張博平，周曉蕊，李曉洋，張 適，鄭向陽(yáng)

（生態(tài)環(huán)境部核與輻射安全中心，北京 100082）

“基于性能、風(fēng)險(xiǎn)指引型”的維修規(guī)則（Maintenance Rule，MR）是由美國(guó)核管理委員會(huì)（NRC）在20 世紀(jì)90 年代初發(fā)布的法規(guī)[1]，其目的是推動(dòng)核電廠對(duì)安全相關(guān)和部分非安全相關(guān)的構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備（SSC）采取更為有效的維修體系，提高設(shè)備的可靠性和可用性，減少因維修不當(dāng)所導(dǎo)致的對(duì)安全系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。

MR 關(guān)注維修活動(dòng)的結(jié)果所引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)，使核電廠能夠?qū)①Y源更為有效地投入到對(duì)安全運(yùn)行有著重要作用的設(shè)備維修與試驗(yàn)中，不僅提高了機(jī)組安全水平，也使核電廠的經(jīng)濟(jì)效益得到了很大的提高。除美國(guó)，也有一些國(guó)家和地區(qū)陸續(xù)推行了以維修規(guī)則為基礎(chǔ)的管理體系，包括日本、西班牙等，也有國(guó)家在積極引進(jìn)這套體系，包括韓國(guó)、南非等。我國(guó)國(guó)家核安全局于2017 年8 月10 日發(fā)布了《改進(jìn)核電廠維修有效性的技術(shù)政策（試行）》（國(guó)核安發(fā)〔2017〕173號(hào)）[2]，其基本理念和方法借鑒了維修規(guī)則，期望通過政策的實(shí)施進(jìn)一步提高核電廠維修的有效性，加強(qiáng)相關(guān)維修活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理。

1 維修規(guī)則在美國(guó)核電廠的實(shí)施情況

美國(guó)維修規(guī)則的發(fā)布日期是1991 年，生效時(shí)間為1996 年，由于不確定如何具體執(zhí)行該維修規(guī)則，所以，早期由9 個(gè)核電廠開展試點(diǎn)工作。NRC在1994年9月至次年3月間對(duì)這9個(gè)核電廠執(zhí)行維修規(guī)則的情況進(jìn)行了全面檢查，并發(fā)布了檢查報(bào)告（NUREG- 1526： Lessons Learned from Early Implementation of The Maintenance Rule at Nine Nuclear Power Plants）[3]，說明了維修規(guī)則的執(zhí)行情況以及在執(zhí)行中遇到的一些問題，以供其他核電廠進(jìn)行參考。維修規(guī)則正式生效后，NRC 于1996—1998年對(duì)71個(gè)核電廠的維修規(guī)則實(shí)施情況進(jìn)行了全面的基準(zhǔn)檢查，并發(fā)布一份總報(bào)告（NUREG-1648：Lessons Learned from Maintenance Rule Baseline Inspections）及各電廠的分報(bào)告[4]。

通過基準(zhǔn)檢查及日常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的一些問題，NRC對(duì)10 CFR 50.65進(jìn)行過兩次修訂，分別是1996 年8 月增加關(guān)于退役核電廠的相關(guān)要求以及1999 年6 月增加關(guān)于對(duì)維修引入潛在風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)制評(píng)價(jià)的要求。相應(yīng)的對(duì)下層的支持性文件也進(jìn)行了適應(yīng)性修訂。

維修實(shí)施規(guī)則，特別是通過類似滾動(dòng)計(jì)劃式的維修進(jìn)行有效性評(píng)價(jià)（具體到系統(tǒng)及部件），使業(yè)主能夠更加清楚系統(tǒng)設(shè)備的可靠性和性能狀況；通過實(shí)施在線維修和在線試驗(yàn)（幾乎每周都會(huì)安排相應(yīng)的維修或試驗(yàn)活動(dòng)），從而提高核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性（主要表現(xiàn)為非計(jì)劃停堆次數(shù)的減少和能力因子的不斷提高）[5]。

1.1 檢查的范圍

NRC 成立的檢查小組對(duì)電廠進(jìn)行檢查時(shí)，會(huì)審查所有與MR 相關(guān)的文件，以Arkansas Nuclear One 電廠為例，檢查中涉及的篩選實(shí)例見表1。檢查范圍主要包括：

（1）維修規(guī)則實(shí)施的獨(dú)立評(píng)價(jià)（Independent Assessment of Maintenance Rule Implementation at Arkansas Nuclear One）；

（2）1號(hào)機(jī)組第13循環(huán)維修規(guī)則的定期評(píng)價(jià)（Unit 1- Cycle 13 Maintenance Rule Periodic Assessment）；

（3）維修規(guī)則大綱（Maintenance Rule Program）；

（4）第13 循環(huán)中儀表壓縮空氣系統(tǒng)性能報(bào)告（Instrument Air Cycle 13 Performance Report）；

（5）第13 循環(huán)中余熱排出系統(tǒng)性能報(bào)告（Decay Heat System Cycle 13 Performance Report）；

（6）性能指標(biāo)設(shè)置基準(zhǔn)（Basis for Performance Criteria）；

（7）設(shè)備停役組合矩陣（Equipment out of Service Matrix）；

（8）狀態(tài)報(bào)告（Condition Reports）等。

1.2 維修規(guī)則SSC范圍的確定

核電廠向NRC 檢查組提交用于確認(rèn)篩選SSC范圍的程序及過程文件，同時(shí)，提交維修規(guī)則范圍內(nèi)、外的SSC清單。檢查組重點(diǎn)關(guān)注可能納入但被排除在維修規(guī)則范圍的SSC，要求業(yè)主給出充分的技術(shù)依據(jù)。

檢查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)電廠能夠按照NUMRAC93-01中的方法篩選出納入維修規(guī)則范圍內(nèi)的SSC[6]。但對(duì)是否納入某些非安全相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，業(yè)主可能存在理解上的誤區(qū)，表1列舉了幾個(gè)實(shí)例。

表1 SSC范圍篩選實(shí)例Table 1 Examples of SSC scope screening

維修規(guī)則是一份基于性能的法規(guī)，NRC 認(rèn)為只要有充分的技術(shù)依據(jù)，業(yè)主可以靈活增加或移除維修規(guī)則范圍內(nèi)的SSC。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)重要度確定

在確定SSC風(fēng)險(xiǎn)重要度時(shí)，多數(shù)核電廠采用了NUMARC93-01 中推薦的RRW、RAW、CDF貢獻(xiàn)度方法，也有一些電廠采用了替代的定量方法如：Birnbaum或FV重要度方法。

但NRC 檢查人員發(fā)現(xiàn)，如果統(tǒng)一按照NUMARC93-01 中給定的閾值（RAW＞2，RRW＞1.005，組成90%CDF 貢獻(xiàn)度的集合）可能無法反映出某些電廠特定的風(fēng)險(xiǎn)配置情況，作為一種補(bǔ)充手段，核電廠組織了具有豐富專業(yè)知識(shí)的專家，并結(jié)合實(shí)際的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定最終的風(fēng)險(xiǎn)重要類。

另外，NRC建議業(yè)主采用RRW和CDF貢獻(xiàn)度方法確定風(fēng)險(xiǎn)重要類時(shí)，應(yīng)排除與維修不相關(guān)的因素（如人因失誤、外部事件等）；當(dāng)出現(xiàn)重要的設(shè)計(jì)變更、概率安全分析（Probabilistic Safety Analysis，簡(jiǎn)稱PSA）模型升級(jí)或采用新的可靠性數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)重要類的結(jié)果進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。表2給出核電廠重要度確定的實(shí)例。

一般而言，SSC風(fēng)險(xiǎn)重要度確定后，營(yíng)運(yùn)單位則可結(jié)合其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)確定其性能指標(biāo)的層級(jí)，具體見表3。

表3 風(fēng)險(xiǎn)重要類及性能指標(biāo)層級(jí)Table 3 Risk significant category and performance criteria level

1.4 關(guān)于(a)(1)與(a)(2)的分類

由于將SSC放入（a）（1）中進(jìn)行監(jiān)測(cè)說明其性能降低或者有下降的趨勢(shì)，早期許多業(yè)主認(rèn)為放入（a）（1）的系統(tǒng)部件越多，表明其電廠的預(yù)防性維修體系越差[7]。對(duì)此，NRC 解釋（a）（1）和（a）（2）內(nèi)的數(shù)量與核電廠自身的維修體系沒有直接的聯(lián)系，只是監(jiān)測(cè)方式的寬松差別，并建議考慮將納入（a）（1）進(jìn)行監(jiān)測(cè)的SSC數(shù)量?jī)H作為核電廠自身評(píng)價(jià)維修有效性的一個(gè)內(nèi)部指標(biāo)。但NRC可同時(shí)考慮將重復(fù)返回（a）（1）進(jìn)行監(jiān)測(cè)的SSC數(shù)量作為維修規(guī)則有效實(shí)施的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。關(guān)于（a）（1）或（a）（2）進(jìn)行監(jiān)測(cè)的實(shí)例見表4。

1.5 性能指標(biāo)的制訂

性能指標(biāo)主要包括兩類數(shù)據(jù)：可靠性和可用性。

對(duì)于PSA中已經(jīng)建模的SSC，在制訂可靠性的指標(biāo)時(shí)，通常會(huì)利用電廠IPE 和PSA 中的數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行維修的歷史數(shù)據(jù)。由于維修規(guī)則的監(jiān)測(cè)周期一般為1～2個(gè)循環(huán)，對(duì)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)SSC的失效率進(jìn)行監(jiān)測(cè)并不現(xiàn)實(shí)（需求次數(shù)或運(yùn)行時(shí)間樣本過小導(dǎo)致失效率的估計(jì)值并不可信）。因此，核電廠大多采取了在一個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)以SSC的期望失效次數(shù)作為可靠性的性能指標(biāo)。

對(duì)于可用性數(shù)據(jù)，一般采取若干個(gè)循環(huán)不可用時(shí)間的均值加上一個(gè)可以接受的閾值作為性能指標(biāo)。NRC 檢查通過審查機(jī)組的歷史運(yùn)行事件得出某系統(tǒng)功能的失效率，通過審查機(jī)組運(yùn)行維修日志得出某系統(tǒng)的不可用時(shí)間，以此,評(píng)價(jià)核電廠SSC 是否超出所制訂的性能指標(biāo)。 表5 給出幾個(gè)電廠實(shí)例。

表4 (a)(1)或(a)(2)分類監(jiān)測(cè)的實(shí)例Table 4 Examples of(a)(1)or(a)(2)classified monitoring

表5 制訂性能指標(biāo)的實(shí)例Table 5 Examples of establishing performance criteria

1.6 維修有效性的定期評(píng)價(jià)

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，業(yè)主一般每個(gè)月進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)及調(diào)整，通過查詢上一個(gè)月出現(xiàn)的故障和不可用時(shí)間的增加來動(dòng)態(tài)調(diào)整后續(xù)目標(biāo)，形成滾動(dòng)計(jì)劃。因?yàn)椴⒎敲總€(gè)系統(tǒng)都有月度定期試驗(yàn)或預(yù)防性維修，所以，這種方法是針對(duì)單個(gè)系統(tǒng)逐個(gè)進(jìn)行的，每個(gè)循環(huán)會(huì)形成一個(gè)完整的評(píng)價(jià)報(bào)告。近年來，也有核電廠采取以季度為單位的定期評(píng)價(jià)，以減少工作量。表6給出了維修有效性定期評(píng)價(jià)的實(shí)例。

表6 維修有效性定期評(píng)價(jià)的實(shí)例Table 6 Examples of periodic evaluation of maintenance effectiveness

1.7 維修活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理

核電廠在執(zhí)行（a）（4）時(shí)主要利用了在線風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)軟件，并利用不同狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的顏色來提醒操作人員即將執(zhí)行活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)重要程度。如綠色代表可接受，正常執(zhí)行；黃色代表少量風(fēng)險(xiǎn)增加，正常控制；橙色代表風(fēng)險(xiǎn)增量較大，需要采取補(bǔ)償性的預(yù)防措施；紅色表示不可接受，不應(yīng)進(jìn)行維修試驗(yàn)。

另外，在實(shí)際執(zhí)行（a）（4）條款時(shí)，核電廠會(huì)結(jié)合“Risk-Informed Technical Specifications Initiative 4b”一起判斷是否適合進(jìn)行在線的維修和試驗(yàn)[8]。表7給出了維修活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理的實(shí)例。

2 維修規(guī)則的經(jīng)驗(yàn)反饋

維修規(guī)則實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)反饋主要來自兩方面：

（1）NRC 會(huì)不定期對(duì)核電廠維修規(guī)則檢查，不一定是全面的檢查，有可能是針對(duì)某一方面或某幾個(gè)重要系統(tǒng)，其中，地方監(jiān)督站駐廠的檢查人員的任務(wù)量較大，他們往往會(huì)對(duì)某些性能指標(biāo)超出、在線維修試驗(yàn)引起較大風(fēng)險(xiǎn)等情況與核電廠人員討論。從這些檢查的結(jié)果中，NRC 員工會(huì)不定期發(fā)布相應(yīng)的報(bào)告或備忘錄討論一些共性問題，以供核電廠人員或檢查人員參考。

（2）行業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)反饋，由美國(guó)電力研究院EPRI 每年組織的兩次針對(duì)維修規(guī)則的會(huì)議（Maintenance Rule Users Group，MRUG）發(fā)布，其宗旨是促進(jìn)核電業(yè)主實(shí)施維修規(guī)則中的經(jīng)驗(yàn)反饋，參會(huì)人員基本為MRUG 會(huì)員（包括美國(guó)本土和其他核電國(guó)家的會(huì)員參加），同時(shí)，也會(huì)有NRC 負(fù)責(zé)維修規(guī)則的員工及NEI 的相關(guān)人員參加[9]。除了在會(huì)上能夠解決一些業(yè)主的問題，各業(yè)主也會(huì)將自己的較為詳細(xì)的報(bào)告共享，供所有EPRI會(huì)員獲取有用的信息。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)家核安全局發(fā)布技術(shù)政策的目的是鼓勵(lì)核電廠逐步開展維修相關(guān)的優(yōu)化活動(dòng)，以改進(jìn)構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備可靠性并加強(qiáng)維修活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理。技術(shù)政策發(fā)布以來，多個(gè)試點(diǎn)核電廠積極開展維修規(guī)則的研究和應(yīng)用工作[10]。

表7 維修風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的實(shí)例Table 7 Examples of maintenance risk assessment

但是，維修規(guī)則是一套非常復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。美國(guó)NRC 于1991 年發(fā)布10 CFR 50.65，而其正式生效日期是6年之后。其間發(fā)布了相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)文件，并通過9個(gè)試點(diǎn)電廠實(shí)施維修規(guī)則來確定指導(dǎo)文件的合理性。因此，即使是有著眾多成熟的國(guó)際同行所使用的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國(guó)內(nèi)的試點(diǎn)核電廠而言，要全面實(shí)施維修規(guī)則，也需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間去研究并開發(fā)適用于自身的維修規(guī)則技術(shù)文件和管理體系。本文對(duì)NRC 早期檢查核電廠維修規(guī)則實(shí)施效果的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要總結(jié)，供國(guó)內(nèi)監(jiān)管部門和試點(diǎn)電廠參考。