李 樂，孟少朋

（1.中核核電運行管理有限公司，浙江 嘉興 314300；2.中機生產(chǎn)力促進中心，北京 100044）

0 引言

設備可靠性數(shù)據(jù)是應用概率安全評價（PSA）技術對核電廠進行風險量化評估和管理的重要基礎，同時可以支持電廠開展可靠性保證大綱、設備可靠性過程 （AP-913）、維修規(guī)則體系的建立、以可靠性為中心的維修等可靠性相關工作，也有助于支持電廠在設備管理、設備分級、老化與壽命管理、設備狀態(tài)檢測和備品備件管理等方面的工作[1]。2013年中核核電運行管理有限公司（CNNO）開始建立設備可靠性數(shù)據(jù)采集體系，迄今完成了秦山九臺機組從商運至2017年底的設備可靠性數(shù)據(jù)采集，并將采集到的可靠性數(shù)據(jù)切實應用到PSA、緩解系統(tǒng)性能指標（MSPI）、維修規(guī)則（MR）等工作中。

1 設備可靠性數(shù)據(jù)采集體系的建立

出于核電廠應用的需求以及國家核安全局的要求，CNNO建立了規(guī)范化、一體化的設備可靠性數(shù)據(jù)采集體系，確保了設備可靠性數(shù)據(jù)采集的及時性、正確性和完整性。設備可靠性數(shù)據(jù)采集體系包括建立專業(yè)技術團隊，編寫完善的管理制度，確定可靠的數(shù)據(jù)采集方法以及開發(fā)9臺機組公用的設備可靠性數(shù)據(jù)庫。

1.1 人員和制度保障

可靠性數(shù)據(jù)采集是一項涉及面廣、工作量大且繁瑣細致的工作，需要一支既了解設備可靠性專業(yè)知識，也熟悉電廠生產(chǎn)與管理的團隊來開展。CNNO建立了從事設備可靠性數(shù)據(jù)庫維護及數(shù)據(jù)收集的團隊。人員要求熟練掌握數(shù)據(jù)采集、篩選和計算的一般過程，對機械、儀表、電氣的設備維修領域有電廠經(jīng)驗，了解PSA、MR等的基礎知識。由于CNNO有9臺機組，4種堆型，不同堆型間設備有一定差異，設備分類和設備邊界劃分不盡相同，所以針對不同的生產(chǎn)單元安排了專人負責數(shù)據(jù)采集。

另一方面，隨著設備可靠性數(shù)據(jù)在電廠越發(fā)廣泛的應用，數(shù)據(jù)采集和應用涉及的專業(yè)和部門也越來越多，必須建立職責清晰、流程合理的管理制度，才能有效推進工作的開展。因此CNNO編寫了設備可靠性數(shù)據(jù)收集與處理管理程序，明確工作流程和部門職責。同時編寫了設備可靠性數(shù)據(jù)收集與處理實施程序，詳細闡述了數(shù)據(jù)采集的方法、注意事項和判斷準則。

1.2 數(shù)據(jù)采集和處理方法

電廠應用的設備可靠性參數(shù)主要有：運行失效率、需求失效概率、試驗維修不可用度。參考NUREG/CR-6823、INPO98-001、“核電廠設備可靠性數(shù)據(jù)采集”等文件，結合多年的數(shù)據(jù)采集實踐經(jīng)驗，CNNO制定了標準數(shù)據(jù)采集方法。電廠設備可靠性數(shù)據(jù)采集和處理流程如圖1所示，通過對電廠運行、維修、試驗等活動中的原始可靠性數(shù)據(jù)進行收集、分析、輸入，最終統(tǒng)計計算得出設備可靠性參數(shù)。

1.2.1 數(shù)據(jù)采集

圖1 數(shù)據(jù)采集和處理流程Fig.1 Process of data acquisition and processing

數(shù)據(jù)采集需要明確數(shù)據(jù)采集范圍內設備的邊界劃分、失效模式等基礎信息，了解電廠運行、試驗、維修等原始數(shù)據(jù)源、信息記錄流程和相關系統(tǒng)。步驟如下：

（1）確認設備基礎信息。包括確定數(shù)據(jù)采集的設備范圍，按照一定規(guī)則劃分設備類，以及對每一個設備類明確設備邊界，確定失效模式。

（2）采集機組運行數(shù)據(jù)。從運行年報、運行日報、主控室值班日志等文件中查找反應堆非計劃停堆和計劃停堆的次數(shù)和停堆時間段，確定工況變換的確切時間。

（3）采集設備運行數(shù)據(jù)。通過設備運行特性和機組狀態(tài)估計設備運行歷史數(shù)據(jù)，當不易估計時，查閱電站設備運行記錄來進行收集。

（4）采集設備失效數(shù)據(jù)和維修不可用數(shù)據(jù)。從生產(chǎn)管理系統(tǒng)篩選出所有關于設備樣本的工單工作票，逐條分析判斷是否為設備失效，是否造成設備維修不可用。

（5）采集設備試驗不可用數(shù)據(jù)。分析定期試驗規(guī)程，篩選出造成不可用的試驗，從定期試驗報告中收集設備定期試驗的次數(shù)和試驗時間。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

歷史數(shù)據(jù)收集完成后，可以統(tǒng)計計算可靠性參數(shù)。設備可靠性參數(shù)估計有兩種方法，經(jīng)典估計和貝葉斯估計。經(jīng)典估計方法認為被估參數(shù)是一個未知的常量，通常僅通過抽樣得到的觀測數(shù)據(jù)來估計可靠性參數(shù)。貝葉斯方法是根據(jù)貝葉斯定理進行統(tǒng)計推斷的方法，其核心是通過實際電廠特定數(shù)據(jù)的似然函數(shù)分布以及先驗（通用）數(shù)據(jù)的分布進行擬合得到的后驗分布。兩種方法的比較如表1。CNNO綜合采用了兩種方法，對于樣本量較大或與特定電站特點有關的數(shù)據(jù)，使用經(jīng)典估計方法對電廠特定數(shù)據(jù)進行處理，獲得設備的電廠特定參數(shù)；而對于數(shù)據(jù)樣本較小的設備，則使用貝葉斯方法。

1.3 秦山地區(qū)設備可靠性數(shù)據(jù)庫

表1 經(jīng)典估計法和貝葉斯分析法的比較Tab.1 Comparison between classical estimation and bayesian analysis

由于現(xiàn)在電廠大多數(shù)信息均實現(xiàn)了電子化，所以開發(fā)數(shù)據(jù)庫軟件，有利于持續(xù)系統(tǒng)地進行數(shù)據(jù)的采集、分析、統(tǒng)計和存儲。秦山地區(qū)設備可靠性數(shù)據(jù)庫集成了九臺機組的數(shù)據(jù)管理，軟件設計中考慮了多種功能。

（1）自動計算設備運行數(shù)據(jù)。如前文所述，設備運行歷史數(shù)據(jù)主要通過設備運行特性和機組狀態(tài)來估計，一般由數(shù)據(jù)采集人員手工計算后錄入數(shù)據(jù)庫，由于設備量大，該項工作耗時耗力且容易出錯。因此將每臺設備的運行數(shù)據(jù)估算公式固化在軟件中，實現(xiàn)了設備運行數(shù)據(jù)的自動計算。

（2）自動讀取工單工作票。為了提高數(shù)據(jù)設備維修/失效數(shù)據(jù)的采集效率，數(shù)據(jù)平臺與一、二、三廠工單工作票系統(tǒng)建立接口，通過人工觸發(fā)，軟件根據(jù)系統(tǒng)范圍自動讀取工單和工作票的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以時間段為單位進行讀取，已讀取的數(shù)據(jù)將保存在原始數(shù)據(jù)表中。

（3）多通用數(shù)據(jù)源管理。為了兼顧各電廠采用不同通用數(shù)據(jù)源的需求，數(shù)據(jù)平臺中開發(fā)了多通用數(shù)據(jù)源管理模塊，允許人員進行通用數(shù)據(jù)源調整。目前數(shù)據(jù)平臺中錄入了 EPS900&1300、NUREG/CR-4550、DARA T.A2-3/58、NUREG/CR-6928、國家核安全局統(tǒng)計數(shù)據(jù)等國內常用通用數(shù)據(jù)。

（4）不可用統(tǒng)計。在目前的PSA模型中將系統(tǒng)/列試驗維修不可用一般采取折算至關鍵設備的方式，該假設并未較好的處理系統(tǒng)/列不可用估算中的時間重疊問題。在數(shù)據(jù)平臺中設置系統(tǒng)/列所包含的所有設備，通過后臺邏輯設計，將系統(tǒng)/列所包含的設備不可用時間在同一條時間軸上進行對比，減去重疊時間，進而得到更為合理的系統(tǒng)/列不可用度。

2 設備可靠性數(shù)據(jù)的應用

多年來CNNO主要在PSA模型及應用工具方面開展了設備可靠性數(shù)據(jù)的應用。同時近年來，隨著電廠對設備可靠性和機組經(jīng)濟性的越發(fā)關注，可靠性數(shù)據(jù)漸漸在可靠性相關工作中發(fā)揮了一定作用。

2.1 PSA

PSA是進行核電廠定量風險分析計算的技術方法，其在定量角度評估核電廠的安全性，找出核電廠設計、建造和運行中的薄弱環(huán)節(jié)，提高核電廠設計和運行安全性可靠性方面的作用已經(jīng)得到了核電行業(yè)的一致認可。國家核安全局一直致力于推進PSA在電廠生產(chǎn)管理活動中的應用，越來越重視PSA模型質量?？煽啃詳?shù)據(jù)作為PSA的重要輸入，其精確度直接決定了整個PSA研究的質量。

CNNO 9臺機組均已開發(fā)了一級內部事件PSA模型，后續(xù)PSA模型應根據(jù)需求持續(xù)更新。在開展PSA模型更新時，應將電廠采集到的特定數(shù)據(jù)更新到PSA模型中。2013年CNNO啟動了秦一廠功率運行PSA模型的更新，采用了一廠商運至2012年底的特定數(shù)據(jù)，使得PSA計算結果更接近電廠實際狀態(tài)，有利于PSA在電廠生產(chǎn)活動中的應用。

2.2 MSPI

MSPI是美國核管會用于監(jiān)管核電廠安全的一整套安全指標中的一類。核電廠緩解系統(tǒng)的性能狀態(tài)決定著核電廠能否防止事故的發(fā)生以及在事故工況下是否可以緩解事故的后果，直接關系到核電站的安全水平。因此對緩解系統(tǒng)的性能進行監(jiān)測，維持其可用度和可靠度，可以有效的減少反應堆事故發(fā)生的可能性。

CNNO在生產(chǎn)管理中引入了該指標。數(shù)據(jù)采集人員每季度首月采集上一季度內MSPI設備的可靠性數(shù)據(jù)，計算得到季度的MSPI性能指標，給出風險提示和需要采取的措施建議。重要系統(tǒng)中如果有計算結果為黃色，則需要對該系統(tǒng)做詳細分析，給出導致核安全水平下降的原因，并為電廠提供風險提示。如果計算結果出現(xiàn)紅色，則需要建議電廠采取必要措施，及時降低運行機組的核安全風險。根據(jù)以上分析結果編制《緩解系統(tǒng)性能指標季報》，報送運行處、生產(chǎn)計劃處、設備可靠性處等電廠生產(chǎn)管理部門，給電廠提供核安全監(jiān)督方面的決策提供參考。

2.3 MR

維修規(guī)則是美國NRC要求各核電廠開展的維修有效性監(jiān)察。設備在運行的過程中，會由于各種原因導致性能發(fā)生劣化，其長期和持續(xù)的可靠性需要靠有效的維修活動來維持。維修規(guī)則要求針對范疇內的SSCs建立一套可接受的性能準則，然后用這些準則來長期持續(xù)地監(jiān)測SSCs。如果性能準則沒有被滿足，則建立目標，以使該性能方面作必要改進[2]。

由于當前秦一廠正在開展運行許可證延續(xù)工作，國家核安全局要求在運行許可證延續(xù)被批準前，必須建立維修有效性評價體系，因此秦一廠2016年開始開發(fā)MR，識別并篩選出MR范圍內的系統(tǒng)功能，建立功能設備組，利用PSA方法確定功能設備組的重要度，為功能組設置了可靠性和可用度的性能準則，收集分析系統(tǒng)設備的歷史失效和維修數(shù)據(jù)，完成了準則的驗證。目前仍在進行其他系統(tǒng)的MR開發(fā)，后續(xù)開發(fā)完成后，定期監(jiān)督相關流程如下：

（1）每個月，收集統(tǒng)計SSCs的可靠性數(shù)據(jù)，如發(fā)現(xiàn)不滿足性能準則或有明顯不利趨勢，則提出a（1）/a（2）決定的需求報告，提交MR小組進行決策。

（2）每個季度，記錄評價結果，編寫系統(tǒng)健康評價報告。

3 問題和建議

在可靠性數(shù)據(jù)的采集過程中，發(fā)現(xiàn)了一些問題，以下對這些問題進行探討。

問題一：設備維修、試驗等的原始記錄數(shù)據(jù)不全，并且早期的數(shù)據(jù)沒有電子化，數(shù)據(jù)采集存在難度。

建議：

（1）核電廠維修、試驗人員在進行維修、試驗工作時，盡量將數(shù)據(jù)記錄完整，以便數(shù)據(jù)采集人員能收集到足夠的信息來進行判斷。

（2）可靠性數(shù)據(jù)采集人員通過多種渠道盡可能全面地了解事件信息，避免因信息的片面導致錯誤的判斷。

（3）當事件記錄是不清楚或是不完整的，無法確定一個設備的故障是否是一個導致不能執(zhí)行其要求功能的失效時，傾向于保守的記錄這些事件作為設備失效，只要對應用結果影響不大，這就是合理的。

問題二：設備失效數(shù)據(jù)的判斷尤為重要，但實際不同人員采集的設備失效數(shù)據(jù)差別頗大。

建議：

（1）確定盡可能詳細的失效數(shù)據(jù)判斷原則。目前的判斷原則主要參考NUREG/CR-6823[3]和國家核安全局發(fā)布的《核電廠設備可靠性數(shù)據(jù)采集》，考慮范圍已經(jīng)頗為全面，包括關注“失效”和“功能降級”，TS和PSA對設備要求的不同等。但還應更為細化，將數(shù)據(jù)采集過程中遇到的一些典型的容易判斷失誤的情況列入原則中。隨著數(shù)據(jù)采集經(jīng)驗的累積，逐步豐富判斷原則。

（2）在進行數(shù)據(jù)分析判斷時，數(shù)據(jù)采集人員應多與其他數(shù)據(jù)采集人員及核電廠專業(yè)工程師進行溝通交流，盡量減少主觀性的判斷。

問題三：數(shù)據(jù)采集中需要進行大量的判斷、分析工作，如何確保數(shù)據(jù)質量。

建議：

（1）數(shù)據(jù)采集人員應具備相當?shù)倪\行、維修、定期試驗、可靠性方面的知識。

（2）數(shù)據(jù)初步采集完成后，核電廠組織有豐富運行、維修和設備管理等工作經(jīng)驗的專家對結果進行校核。

（3）加強對數(shù)據(jù)采集人員的培訓，包括可靠性數(shù)據(jù)采集方法流程和PSA、MR相關知識的培訓。

3 總結

可靠性數(shù)據(jù)是電廠運行積累的寶貴資源，應該得到系統(tǒng)規(guī)范的采集和充分有效的利用。2015年國家核安全局正式發(fā)布了《核電廠設備可靠性數(shù)據(jù)采集》，指導國內核電廠設備可靠性數(shù)據(jù)的采集工作，規(guī)范了國內的數(shù)據(jù)采集體系，但可靠性數(shù)據(jù)主要還是應用在PSA中，其在可靠性工作、老化與壽命管理等方面的應用仍處于小范圍開展階段，如何提高數(shù)據(jù)質量，推廣數(shù)據(jù)應用還需要業(yè)界同仁一起努力。