。依據(jù)一級(jí)概率安全分析可以很容易地排查核電廠規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中存在風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)，研究比較過(guò)程中可以對(duì)比各類不同的設(shè)計(jì)思路和方案，根據(jù)PRA安全分析報(bào)告改進(jìn)和優(yōu)化規(guī)劃設(shè)計(jì)和論證設(shè)計(jì)的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 二級(jí)概率安全分析

在絕大多數(shù)情況下二級(jí)PRA安全分析客體絕大多數(shù)為安全殼和各個(gè)系統(tǒng)。除一級(jí)PSA安全分析的客體之外，還包括堆芯損毀故障分析研究、安全殼工作能力喪失時(shí)間和模式分析研究、放射性物質(zhì)釋放概率分析研究等。二級(jí)PRA安全分析關(guān)鍵結(jié)果之一是放射性核素在核電站運(yùn)行前期大量釋放的概率。為了研究這種概率，必須評(píng)估不同堆芯損毀故障序列導(dǎo)致的放射性物質(zhì)彌散的后果嚴(yán)重性，在對(duì)結(jié)果進(jìn)行細(xì)致分析的前提下找到導(dǎo)致嚴(yán)重故障發(fā)生環(huán)節(jié)，為重大故障和事故管理方式的改進(jìn)提供依據(jù)。關(guān)于開展二級(jí)PRA安全分析工作最權(quán)威的文件就是NRC發(fā)布的NUREG-1150報(bào)告。

一級(jí)PRA安全分析的結(jié)果是致使堆芯損毀的故障序列以及電廠堆芯損毀概率大大降低。在進(jìn)行二級(jí)PRA安全分析的時(shí)候，必須運(yùn)用一級(jí)PRA安全分析的結(jié)論。一級(jí)與二級(jí)分析之間的連接點(diǎn)被定義與命名為核電廠損毀情況。一個(gè)核電廠損毀情況是由若干擁有在冷卻堆壓力與溫度等方面具有相似特征的故障系列形成的組合，這個(gè)組合會(huì)致使類似的故障進(jìn)程和安全殼回饋一些有價(jià)值的信息。核電廠損毀情況決定了堆芯損毀故障序列的頻率、進(jìn)程等重要參數(shù)。也就是說(shuō)核電廠設(shè)備損毀情況給故障分析的初始與邊界條件提供了許多改進(jìn)工作的參考依據(jù)。

3.3 三級(jí)概率安全分析

三級(jí)PRA安全分析主要是對(duì)二級(jí)PRA安全分析結(jié)果進(jìn)行環(huán)境生態(tài)影響進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估多種應(yīng)急預(yù)警方案和措施對(duì)生態(tài)環(huán)境不利影響后果緩解的有效性。核電廠三級(jí)PRA安全分析運(yùn)用MACCS程序，MACCS是美國(guó)Sandia聯(lián)邦實(shí)驗(yàn)室專門為國(guó)家核管會(huì)設(shè)計(jì)開發(fā)的核故障與事故影響評(píng)估程序系統(tǒng)，主要的關(guān)注點(diǎn)為生態(tài)環(huán)境影響和各種不同的生態(tài)環(huán)境緩解策略有效性。

三級(jí)PRA安全分析是研究由二級(jí)PRA安全分析整合源項(xiàng)所生成的場(chǎng)外影響，模擬核電廠事故中彌散的放射性物質(zhì)在環(huán)境中的擴(kuò)散及沉降在地表的過(guò)程，并評(píng)估放射性物質(zhì)的釋放對(duì)周圍居民和生態(tài)環(huán)境的影響。包括煙羽淹沒(méi)、吸入、地表沉降懸浮再吸入、食品與農(nóng)作物污染照射導(dǎo)致的健康和劑量效應(yīng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)目前生態(tài)環(huán)境和資源能源問(wèn)題下，大力發(fā)展核電是的大勢(shì)所趨。我國(guó)的核電站建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入快車道，山東核電、海陽(yáng)一期均已經(jīng)或者即將投產(chǎn)運(yùn)行。對(duì)于核電安全概率分析研究以及怎樣進(jìn)行高效監(jiān)管，我國(guó)大部分省區(qū)處于低水平甚至空白狀態(tài)。因此核電站相關(guān)工作人員必須要全面把握核電安全分析研究與監(jiān)測(cè)管理技術(shù)方法，同校核電站相關(guān)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備操作運(yùn)行方法。

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[責(zé)任編輯：王偉平]