初起寶，劉學鋒，王 慶

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082；2.中電投核電技術中心，北京 100044）

核電廠設備可靠性指標的研究

初起寶1，劉學鋒2，王 慶1

（1.環(huán)境保護部核與輻射安全中心，北京 100082；2.中電投核電技術中心，北京 100044）

本文以美國的設備可靠性指標（簡稱ERI）為例說明了核電廠如何建立設備可靠性指標，以及如何應用這些指標對電廠狀態(tài)進行監(jiān)督。這些指標包括了“超前”指標和“滯后”指標，通過設備可靠性指標可以全面衡量電廠管理與設備運行和維護的狀態(tài)。核電廠營運單位以及核安全監(jiān)管當局可以通過這些指標分析電廠當前的性能狀態(tài)以及電廠的狀態(tài)趨勢，在設備性能下降前找出電廠管理和設備維護的薄弱環(huán)節(jié)并采取針對性的糾正措施，從而進一步提高電廠的安全運行水平。設備可靠性指標在美國和加拿大已經(jīng)得到了普遍的應用并且取得了一定效果，因此為了加強國內(nèi)電廠的設備管理水平很有必要加以引進和推廣應用并在此基礎上對具體實施提出了相關意見和建議。

設備可靠性指標；設備可靠性工作組；超前指標；滯后指標

核電廠的設備管理不同于常規(guī)電廠或其他工業(yè)部門，其安全運營取決于系統(tǒng)和設備是否可靠地執(zhí)行其設計功能，重要設備的失效有可能導致電廠停運甚至帶來核安全以及公眾健康保護方面的影響。因此，核電廠必須相當重視設備可靠性管理工作。設備的可靠性是指設備功能在一定時間內(nèi)不發(fā)生問題的程度，包括固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性，是指該設備由設計、制造、安裝到試運轉完畢，整個過程所具有的可靠性，這是先天的可靠性。設備使用的可靠性則取決于運行和維護的管理水平。目前對于設備的可靠性管理工作，在維修策略上，定期預防性維修和事后維修仍是主要的維修手段，缺乏對系統(tǒng)設備的定量化的可靠性管理方法。為了監(jiān)督并提高設備的可靠性水平，美國核電運行研究所/美國電力研究協(xié)會（簡稱INPO/EPRI）和加拿大重水堆業(yè)主組織信息安全專業(yè)委員會（簡稱COG）等主要核電研究單位紛紛成立了設備可靠性工作組（簡稱ERWG），開發(fā)了用于衡量設備的可靠性的績效指標矩陣，即設備可靠性指標（簡稱ERI）［1］。其中，信息安全專業(yè)委員會發(fā)布的設備可靠性指標基本引自美國核電運行研究所/美國電力研究協(xié)會I并進行了少量適應性修改。設備可靠性管理理念已廣泛應用于國外核電廠的設備管理中，并為其帶來了顯著的經(jīng)濟效益。由于該方法形式簡潔并能在保證系統(tǒng)安全性、可用性的同時有效節(jié)約維護費用，因此在航空航天、武器工業(yè)以及核工業(yè)等安全要求高的領域得到了廣泛應用［2］。

1 設備可靠性指標

核電廠設備可靠性管理體系如圖1所示［3］，設備可靠性指標由8個主要指標構成［4］即：發(fā)電指標（22分）、影響運行（16分）、系統(tǒng)健康（14分）、維修（19分）、工作管理（12分）、長期計劃（13分）、監(jiān)督和趨勢（2分）、AP913過程和大綱（2分）［5］。8個主要指標下有19個次級指標，包括7個滯后指標（46分）和12個超前指標（54分），總計100分［6］，見表1。這些指標不是從單體設備的監(jiān)測來衡量，如振動，溫度和壓力等微觀的指標來衡量，而是從宏觀的觀點，比如發(fā)電指標或者系統(tǒng)健康分值下降，那就意味著一定是設備某方面出現(xiàn)了問題。從指標的分值分布可以看出，“超前”指標占比例較大，因為應用設備可靠性指標的目的就是提前發(fā)現(xiàn)設備的不良狀態(tài)，而不是等待事件發(fā)生之后再采取措施。此外，主要指標當中發(fā)電指標、維修以及影響運行占的比例較大。這是由于設備狀態(tài)是否良好最直觀的體現(xiàn)是在發(fā)電量上，而維修工作是設備處于良好狀態(tài)的重要保證。非計劃進入運行限值、操縱員巡視、高重要度設備失效等，會影響到運行人員的操縱或分散其精力，這一指標由于設備原因導致對電廠正常運行造成干擾。因此，這三項指標由于其重要性，所以占總體份額較大。

圖1 設備可靠性管理體系Fig.1 Them anagem ent system ofequipm ent reliability

表1 設備可靠性指標及分值Table 1 ERI index and point

各次級設備可靠性指標分數(shù)和總分根據(jù)得分，分成紅、白、黃、綠，其中綠色表示狀態(tài)良好，紅色表示狀態(tài)不良。以糾正性維修工作積壓為例，如圖1所示。指標計算值0≤X＜13，得分為3分，對應綠色；指標計算值13≤X＜25，得分為2分，對應白色；指標計算值25≤X＜35，得分為1分，對應黃色；指標計算值X≥35，得分為0分，對應紅色。

表2 設備可靠性指標分值和顏色Table2 ERIpointand colors

1.1 滯后指標

滯后指標反應的是某些已經(jīng)發(fā)生的事情。例如，電廠的發(fā)電量或一段特定時期的發(fā)電損失率，設備的惡化并不能直接反應到發(fā)電量的損失而需要一段時間，因此這些指標也是滯后的。為了表征電廠的性能，需要通過采用一些此類指標來衡量，指標的描述如下。

（1）強迫損失率（簡稱UCLF）：給定的時間內(nèi)，所有運行階段的非計劃能量損失（18/24個月的平均）。該指標是主要的設備相關的損失的指標。電廠定期向美國核電運行研究所報告。綠色表示運行狀態(tài)良好。標準：＜0.75（綠色）。

（2）7 000臨界小時非計劃功率損失（簡稱UPR）。每7000臨界小時非計劃的功率變化超過20%滿功率的次數(shù)。該指標是表征與設備相關的導致挑戰(zhàn)安全系統(tǒng)的指標。標準：＜0.77（綠色）。

（3）換料后表現(xiàn)：不受在100天的換料期間，機組由于關鍵設備失效導致的設備可靠性相關事件導致的大于失去5 000兆瓦時發(fā)電事件的影響。該指標表征換料期間采取的設備可靠性行動的有效性。標準：0（綠色）。

（4）非計劃的進入運行限值（簡稱LCO）（SD&≤72 h）：過去3個月由于設備原因（不包括操縱員失誤）導致非計劃的進入運行限值。該指標表征電廠關鍵設備執(zhí)行功能的可靠性。標準：＜2（綠色）。

（5）操縱員工作巡視：任何設備缺陷導致在異常期間可能影響到正常運行規(guī)程，異常運行規(guī)程或應急運行規(guī)程的執(zhí)行。確保操作可以有效的監(jiān)督電廠情況或對電廠狀態(tài)進行有效的響應。準則：＜2（綠色）。

（6）高重要度設備失效次數(shù)：過去3個月非計劃的功率降低，停堆運行限值≤72h，失去關鍵安全功能，專設安全設施觸發(fā)，以及主要功能失效（簡稱MRFF）。表征那些可能影響核安全，電廠可靠性或者發(fā)電的設備性能。標準：＜2（綠色）。

（7）安全系統(tǒng)不可用度（簡稱MSPI）：即基于機組總體系統(tǒng)性能的美國核管會（簡稱NRC）的安全系統(tǒng)不可用度指標，主要關注主要安全系統(tǒng)的狀態(tài)。準則：所有在美國核管會綠板上的安全系統(tǒng)，失效次數(shù)有大于1的余量到白色。

1.2 超前指標

超前指標是在事情發(fā)生之前，根據(jù)之前的跡象衡量設備的狀態(tài)。超前還是滯后，取決于所測量的過程。例如，對于糾正性維修工作積壓，如果電廠用糾正性維修工單的平均時間來衡量的話，那么就是超前指標。如果用積累的延期工單數(shù)量來衡量的話，就是滯后指標。按照美國核電運行研究所的AP-928工作管理過程［7］，通常是13周計劃即90天。超前指標如下。

（1）系統(tǒng)健康狀態(tài)改善有效性［8］：上個季度計劃的為改善紅色和黃色系統(tǒng)健康狀態(tài)的行動完成百分比。包括：工單、評估、批準預算、計劃。該項指標是確保為改善黃色和紅色系統(tǒng)健康狀態(tài)的行動可以按計劃進行。準則：≥90%（綠色）。

（2）重要糾正性維修（簡稱CC）工作積壓：每個季度終了時未關閉的大于90天的重要糾正性維修工單數(shù)量（非換料期間）。重要糾正性維修工作的積壓表明機組累計的工作和風險。準則：＜3（綠色）。

（3）重要缺陷維修（簡稱DC）工作積壓：每個季度終了時未關閉的大于90天的重要缺陷維修工單數(shù)量（非換料期間）。重要缺陷維修工作的積壓表明機組累計的工作和風險。準則：＜81（綠色）。

（4）重要預防性維修項目延期：上個季度AP 913中關鍵設備預防性維修項目延期的數(shù)量，不包括月度或者更頻繁的預防性維修項目，也不統(tǒng)計推遲、拖欠或逾期進行的預防性維修項目。這個指標用于表征電廠的可靠性由于推遲預防性維修項目導致設備失效的可能性增加。準則：＜3（綠色）。

（5）預防性維修反饋［9］：預防性維修大綱中進行反饋的項目百分比。預防性維修實施周期在電廠壽期內(nèi)可以根據(jù)經(jīng)驗反饋動態(tài)的調(diào)整。這個指標表征預防性維修經(jīng)驗反饋的充分性。準則：＞95%（綠色）。

（6）關鍵預防性維修項目完成的及時性：過去3個月中，AP913中關鍵設備預防性維修項目沒有在寬限期的前半部分內(nèi)完成的百分比。表明電廠工作管理過程存在問題，資源利用有效率低，預防性維修項目可能延期。準則：＜10%（綠色）。

（7）周工作范圍的生存：在T-16周時凍結的關鍵設備工單范圍，在T-1周開始執(zhí)行計劃時繼續(xù)留存的百分比。這項指標表明電廠完成對關鍵設備原定工作范圍確定的里程碑和材料準備的能力。準則：＞88%（綠色）。

（8）周工作計劃完成率：過去3個月，從T0周開始到結束工作按計劃完成的平均百分比，包括關鍵和非關鍵工作。這個指標表明糾正性維修、缺陷維修、預防性維修、監(jiān)督試驗和改造等工作管理有效，以支持電廠安全可靠運行。設備的缺陷根據(jù)其對安全和可靠性的影響進行了評估，定級和列出解決的計劃。準則：＞88%（綠色）。

（9）長期的計劃執(zhí)行：過去4個季度的項目或者行動按照初始計劃執(zhí)行的百分比。這個指標是對電站頂層表現(xiàn)的指征，通過這個指標可以超前并主動的發(fā)現(xiàn)電廠的問題。包括，主設備的更換，翻新以維持電廠的可靠性。通常針對大于250 000美金的項目。準則：＞85%（綠色）。

（10）紅色和黃色系統(tǒng)的年齡：處于紅色或者黃色狀態(tài)超過1個正常的換料周期的系統(tǒng)數(shù)量之和，不包括那些沒有設備會導致重要關鍵設備失效的系統(tǒng)。這個指標主要衡量電廠解決那些重要關鍵系統(tǒng)的設備問題的能力。準則：＜2（綠色）。

（11）化學控制有效性：化學有效性指標用于評估保護電廠材料的能力，需要5個方面的指標，包括一回路和二回路溶解的固體，金屬材料輸送，一回路材料完整性/腐蝕，長期污染控制，源項等。化學性能如果控制不好，可能會導致設備腐蝕問題，影響設備可靠性和導致停堆。準則：≤4壓水堆，≤8重水堆（綠色）。

（12）預防維修性大綱基準：已經(jīng)建立和維護的預防維修性大綱基準的百分比。預防維修性基準是預防性維修項目背后的理由，通常在預防維修性模板當中。準則：≥80%（綠色）。

1.3 指標修訂

在第9版的設備可靠性指標當中，美國核電運行研究所的設備可靠性工作組對指標進行了細微調(diào)整。其中，增加了3個指標：強迫停機事件（6分），季度事件數(shù)量；預防性維修寬限期滯后（4分），預防性維修項目通常允許最多延期周期的20%，統(tǒng)計進入寬限期的后半段的預防性維修工單數(shù)量；能執(zhí)行部分任務率（簡稱PMCR）積壓（4分），大于30天或60天的沒有審查的修改申請的總數(shù)。刪除了4項指標：換料后表現(xiàn)（2分），預防性維修反饋（2分），重要預防性維修完成及時性（4分），預防性維修大綱基礎（2分）。其他的一些修訂包括：強迫損失率由10分調(diào)整為8分。7000臨界小時非計劃功率損失由10分調(diào)整為8分。安全系統(tǒng)不可用度由美國核管會的指標改為美國核電運行研究所指標體系的非計劃不可用小時，并且分值由8分調(diào)整為5分。系統(tǒng)健康改善由6分調(diào)整為7分。紅色和黃色系統(tǒng)年齡由6分調(diào)整為8分。

表3 第9版的設備可靠性指標增加和變化的項目Table 3 The index of ERIadded and changed in version 9

表4 第9版的設備可靠性指標刪除項目Table4 The index of ERIdeleted in version 9

2 設備可靠性指標的應用

電廠的設備可靠性指標是一個用于監(jiān)督電廠設備健康狀態(tài)的工具，超前指標可以直接反映出電廠的狀態(tài)，并通過采取針對措施從而提高電廠的可靠性，多數(shù)的設備可靠性指標需要通過趨勢分析才能發(fā)現(xiàn)電廠的性能趨勢，如圖2所示［10］。以預防性維修項目延期指標為例進行說明（滯后指標）。某月電廠可能會讓一項預防性維修項目延期以便開展其他更緊急的工作，下一個月可能又有其他的延期的任務，這種趨勢一直持續(xù)了數(shù)月。一個月偶爾的調(diào)整可能不能說明問題，但是數(shù)個月都存在這樣的問題表明電廠在工作管理方面一定存在問題。設備可靠性指標可以根據(jù)電廠的實際情況進行選擇，分數(shù)值可以是0～10，或者0～100，分數(shù)只要與其對電廠性能的影響相匹配即可，并沒有強制規(guī)定，顏色只要方便辨識即可［11］。通常設備可靠性指標可以按照月度或者季度來更新［12］，設備可靠性工作組推薦一個季度更新一次［13］。

圖2 設備可靠性指標趨勢圖Fig.2 Equipment reliability index trend

如前所述，設備的可靠性一方面取決于設備建造或制造的質(zhì)量即固有可靠性，另一方面取決于運行維修的管理水平即使用可靠性。概率安全分析所應用的一些設備可靠性參數(shù)，如針對具體設備的運行失效率，啟動失效率等，通常這些數(shù)據(jù)是通過大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得到的，代表設備的平均可靠性水平。如設備的整個壽命周期內(nèi)，其故障率是時間的函數(shù)，典型故障曲線如圖3所示。這些微觀的指標，通常很大程度上取決于平均的設備制造質(zhì)量和運行維護水平，這些數(shù)據(jù)通常在一段時間是比較穩(wěn)定的，對于及時采取糾正性措施意義不大［14］。

對于運行電廠而言，最重要的還是使用的可靠性［15］。設備可靠性指標是從宏觀的角度來監(jiān)督電廠設備的性能，包括與設備相關的運行事件、工作管理、維修、水化學等。通過監(jiān)督這些主要設備可靠性指標，則可以發(fā)現(xiàn)電廠在哪些方面存在的問題，為電廠決策層提供支持，從而采取相應糾正性措施。比如，對于電廠而言，把那些降級的設備但是依然滿足相應設計功能的維修活動稱之為選擇性維修。如果降低選擇性維修累積指標，那么可能導致預防性維修延期指標上升，即預防性維修項目相比計劃的日期延期了，但是還沒有超過寬限期。這樣又會增加由于沒有按時進行預防性維修活動而導致設備失效的可能性增加。設備可靠性指標就可以提供一些關于非預期的設備失效的原因，以及防止再次發(fā)生的解決措施。設備可靠性指標也存在一些局限性，比如電廠僅僅關注于管理指標，而沒有解決深層次的原因，那么也是起不到效果的。

圖3 典型設備故障曲線Fig.3 Failure curve of typicalequipment

3 結論

本文探討了建立核電廠設備可靠性指標以及應用設備可靠性指標用于監(jiān)督和提高電廠設備管理水平的問題，設備可靠性指標在國外已經(jīng)應用比較成熟并且取得了一定效果，在國內(nèi)推廣應用具有一定的基礎和價值。

目前，在核電廠推廣應用設備可靠性指標還有一些問題需要解決。首先需要解決的是設備可靠性指標的標準化問題，建議在行業(yè)內(nèi)組建工作組借鑒美國核電運行研究所或信息安全專業(yè)委員會等的指標體系或進行一些必要的修訂，選取、定義和計算設備可靠性指標應當統(tǒng)一標準，包括分值，健康顏色等，這樣方便進行橫向的比較。其次，設備可靠性指標的應用方式，設備可靠性指標可以作為衡量電廠設備管理水平的一項重要參考，可以選擇一家或兩家試點電廠逐步進行推廣并建立相應的信息化管理系統(tǒng)。最后，建議與各國的核安全管理機構或行業(yè)組織如世界核電營運者協(xié)會（簡稱WANO），美國核電運行研究所，信息安全專業(yè)委員會等建立聯(lián)系，持續(xù)更新這些指標。

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Study on theEquipmentReliability Index of Nuclear Power Plant

CHUQibao1，LIUXuefeng2，WANGQing1
（1.Nuclearand Radiation Safety Center，MEP，Beijing 100082，China；2.CPINuclear Power Institute，Beijing 100044，China）

To introduce of how to build nuclear power plantequipment reliability indicators，and how to apply these indicators tomonitor thestateof theplant，based on U.S.equipment reliability index（ERI）as an example.These indicators include“l(fā)eading”indicators and“l(fā)agging”indicators，with ERIindicators the staff can fully assess the plantmanagement and equipment operation and maintenance of the plant. Nuclear power plant operating units as well as nuclear safety authorities can analyze these indicators to evaluate current plant performance，and with trend analysis，the weak point of plantmanagement and maintenance of equipmentwould be identified before degradation performance happen，then appropriate correctivemeasureswillbe taken to enhance the safe levelof thenuclear powerplant.ERIhavebeenw idely used in nuclear power plants in the United States and Canada and proved to be effective.It's necessary to introduce ERI to nuclear power plant in china，in order to enhance equipmentmanagement.Finally，this papergives recommendationsand suggestionsonhow to implementtheprogram.

EquipmentReliability Index（ERI）；Equipment reliabilityworkinggroup（ERWG）；leading indicatior；lagging indicator

TL38+7

：A

：1672-5360（2015）02-0062-06

2014-10-15

2014-11-23

大型先進壓水堆核電站重大專項資助項目，項目編號2010ZX06002

初起寶（1980—），山東煙臺人，高級工程師，現(xiàn)主要從事核電廠設備方面的安全審評、研究工作