核電廠PSA數據庫平臺的創(chuàng)建與應用

初永越，黃志超，依 巖，李虎偉，錢曉明

（環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082）

核電廠PSA數據庫平臺的創(chuàng)建與應用

初永越，黃志超，依 巖*，李虎偉，錢曉明

（環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082）

本文敘述了我國概率安全分析數據庫創(chuàng)建的工作過程，對國家核安全局發(fā)布的《中國核電廠設備可靠性數據報告 （2015版）》的內容進行了詳細說明，并與國外通用數據庫進行了對比分析。最后，總結了概率安全分析數據庫平臺的應用情況和概率安全分析數據庫的下一步工作內容。通過創(chuàng)建概率安全分析數據庫，采集整理核電設備的可靠性數據，并在進一步研究的基礎上，建立健全了核電行業(yè)的可靠性標準體系，為我國核電行業(yè)在保證安全性、可靠性基礎上的高速發(fā)展提供了重要支持。

概率安全分析數據庫；平臺；采集；應用

概率安全分析 （Probabilistic Safety Analysis，簡稱PSA）是以概率論為基礎的風險量化評價技術。我國頒布的核安全法規(guī)明確要求將概率安全分析方法應用于核電廠的設計與運行的安全分析［1-2］。為推動概率安全分析技術在我國核安全領域中的應用，提高核電廠安全水平和核安全監(jiān)管效率，國家核安全局于2010年發(fā)布了技術政策 《概率安全分析技術在核安全領域中的應用》［3］，向核能界和公眾表明了監(jiān)管當局發(fā)展概率安全分析技術和推動風險管理在核安全監(jiān)管活動中應用的決心和相關技術見解［4-8］。

可靠性數據是概率安全分析定量化分析的基礎，概率安全分析的質量很大程度上取決于輸入數據的可信性［9］。很長一段時間，由于我國沒有自己的通用數據源，各核電廠在做概率安全分析時，可靠性數據只能取自國外的通用數據源，但國外通用數據源的設備類劃分、邊界定義和失效模式與國內運行核電廠的實踐差異較大，設備的制造質量和運行環(huán)境也不完全相同，國外通用數據源的可靠性數據反映的是其樣本空間內設備的運行狀況，雖然有一定的借鑒意義，但并不能完全反映我國核電廠設備的可靠性狀態(tài)［10］。

為了提高概率安全分析的質量，增強風險指引型決策的合理性和可接受性，同時也為了建立國內核電廠設備可靠性數據采集體系，2012年，在國家核安全局的部署下，核與輻射安全中心啟動了國內運行核電廠概率安全分析數據庫項目，牽頭建立國內統(tǒng)一的概率安全分析數據收集與處理平臺。經過4年多的努力，概率安全分析數據庫軟件平臺已創(chuàng)建完成。2015年7月，國家核安全局發(fā)布了 《關于開展核電廠設備可靠性數據采集工作的通知》（國核安發(fā) ［2015］131號）［11］，要求各核電廠營運單位開展核電廠設備可靠性數據采集工作。同年，國家核安全發(fā)布了《中國核電廠概率安全分析設備可靠性數據報告（2015版）》（國核安函 ［2015］73號）［12］，標志著我國第一版概率安全分析通用數據報告的正式發(fā)布。

本文將介紹中國運行核電廠概率安全分析設備可靠性數據庫的創(chuàng)建過程，對國家核安全局發(fā)布的 《中國核電廠設備可靠性數據報告 （2015版）》的內容進行詳細說明，并與國外通用數據庫進行了對比分析。最后，對概率安全分析數據庫平臺的應用情況和概率安全分析數據庫的下一步工作內容進行說明。

1　國內外概率安全分析數據庫技術分析

1.1國內概率安全分析數據庫

目前國內已有多個核電廠的機組投入商業(yè)運行。部分核電廠已經建立了自己的設備可靠性數據庫，如大亞灣核電廠設備可靠性數據庫 （GNPRDS/PERD）、秦山一期設備可靠性數據庫（QERDS）等。還有部分核電廠正在建立設備可靠性數據庫。盡管國內核電廠已經開展可靠性數據庫的相關工作，然而涵蓋國內所有運行核電廠概率安全分析設備可靠性數據的數據庫在國內是首次開發(fā)。

1.2國外概率安全分析數據庫

國外核電發(fā)達國家也十分重視核電廠設備可靠性數據的收集整理工作。當前全球范圍內比較成熟和應用廣泛的數據庫有美國EPIX/NPRDS、法國EDF以及瑞典的T-Book數據手冊等可靠性數據庫。

1.2.1美國

（1）20世紀70年代初，美國西南研究院開發(fā)了核電廠可靠性數據系統(tǒng) （NPRDS），各核電廠自愿上報數據，后來該系統(tǒng)由美國核電運行研究所 （INPO）接手管理。

（2）1995年，美國核管會發(fā)布了概率安全分析技術應用的政策聲明。美國核管會制定可靠性數據采集規(guī)范來要求核電廠提供信息，由美國核電運行研究所開發(fā)的EPIX（取代NPRDS）是一個基于網絡的概率安全分析設備可靠性數據庫，1997年初投入使用。

（3）NRC還自主開發(fā)了可靠性和可用性數據系統(tǒng) （RADS）。

1.2.2法國

法國電力公司 （EDF）早在1978年就建立并投運了核電廠可靠性數據收集系統(tǒng)SRDF。后來，在歐洲建立了更廣泛的可靠性數據庫系統(tǒng)ERDS。

1.2.3其他國家

（1）20世紀80年代初，瑞典開發(fā)了一個可靠性數據手冊T-Book，為設備可靠性的參數計算以及北歐核電廠安全分析提供可靠性數據。

（2）其他如俄羅斯、韓國與日本等國家也開展了設備可靠性數據的相關搜集和整理工作。

2　工作過程

2.1確定數據采集、處理原則

2.1.1發(fā)布數據采集導則

根據國家核安全局要求，核與輻射安全中心于2012年初完成了 《核電廠設備可靠性數據采集》初稿，文件參考了 NUREG/CR-6823［13］國內運行核電廠在設備可靠性數據采集方面的實踐經驗，同時也充分考慮了國內概率安全分析工作中在數據分析要素方面的要求。該導則對數據采集對象、過程、設備類劃分、邊界定義、失效模式、失效統(tǒng)計準則、報送數據要求、質量保證等技術要素進行了詳細的規(guī)定和闡述，具體內容可參見該導則。表1給出了該導則制定和發(fā)布的具體過程。

表1　數據采集導則發(fā)布過程Table 1 Issue Process of Data Collecting Guidance

2.1.2確定數據處理原則

考慮到我國核電廠運行堆年較少，現階段樣本不足，但隨著大批量新建核電項目陸續(xù)投運，樣本將迅速積累的特殊性，制定中國運行核電廠概率安全分析設備可靠性數據庫的數據處理原則如下：

（1）對于失效次數大于等于5次的設備類，其可靠性參數按經典估計方法處理；

（2）對于失效次數為1-4次且有先驗數據的設備類，其可靠性參數按貝葉斯估計方法處理；

（3）對于失效次數為0次且有先驗數據的設備類，其可靠性參數直接使用通用數據源數據；

（4）對于失效次數小于5次且沒有先驗數據的設備類，其失效數據暫不估計，等失效次數積累足夠多時再進行處理。

2.1.3通用數據源的選取和適用性分析

NUREG/CR-6928是國際上最新、最權威、具備良好可追溯性的通用數據源［14］。本數據庫中選用美國通用數據源NUREG/CR-6928作為先驗數據，對設備可靠性參數進行貝葉斯估計或直接選用。

在用貝葉斯方法進行設備可靠性參數估計前，需要對通用數據源NUREG/CR-6928進行適用性分析，以確定通用數據源與核電廠設備在設備類、設備類邊界、設備類失效模式方面是否存在差異。對于有差異的地方，如需使用通用數據源，需要對通用數據源數據或核電廠設備進行相應的調整，使二者保持一致。

2.2核電廠采集、上報數據

根據國家核安全局要求，各運行核電廠組織技術力量，參照 《核電廠設備可靠性數據采集》導則文件，并按照 《關于開展核電廠設備可靠性數據采集工作的通知》（國核安發(fā) ［2015］131號）中 “已報送數據的單位每年向國家核安全局集中報送一次數據和新投入運行的核電機組”的要求對核電廠商運以來的設備可靠性和可用性數據進行了采集和整理，并進行了上報。截止目前，各運行核電廠具體采集和上報情況見表2。

表2　各運行電廠數據采集上報情況Table 2 Condition of Data Collecting in Operating Nuclear Power Plants

2.3概率安全分析數據庫軟件平臺

核與輻射安全中心聯合蘇州熱工研究院建立了概率安全分析數據庫平臺，圖1給出了概率安全分析數據庫平臺的不同用戶的權限和功能。

圖1　用戶權限和功能Fig.1 User Authority and Function

該平臺總體技術特點如下：

（1）使用最新的J2EE技術體系搭建，采用MVC的架構模式；

（2）后臺采用Oracle數據庫，并支持多種數據庫的切換；

（3）系統(tǒng)采用B/S架構瀏覽方式；

（4）采用熱備份的形式，對數據進行同步備份；

（5）開發(fā)過程嚴格遵守代碼規(guī)范，滿足國家保護等級三級應用安全要求。

2.4通用數據報告及對比分析

2.4.1通用數據報告的發(fā)布

國家核安全局委托核與輻射安全中心對各核電廠上報數據進行了深入分析研究，進一步明確了國內核電廠概率安全分析數據庫常用設備類及其失效模式，以及需采集不可用數據的安全重要系統(tǒng)列。最終對我國在運核電機組商運至2013年底 （包括大亞灣/嶺澳一期/嶺澳二期/秦山一廠/秦山二廠/田灣核電廠共13臺機組，123個堆年）的36個常用設備類和6個安全重要系統(tǒng)列的不可用的歷史數據進行了統(tǒng)計，并結合美國NUREG/CR-6928通用數據源，采用適當的數據處理方法計算，最終形成了中國運行核電廠概率安全分析通用數據，見表3和表4。2015年7月31日，國家核安全局以紅頭文件的形式正式發(fā)布了 《中國核電廠設備可靠性數據報告 （2015版）》報告。

表3　設備可靠性數據統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of Component Reliability Data

表4　設備 （列）不可用數據統(tǒng)計表Table 4 Statistical table of Component（Train）Unavailability

《中國核電廠設備可靠性數據報告 （2015版）》對國內在運核電機組從商運至2014年的數據樣本進行了科學的處理，形成了反映國內核電機組運行狀況的中國概率安全分析設備可靠性通用數據，對國內新建和在運核電廠開展相關工作都具有重要的指導意義。該報告可作為國內核行業(yè)通用數據標準。隨著國內運行核電機組不斷增加，運行經驗數據不斷積累，國家核安全局將定期發(fā)布數據報告。

2.4.2數據對比分析與討論

通過將我中國核電廠概率安全分析設備可靠性通用數據與國際上最具代表性的美國NUREG/ CR-6928（2007版）、法國 《用于900MW和1300MW概率安全分析的設備定義和通用可靠性數據》和俄羅斯 《SRINPP數據報告》進行了全面的分析比較［15］，可以得到如下結論：

（1）電動泵

估計得到的啟動失效與運轉失效參數值均小于其他國際通用數據，充分反映了我國核電機組電動泵的實際運行狀況良好。

（2）電動閥

電動閥統(tǒng)計樣本也足夠大，估計得到的拒開與拒關失效參數值與其他國際通用數據相當。

（3）應急柴油發(fā)電機組

應急柴油發(fā)電機組的啟動失效次數和運轉失效次數分別達到了25和5次，其累計需求次數約4000次，累計運行時間約5000小時。在采用最大似然估計方法進行參數估計時，啟動失效數據約為其他國際通用數據的2倍左右，運轉失效數據則與其他國際通用數據相當，但需注意任務時間內運轉失效的概率比啟動失效概率還要更大。統(tǒng)計結果在一定程度上反映出現階段我國應急柴油發(fā)電機組的設備可靠性水平的不足，應引起重視。營運單位應對應急柴油發(fā)電機組的性能進行長期監(jiān)督，開展趨勢分析，必要時采取改進措施提高應急柴油發(fā)電機組的可靠性。

（4）傳感器/變送器

傳感器/變送器的備用失效率略大于法國和美國的通用數據，應進行關注。

（5）控制棒及驅動機構

卡棒的數據大于美國和法國。雖然目前統(tǒng)計到的失效數據樣本還沒有足夠多，但控制棒及驅動機構的可靠性對于概率安全分析分析乃至核電廠的安全都非常重要，應引起足夠重視，進行跟蹤研究。

3　概率安全分析數據庫的應用

概率安全分析數據庫的創(chuàng)建標志著國內核行業(yè)首次建立統(tǒng)一的概率安全分析可靠性數據庫平臺和概率安全分析可靠性數據采集和分類規(guī)范。目前，如圖2所示，概率安全分析數據庫已在核安全監(jiān)管部門、核電運營單位和設計單位得到了廣泛應用，數據庫已成為行業(yè)通用數據標準。

圖2　概率安全分析數據庫的應用Fig.2 Application of PSA Database

4　結論與展望

通過創(chuàng)建概率安全分析數據庫，收集整理核電設備的可靠性數據，并在進一步研究的基礎上，建立健全核電行業(yè)的可靠性標準體系，為我國核電行業(yè)在保證安全性、可靠性基礎上的高速發(fā)展提供必不可少的基礎。這一舉措指導和促進國內概率安全分析項目的規(guī)范化以及標準化，讓概率安全分析可靠性數據能夠更好地反映國內核電廠的實際情況，更準確的評價新設計和新建核電項目的安全水平。

同時，為進一步完善我國概率安全分析數據庫體系的建設，本文對下一步工作內容和展望總結如下：

（1）收集整理各運行核電廠最新上報數據，定期發(fā)布 《中國核電廠設備可靠性數據》報告；

（2）根據實際情況需要，計劃將概率安全分析數據庫平臺接入到國家運行經驗反饋平臺，實現統(tǒng)一授權管理；

（3）初步形成始發(fā)事件數據采集和處理體系，并在概率安全分析數據庫平臺中完成始發(fā)事件數據采集功能模塊的實現；

（4）后續(xù)逐步開展共因、人因、災害、DCS和非能動系統(tǒng)等數據庫研究，以不斷完善概率安全分析數據采集和處理體系。

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［12］國家核安全局.國核安函 ［2015］73號關于印發(fā) 《中國核電廠設備可靠性數據報告》（2015版）的通知 ［EB/ OL］.北京：國家核安全局，（2015-07-31）［2016-05-02］.http：www.zhb.gov.cn.

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Establishment and Application of PSA Database Platform in Nuclear Power Plant

CHU Yongyue，HUANG Zhichao，YI Yan*，LI Huwei，QIAN Xiaoming
（Nuclear and Radiation Safety Center，MEP，Beijing，100082）

This paper describes the establishing process of PSA database platform，explains the＜Reliability Data Report on equipment of nuclear power plant in China（2015）＞，and compares with the foreign common database.Finally，this paper summarizes the application of the PSA database platform and the future work of PSA database.It is very important to support China's nuclear safety and reliability with the help of establishing PSA database and collecting the reliability data.It can also build the reliability system of nuclear industry.

PSA Database；Platform；Collect；Applications

TL365

A

1672-5360（2016）03-0021-06

2016-05-06

2016-09-01

國家重大科技專項，項目編號 HXHT 2015-002

初永越 （1987—），男，黑龍江肇東人，工程師/碩士，核能科學與技術，現主要從事運行核電廠核安全審評與監(jiān)督工作

依巖，E-mail：chuyongyue17@126.com