邱春輝， 顧劍峰， 馬靜嫻， 宋 強(qiáng)， 譚 坤

（中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心， 北京100044）

0 引言

目前在我國核安全法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、核電廠的設(shè)計(jì)規(guī)范中主要采用確定論方法進(jìn)行安全物項(xiàng)分級。 隨著概率風(fēng)險分析（PSA）技術(shù)應(yīng)用的不斷廣泛和深入，基于傳統(tǒng)確定論分級所形成的“特殊處理要求”過于保守，給核電廠的運(yùn)維帶來很多不必要的負(fù)擔(dān)，限制了核電廠的經(jīng)濟(jì)性；但在某些方面又存在不夠保守的情況[1]。 因此，為了使核電廠有限的資源得到優(yōu)化配置， 非常有必要開展核電廠安全重要物項(xiàng)分級識別研究， 為核電廠后續(xù)開展設(shè)備可靠性、基于風(fēng)險指引的在役檢查、維修規(guī)則等方面的研究應(yīng)用提供有效支撐。

1 傳統(tǒng)物項(xiàng)安全分級

我國核安全法規(guī)HAF102-2016“核動力廠設(shè)計(jì)安全規(guī)定”5.3 節(jié)要求：必須識別所有安全重要物項(xiàng)，并根據(jù)其功能和安全重要性對其進(jìn)行分級。 劃分安全重要物項(xiàng)的安全重要性的方法，必須主要基于確定論方法，并適當(dāng)輔以概率論方法。

HAF102 規(guī)定，必須保證在核動力廠所有狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)以下基本安全功能：

（1） 控制反應(yīng)性。

（2）排出堆芯余熱，導(dǎo)出乏燃料貯存設(shè)施所貯存燃料的熱量。

（3）包容放射性物質(zhì)、屏蔽輻射、控制放射性的計(jì)劃排放，以及限制事故的放射性釋放。

國標(biāo)GB/T 17569-2013 “壓水堆核電廠物項(xiàng)分級”根據(jù)HAF102 的要求，給出的分級規(guī)則及舉例基于確定論方法。 針對核電廠物項(xiàng)安全分級，總體上而言應(yīng)劃分為安全級和非安全級兩大等級。 凡承擔(dān)或支持HAF102 中三項(xiàng)基本安全功能的物項(xiàng)， 其損壞會導(dǎo)致事故的物項(xiàng)以及其他具有防止或緩解事故功能的物項(xiàng)應(yīng)列為安全級； 其余為非安全級。

2 風(fēng)險指引的安全重要物項(xiàng)分級

在確定論方法物項(xiàng)分級的基礎(chǔ)上， 美國核管會（NRC）提供了一種基于風(fēng)險指引過程進(jìn)行物項(xiàng)分級的替代方法，目的是基于該分級方法確定物項(xiàng)的安全重要性，并對安全重要性低的物項(xiàng)移除其相應(yīng)的特殊要求。

2004 年，美國發(fā)布了聯(lián)邦法規(guī)10 CFR 50.69“核電廠風(fēng)險指引型構(gòu)筑物、系統(tǒng)和設(shè)備分級和處理”，其中定義安全重要功能是指其退化或喪失可能會對核電廠縱深防御、安全裕量、風(fēng)險造成重大不利影響的功能，包括設(shè)計(jì)基準(zhǔn)功能、預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故的功能。 物項(xiàng)（SSC）的安全重要功能是通過結(jié)合風(fēng)險和傳統(tǒng)工程經(jīng)驗(yàn)的綜合決策過程來確定的， 為了維持其功能有效性需根據(jù)SSC 的分級采取相應(yīng)的監(jiān)督要求。 在傳統(tǒng)的確定論方法中，SSC 通常被劃分為安全相關(guān)和非安全相關(guān)兩大類，在10 CFR 50.69 中采用風(fēng)險的觀點(diǎn)并考慮嚴(yán)重事故， 重點(diǎn)確定SSC 的安全重要功能，將SSC 劃分為四個等級[2]，詳見圖1。

圖1 核電廠風(fēng)險指引型物項(xiàng)分級[3]

RISC-1 （Risk-Informed Safety Class-1）： 該等級的SSC 為安全相關(guān)SSC， 并且基于風(fēng)險指引分級過程確定為具有安全重要功能的SSC。 核電廠必須繼續(xù)確保RISC-1 等級的SSC 具備與其分級相一致的安全重要功能，其相應(yīng)的特殊處理要求不可降低。

RISC-2 （Risk-Informed Safety Class-2）： 該等級的SSC 為非安全相關(guān)SSC， 但基于風(fēng)險指引分級過程確定為具有安全重要功能的SSC。 該等級在傳統(tǒng)分級中屬于非安全相關(guān)， 部分SSC 可能沒有現(xiàn)成的特殊處理要求，但在新的分級中認(rèn)為其對核電廠運(yùn)行的安全有重要貢獻(xiàn)。 因此，應(yīng)考慮該等級SSC 當(dāng)前的處理要求是否充分，必要時加強(qiáng)其處理要求。

RISC-3 （Risk-Informed Safety Class-3）： 該等級的SSC 為安全相關(guān)SSC， 但基于風(fēng)險指引分級過程確定為低安全重要功能的SSC。 針對該等級SSC 可以適當(dāng)?shù)販p免或放寬現(xiàn)有的特殊處理要求，采用替代要求。 但是這些替代要求能夠保證這些SSC 在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)情況下仍能執(zhí)行其安全相關(guān)功能，只是保障水平有所降低。

RISC-4 （Risk-Informed Safety Class-4）： 該等級的SSC 為非安全相關(guān)SSC， 并且基于風(fēng)險指引分級過程確定為低安全重要功能的SSC。 針對該等級SSC，核電廠可繼續(xù)維持其原有的處理要求。

3 核電廠安全重要物項(xiàng)篩選識別方法

核電廠安全重要物項(xiàng)的篩選識別范圍包括對核電廠安全有重要貢獻(xiàn)的安全相關(guān)和非安全相關(guān)SSC， 其篩選識別方法主要運(yùn)用概率論， 并結(jié)合確定論和其他分析方法來識別和量化風(fēng)險。 具體方法如下：

3.1 PSA 方法

在風(fēng)險指引型管理中，主要采用PSA 方法將SSC 分為安全重要SSC 和非安全重要SSC，目的是調(diào)整“特殊的處理要求”SSC 的范圍， 使資源集中到安全重要的SSC上，因?yàn)榉前踩嚓P(guān)SSC 也有可能是安全重要的。

PSA 方法能夠系統(tǒng)的分析核電廠的風(fēng)險， 并識別對電廠風(fēng)險有重要貢獻(xiàn)的因素， 利用PSA 中重要度的概念，對核電廠SSC 進(jìn)行分類。 在核電廠PSA 中可以定義不同的重要度來反映基本事件在特定的狀態(tài)下對電廠風(fēng)險的影響。 通常， 通過風(fēng)險增加重要度RAW（Risk Achievement Worth Importance Measure）、 風(fēng)險減少重要度RRW（Risk Reduction Worth importance measure）和FV重要度（Fussell-Vesely Importance Measure）這三種量化的重要度來篩選識別安全重要SSC[4]，其中：

針對某一特定的基本事件，RAW 反映了當(dāng)假定一個SSC 因?yàn)樵囼?yàn)、維修或失效不能執(zhí)行自身功能時，所選擇的指標(biāo)值的增量。 它是把此SSC 的基本事件的概率設(shè)為1 時計(jì)算出的數(shù)值與基準(zhǔn)情況下的指標(biāo)值之比或之差。當(dāng)RAW>2，即當(dāng)基本事件失效將使系統(tǒng)風(fēng)險增加一倍以上，則相關(guān)SSC 被識別為安全重要SSC。

針對某一特定的基本事件，F(xiàn)V 重要度是所有包含該基本事件的事故序列得到的指標(biāo)值占總指標(biāo)值的貢獻(xiàn)份額。 對包括非最小割集和成功概率的PSA 定量化方法，F(xiàn)V 重要度這樣來計(jì)算： 將該基本事件的概率設(shè)為0后得到的總指標(biāo)值的減小份額。 當(dāng)FV>0.5%， 表明SSC對電廠的風(fēng)險有貢獻(xiàn)， 則相關(guān)SSC 被識別為安全重要SSC。

針對某一特定的基本事件，RRW 反映了該基本事件的概率設(shè)為0 后得到的總指標(biāo)值的減小份額。RRW 也是替代FV 的一種可接受的計(jì)算方法。當(dāng)RRW>1.005，表明SSC 對電廠風(fēng)險的降低作用被截止， 則相關(guān)SSC 被識別為安全重要SSC。

概率風(fēng)險分析應(yīng)覆蓋所有潛在的風(fēng)險范圍， 根據(jù)功率運(yùn)行內(nèi)部事件一級PSA、二級PSA，低功率和停堆工況內(nèi)部事件PSA，火災(zāi)、水淹、地震和其他外部事件PSA模型進(jìn)行重要度分析，將滿足以上重要度篩選準(zhǔn)則的SSC 篩選出來，以此構(gòu)成核電廠安全重要SSC 的主要組成部分。

3.2 確定論方法

確定論方法也可用于識別安全重要SSC 的補(bǔ)充，主要是在進(jìn)行嚴(yán)重事故評價時考慮幾個方面的內(nèi)容[5]：

（1）未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)（ATWS 規(guī)則）。

（2）喪失所有交流電源。

（3）72 小時后的行動。

（4）安全殼性能。

（5）對安全相關(guān)系統(tǒng)的不利作用。

（6）抗震考慮。

3.3 針對非能動核電廠的特殊要求

非能動核電廠與傳統(tǒng)壓水堆核電廠在設(shè)計(jì)理念上有所不同，全面采用非能動安全系統(tǒng)來緩解事故。 因此，以往傳統(tǒng)壓水堆核電廠中安全級的能動安全系統(tǒng)的支持性系統(tǒng)在非能動核電廠中降級為非安全級。 為進(jìn)一步提高非能動核電廠的縱深防御能力和增強(qiáng)核電廠安全水平，針對非能動核電廠非安全相關(guān)系統(tǒng)， 確定論方法可用于識別其安全重要SSC，主要考慮幾個方面的內(nèi)容[5]：

（1）多元驅(qū)動系統(tǒng)。

（2）未分級的1E 直流電和不間斷電源系統(tǒng)。

（3）場外電源、主交流電源和現(xiàn)場備用電源系統(tǒng)。

（4）正常余熱排出系統(tǒng)。

（5）設(shè)冷水系統(tǒng)。

（6）廠用水系統(tǒng)。

此外， 還可以通過行業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和專家判斷識別安全重要SSC。

4 美國核電領(lǐng)域的應(yīng)用情況

美國South Texas 核電廠是開展基于風(fēng)險指引安全重要物項(xiàng)分級研究最早和最全面的核電廠， 該電廠針對其100 個系統(tǒng)進(jìn)行了風(fēng)險指引的物項(xiàng)分級，并向NRC 提交了多個有關(guān)特殊處理要求的豁免或替代申請， 其中部分獲得了批準(zhǔn)。該核電廠安全重要物項(xiàng)分級詳見表1。 由表1 可知，75%的安全相關(guān)物項(xiàng)被劃分為RISC-3 等級，也就是低安全重要物項(xiàng)， 可以適當(dāng)?shù)販p免或放寬現(xiàn)有的特殊處理要求，以提高電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；1%的非安全相關(guān)物項(xiàng)被劃分為RISC-2 等級，也就是高安全重要物項(xiàng)，需要強(qiáng)化其處理要求，以提高核電廠運(yùn)行的安全性。截至目前， 美國已有15 家核電廠向NRC 提出了風(fēng)險指引型物項(xiàng)分級特殊處理要求的優(yōu)化申請，3 家已獲得了批準(zhǔn)。

表1 美國South Texas 核電廠安全重要物項(xiàng)分級結(jié)果

5 總結(jié)

基于風(fēng)險指引的核電廠安全重要物項(xiàng)分級， 能夠在保證核電廠安全的前提下，幫助設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維修和監(jiān)管人員把資源集中于安全重要物項(xiàng)， 通過改進(jìn)核電廠的在役試驗(yàn)、維修等活動將有限的資源得到優(yōu)化配置，大幅度降低核電廠的運(yùn)維成本。 美國NRC 發(fā)布了相關(guān)的法規(guī)導(dǎo)則，美國核能研究所編制了具體的分級方法，美國多個核電廠開展了相關(guān)物項(xiàng)分級工作， 極大地推動了該分級理念的發(fā)展。目前，該分級理念在我國核電行業(yè)內(nèi)還處于發(fā)展的初級階段，隨著我國核電PSA 應(yīng)用技術(shù)的日臻完善，國內(nèi)核電廠非常有必要開展基于風(fēng)險指引安全重要物項(xiàng)分級的試點(diǎn)工作，以便獲得國家監(jiān)管部門的認(rèn)可和支持，使得該分級理念得到推廣和應(yīng)用。