陳雯，翟欣慰

（中廣核/蘇州熱工研究院，廣東深圳518000）

AP1000核電廠設備可靠性管理體系研究與借鑒

陳雯，翟欣慰

（中廣核/蘇州熱工研究院，廣東深圳518000）

通過調研國內AP1000核電廠設備管理體系的建立情況，了解AP1000設備管理體系建立的本土化過程，并與現行主流設備管理體系進行對比，指導后續(xù)相關工作的開展。重點描述AP1000設備可靠性分級、預防性維修大綱的建立和維修規(guī)則應用等幾個與傳統(tǒng)設備可靠性管理體系不同之處，闡述這些差異的優(yōu)缺點，以得到借鑒意義。

核電設備；AP1000；可靠性管理；AP-913

0 引言

設備可靠性管理涉及電站運行、維修、安全質量、技術支持、組織管理等多項生產經營活動，覆蓋涉及工程、運營等多個階段，需要管理層和技術層的全范圍參與、改進和持續(xù)優(yōu)化。設備可靠性管理在國內外的核能行業(yè)具有廣泛的應用和良好的實踐反饋。最具代表性的是美國核電運營研究所與美國在運核電廠共同開發(fā)的設備可靠性管理流程AP-913，旨在提高電站設備可靠性，電廠安全性及機組經濟性。

目前，國內第三代AP1000核電廠設備可靠性管理體系還處在建設階段，通過調研國內AP1000核電廠設備管理體系的建立情況，了解AP1000設備管理體系建立的本土化過程，并與現行主流設備管理體系進行對比，指導后續(xù)相關工作的開展。盡早啟動該工作，有利于設備管理人員和維修人員提前做好準備，收集相關重要數據，為更好地進行AP1000設備管理工作奠定基礎。

1 美國核電站設備可靠性管理體系

美國核電站設備可靠性管理體系的制定，均參考了INPO AP-913《設備可靠性流程》中描述的有關流程，其被美國大部分核電廠推廣和應用。通過執(zhí)行AP-913的6個主要流程（圖1），機組能力因子顯著提高，在保證可靠性的同時，提高了安全性且經濟性改善。

對于圖1中的6個方面，美國核電廠采取閉環(huán)管理的方式。同時，成立電站健康委員會，總體負責設備可靠性管理體系的維護[1]。

2 AP1000設備可靠性管理體系

2.1 AP1000設備可靠性分級

2.1.1 分級原則

設備可靠性ER分級是設備可靠性管理的基礎工作之一，既是整個設備可靠性體系建立的基礎，也是制定管理策略的前提。設備分級范圍主要為生產類設備，對于非生產類設備（如工器具等），有其他的管理方式保證其性能，不需進行設備可靠性ER分級。

AP1000設備可靠性分級方法融合了INPO與AP1000的技術特點，綜合考慮多種因素，并進行了探索性延伸，是一套綜合性的分級原則方法?，F有的設備分級方法有3種，即核安全等級，風險等級和電力生產關鍵性等級。

（1）核安全分級。核安全分級是基于設備失效對核安全的影響程度。參考美國核學會（ANS）的核安全要求，將設備分為安全相關設備和非安全相關設備，將安全相關設備定義為A，B，C三級，被用于限制廠區(qū)外照射、保證冷卻劑壓力邊界完整性，或用于反應堆安全停堆并保持其處于安全停堆狀態(tài)的安全相關構筑物、系統(tǒng)和設備（SSCs）的分組，相當于美國核學會的安全1，2，3級。非安全相關SSCs可分為D，E，F，G，L，P，R，和W級，其中D級是非安全相關，但對電廠安全比較重要的SSCs的質量分級，E-W級是指既對電廠安全功能沒有直接貢獻，也不包含放射性物質的SSCs的分級[3]。

（2）風險分級。風險分級是基于PRA（概率安全分析）和相關法規(guī)要求。從核電廠堆芯損壞的概率和對公眾安全影響的角度出發(fā)，應用概率風險評估（PRA）、確定論分析和專家決策等方法，得出設備對核電廠設計基準事件的貢獻程度，并將設備定義為風險設備和非風險設備[1]。

圖1 設備可靠性程序主要內容框圖

（3）發(fā)電可靠性分級。發(fā)電可靠性分級是從機組可用率角度出發(fā)，為實現核電站設計壽命60年，平均可用性≥93%，非計劃停堆率每年＜1次的目標，需要分析設備故障對電力生產的影響，如反應堆停堆、強迫停堆、降功率等。與前面描述的2種分級不同，發(fā)電可靠性分級是根據設備對核電廠電力生產影響的嚴重程度，將設備分為R-1，R-2，R-3和NR等4個等級。（表1）。

表1 發(fā)電可靠性分級標準

AP1000核電站在設備分級實踐過程中，除參考上述內容外，還包括維修規(guī)則（MR）管理，設計可靠性保證大綱（D-RAP），設備功能組（FEG）的劃分等。

（4）維修規(guī)則（MR）管理。在AP1000設備分級中，引入美國聯邦法規(guī)10 CFR 50.65“核電廠維修有效性的監(jiān)測要求”，簡稱MR（維修規(guī)則）。其制定了核電廠維修有效性的監(jiān)測要求，用以監(jiān)視設備可靠性和可用率之間的平衡。其要求被列入的設備必須被有效的評價，以證實其可以滿足設計功能。

（5）設計可靠性保證大綱（D-RAP）。D-RAP的目的，是使AP1000核電廠的可靠性符合美國核管理委員會（NRC）提出的安全目標。篩選設備的依據主要為：基于PSA計算的風險重要設備和法規(guī)方面預期瞬態(tài)不能實現緊急停堆事故（ATWS）、規(guī)則（10 CFR 50.62）、全廠失電要求（10 CFR 50.3）、72 h后響應要求、安全殼性能要求、AP1000安全相關系統(tǒng)的相互影響、抗震要求。篩選出列入D-RAP的設備（判斷為風險重要的設備）可靠性分級為CC1級。

（6）設備功能組（FEG）。設備功能組（FEG）的應用是AP1000設備可靠性分級的一個突破。其主要由圍繞主設備的多個設備/子設備組成，具有共同的系統(tǒng)隔離特征或可以同時退出運行。FEG可應用于運行隔離、維修計劃的安排與維修活動的實施。將具有相同隔離特征的FEG內各設備的維修工作合理的安排在一起，在盡量減少運行隔離的同時，簡化維修計劃的安排，有利于減少維修活動的管理周期（圖2）。

2.1.2 可靠性等級

AP1000設備可靠性等級是綜合以上分級標準，具體分為關鍵（CC）、非關鍵（NC）和運行至失效（RTF）3個等級。其中，又將CC級設備細分為CC1級和CC2級設備。

（1）CC級設備主要是對核安全、生產有重要影響，且不允許有非計劃故障的設備。

圖2 ER分級標準的組成

（2）NC級設備主要從工業(yè)安全、環(huán)境安全、輻射安全、法律法規(guī)要求、維修經濟性等角度考慮篩選出的設備，這些設備對核電廠安全生產的影響通常不大，采取可靠性管理策略通常能節(jié)約人力、物力、財力資源。篩選后的剩余設備統(tǒng)一歸入RTF類別。

（3）RTF設備的失效后果和風險是可接受的，延長它們的壽命既有難度又不經濟，故允許其運行直到需要維修。

根據上述判定原則，將設備最終劃分為4個等級：CC1，CC2，NC，RTF。其中，將CC1級設備作為核電廠的重中之重，有利于設備的精細化管理（圖3）。

2.2 性能監(jiān)測

在設備可靠性管理體系中，性能監(jiān)測是持續(xù)提升設備可靠性管理的重要基礎，是實現設備可靠性管理的前提。對于重要系統(tǒng)和關鍵設備，首先，需對其設立性能監(jiān)測準則和監(jiān)測參數，確保關鍵功能的降級趨勢能夠被及時識別，并及時采取措施。其次，需進行系統(tǒng)功能性能監(jiān)測與趨勢分析和設備性能監(jiān)測與趨勢分析。第三，對專項大綱進行監(jiān)測與趨勢分析和總體性能監(jiān)測。最后，根據監(jiān)測結果編寫結果報告，判定性能是否降級。如果性能已經降級，按照糾正行動大綱確定降級原因并實施糾正行動。否則，進行設備可靠性持續(xù)提高流程。

2.3 糾正行動

糾正行動是一種有效的管理手段，能加強和鞏固對非預期失效的零容忍。通過確定管理期望，在非預期失效出現時，評估失效原因及那些流程本應預防失效的發(fā)生，而不僅僅是處理失效，就能實現設備可靠性的持續(xù)改進。同時，也能重新審查故障檢修設備的判定正確。

預防性、預測性維修及性能監(jiān)測、工程師巡檢、人員績效等所有設備可靠性相關的工作，均需要對工作過程進行追蹤、評估。如出現偏差，則要進行原因分析，采取糾正措施，并記錄全過程，進行經驗反饋，這就要求電廠執(zhí)行糾正行動[3]。

2.4 設備可靠性持續(xù)改進

圖3 AP1000設備可靠性等級

設備可靠性持續(xù)改進是設備可靠性管理體系的重要一環(huán)。一般將預防性維修大綱的建立也歸入此環(huán)節(jié)，有效的維修大綱對核電站的安全運行十分重要，不僅能保證所有與安全有關的核電站SSCs（構筑物、系統(tǒng)和部件）能夠按照設計意圖和假設等，保證其可靠性和有效性，而且保證在運行以后，核電站的安全狀態(tài)避免受到不利的影響。

2.4.1 預防性維修大綱的建立

（1）海陽AP1000核電廠預防性維修大綱開發(fā)。海陽AP1000核電廠根據西屋公司提供的預防性維修大綱，結合設備的分級結果，對CC1級、CC2級及NC級設備編制了預防性維修大綱。在編制大綱時，根據設備關鍵等級、操作周期和運行環(huán)境3個維度來確定設備適當的維修任務和頻率。在編寫預防性維修大綱時，借鑒西屋公司提供的設備類的維修模板，根據前述的3個維度，結合設備類所處不同的工況，從模板中選擇出適當的預防性維修任務和周期（圖4）。

圖4 西屋公司預防性維修PM模板

（2）三門AP1000核電廠預防性維修大綱開發(fā)。三門AP1000核電廠已經形成既定的預防性維修大綱開發(fā)流程，并出版了相應的開發(fā)導則指導大綱的編制。在制定預防性維修大綱時，從系統(tǒng)角度分析系統(tǒng)功能和失效后的后果來判斷是否有必要進行預防性維修，還要從具體構筑物、系統(tǒng)和設備本身的特點來分析其是否適用于預防性維修方式和具體的維修方法和周期。在制定預防性維修任務和周期時，以對應設備類型的預防性維修實施指南為基礎，并結合系統(tǒng)配置情況，確定設備的維修窗口和周期。

2.4.2 持續(xù)優(yōu)化

利用業(yè)界的運行經驗、性能監(jiān)測、故障分析、糾正行動項目及預防性維修的經驗反饋，通過不斷的質疑和審查，對設備預防性維修任務和周期、性能監(jiān)測方法和準則、維修變更合理性、狀態(tài)監(jiān)測或預測性任務進行持續(xù)改進優(yōu)化，不斷提高設備可靠性。

2.5 長期規(guī)劃及生命周期管理

整個設備可靠性管理體系不僅涵蓋上述幾個過程，還包括操作員巡檢、工程師巡檢、相關人力、備件、耗材等各個環(huán)節(jié)，需要根據電廠的發(fā)電計劃及設備可靠性相關的所有活動，制定一個完整的長期規(guī)劃。同時，為管理電廠構筑物、系統(tǒng)和設備老化與報廢，以實現使用壽命最優(yōu)化，在保證安全的前提下使收益最大化，要求從電站商運初期就要開始考慮生命周期管理的相關活動[3]。

2.6 預防性維修實施

預防性維修實施的目的是為管理預防性維修（PM）活動提供指導。尤其適用于大批量新建的預防性維修任務，也可用于修改相關預防性維修任務。主要包括：確定PM任務的首次執(zhí)行時間；開發(fā)標準的維修后試驗；更新工作管理數據庫；開發(fā)預防性維修任務模板工單；PM、試驗或檢查等工作的執(zhí)行；記錄設備As-Found狀態(tài)，獲取真實設備的降級程度等幾部分。

2.7 維修規(guī)則

維修規(guī)則是以性能為基準的規(guī)則，用以平衡電站設備的可靠性和可用性，并對維修活動進行風險管理。其實施最重要的是建立一套系統(tǒng)化的管理流程，用以評價電廠維修大綱整體上的持續(xù)有效性。

西屋公司為海陽核電廠提供了維修規(guī)則MR的指導性文件，用以指導海陽核電建立適合電廠自身的維修規(guī)則實施大綱，同時也提供了重要設備風險清單，使海陽核電廠的維修規(guī)則MR大綱開發(fā)具備了較好的基礎?，F階段海陽核電廠的MR大綱開發(fā)還處于起步階段，其首先啟動了設備級及電廠級性能準則的制定工作，之后逐步篩選出整個MR范圍的設備清單，待機組正式商運后，開始制定系統(tǒng)級的性能準則，并確定系統(tǒng)清單，從而分階段建立和完善MR大綱[3]。

3 AP1000設備可靠性管理體系分析借鑒

對比AP1000和CPR1000機組的設備管理體系思路和流程方法，AP1000設備管理體系的結構與INPO AP-913基本一致，但其具體操作略微不同。各個核電站在執(zhí)行的過程中，融入了各自的特點，具有如下差異。

3.1 設備可靠性分級

AP1000設備可靠性分級結合AP1000電站設備的設計特點，以及D-RAP、電力生產可靠性分級和設備功能組FEG的劃分來進行。其中設備功能組FEG在設備分級上的應用，是AP1000核電站在經典INPO AP-913基礎上的突破。

根據系統(tǒng)在P&ID圖、電氣圖和其他圖紙上進行設備功能組FEG劃分，通過回答ER關鍵度問題，對FEG中設備進行CC1，CC2，NC和RTF等級判定。該方法不同于經典INPO AP-913直接對設備進行等級劃分，FEG中設備具有共同的系統(tǒng)隔離特征或可退出運行窗口，對于FEG中設備的全部工作可以同時判定、同時安排，方便后續(xù)設備維修任務、退出窗口等信息的確定，對目前國內CPR1000機組的設備可靠性分級工作具有良好的借鑒意義。

3.2 持續(xù)改進

AP1000核電站預防性維修大綱的建立，海陽和三門依據各自電站資源上的優(yōu)勢，在建立方法上各有特色。

海陽AP1000核電廠是根據西屋公司提供的預防性維修大綱，借鑒西屋公司提供的設備類維修模板，結合設備分級結果，考慮設備關鍵等級、操作周期和運行環(huán)境3個維度，對CC1級、CC2級及NC級設備編制預防性維修大綱。這樣不僅充分利用了相關資源，同時也提高了編制大綱的效率。

三門AP1000核電廠在制定預防性維修大綱時，以預防性維修實施指南為依據，以工藝系統(tǒng)處設備管理平臺為工作平臺進行。對設備可靠性分級為CC1，、CC2，NC級的設備，采用預防性維修策略，對于RTF級別的設備，采用糾正性維修的策略，不安排預防性維修任務。

國內CPR1000核電廠預防性維修大綱的建立，主要借鑒參考電站提供的預防性維修大綱，同時結合RCM分析方法，進行大綱的持續(xù)優(yōu)化。在這項工作內容中，CPR1000核電廠可以借鑒海陽核電廠的方法，利用西屋公司的設備類維修模板，直接選擇出適當的預防性維修任務和周期，可大大提高編制大綱的效率。

3.3 維修規(guī)則MR大綱

維修規(guī)則MR為美國核電廠維修有效性的監(jiān)測要求。其是AP1000核電站在經典INPO AP-913基礎上的又一突破，使其成為國內核電廠設備管理體系建設中備受關注的焦點。

三門核電廠目前已開展相關MR的建設工作，并出版了相關《維修規(guī)則管理》程序。海陽核電廠正規(guī)劃部署MR大綱建設的相關工作。現階段海陽核電廠充分利用西屋公司的文件，先啟動了設備級及電廠級性能準則的制定工作，之后逐步選出整個MR范圍的清單，待機組正式商運后，開始制定系統(tǒng)級的性能準則，并確定系統(tǒng)清單，分階段建設完整的MR大綱。

由于維修規(guī)則MR在美國核電廠的成功實施，極大地改進了其維修有效性，是國內CPR1000機組在設備可靠性管理工作中非常值得借鑒的地方。對維修活動進行風險管理，保證維修有效性，平衡電站設備的可靠性和可用率，國內CPR1000機組也應制定維修規(guī)則MR管理大綱（表2）。

表2 CRP1000與AP1000設備管理體系差異性對比

通過上述AP1000與傳統(tǒng)CPR1000和AP-913設備管理體系的對比，不難發(fā)現，AP1000設備管理體系的理論及實踐是基于AP-913設備管理體系，但在以下方面AP1000設備管理體系又做了進一步的創(chuàng)新，值得CPR1000核電廠學習借鑒。

（1）更全面的系統(tǒng)分析。在進行系統(tǒng)功能重要性分析時，依照MR重要性、風險重要性、電力生產關鍵性3方面的判定原則對每個系統(tǒng)功能對核電廠的重要程度進行分析，并結合功能組對設備進行可靠性分級。這樣的功能分析不僅從核安全和機組風險角度考慮系統(tǒng)功能對機組的重要性，同時考慮了系統(tǒng)功能對發(fā)電可靠性的影響，綜合考慮了安全性和經濟性。

（2）MR（維修規(guī)則）的使用。綜觀整個基于AP-913的設備可靠性管理體系，缺乏對維修活動帶來風險的管理控制和對維修有效性的保證。為此，AP1000核電廠設備可靠性管理體系在傳統(tǒng)AP-913的基礎上，采用美國核電廠維修有效性監(jiān)測要求（MR）對維修活動的風險進行管理及維修有效性進行評估，篩選出過度維修項目和維修不足等狀況，可以根據評估結果調整維修策略，進而提高設備可靠性，同時也優(yōu)化核電廠維修資源，提高電廠總體業(yè)績，改善了維修有效性，平衡了電站設備的可靠性和可用率。

（3）FEG功能設備組的劃分。在維修活動的計劃方面，應用功能設備組（FEG）計劃，系統(tǒng)工程師在確定設備功能組的范圍時，需要基于系統(tǒng)主設備，同時參考P&ID、電氣圖或其他圖紙劃分出FEGs，相比西屋指導文件更加具有實際指導和參考意義，將具有共同的系統(tǒng)隔離特征的設備或可同時退出運行，順利解決了電廠預防性工作變更平臺部分項目窗口執(zhí)行不明確或指定窗口較晚的問題。同時對糾正性維修的缺陷，可以在FEG窗口下集中消缺處理，為人們的維修活動計劃的制定提供了依據。

因此，FEG計劃的順利實施，對于減少設備重復隔離，提高核電站的安全可靠性，優(yōu)化電廠資源合理配置等，均起到十分重要的作用。

4 總結

目前，在國內應用的是基于AP 913的設備可靠性管理體系，以關鍵設備的劃分與識別為基礎，通過執(zhí)行性能監(jiān)測、建立預防性維修大綱、各專項大綱和實施等來保證設備可靠性。為了提高或至少不影響核安全和可用率的前提下，從維修成本和可用性的角度獲得最佳維修效率。相比傳統(tǒng)設備可靠性管理體系而言，AP1000核電廠設備可靠性管理體系對FEG的劃分是十分成功的，它的使用既減少了設備重復隔離、提高了核電站的安全可靠性、優(yōu)化了電廠資源。也加強了對維修中風險的控制，提升了維修有效性，優(yōu)化了電廠維修資源，提高了電廠設備可用性和可靠性。

因此，作為國內核電領域設備可靠性管理體系建立和運作的成功典范，CPR1000核電機組應當吸收AP1000核電廠有關經驗并進行落實，從而切實提高設備可靠性管理工作的效果。

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〔編輯 王永洲〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.02