何建東，仇永萍，卓鈺鋮，胡軍濤

(上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，上海200233)

人員可靠性分析(HRA)是核電廠概率安全評(píng)價(jià)(PSA，亦稱PRA)中極其重要的一項(xiàng)工作，亦是PSA中的一個(gè)難點(diǎn)問題。

AP1000核電廠采用了數(shù)字化主控室設(shè)計(jì)，數(shù)字化的特征使得系統(tǒng)中的人機(jī)接口、系統(tǒng)中人的作業(yè)模式和行為、甚至系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制都發(fā)生了巨大的變化，因此對(duì)PSA中的HRA造成顯著影響。本文簡(jiǎn)要闡述了結(jié)合AP1000核電廠設(shè)計(jì)特點(diǎn)開展HRA的研究過程和結(jié)果。

1 內(nèi)部事件人員可靠性分析

AP1000核電廠中對(duì)電廠中的A、B、C類人員行為進(jìn)行了詳細(xì)分析。對(duì)于A類人員行為，采用基于人員失誤率預(yù)測(cè)技術(shù)(THERP)[1]的事故前HRA方法進(jìn)行分析；對(duì)于B類和C類人員行為，采用人員認(rèn)知可靠性/操縱員可靠性實(shí)驗(yàn)(HCR/ORE)方法和基于原因的決策樹模型方法(CBDTM) 以及THERP方法進(jìn)行分析。在核電廠概率安全評(píng)價(jià)(PSA)中，通常將人員行為分為以下三類：

A類：始發(fā)事件前的人員行為(也稱事故前的人員行為)，其失誤可能引起一個(gè)部件或系統(tǒng)在需求時(shí)不可用或失效。這些人員失誤可能發(fā)生在對(duì)相關(guān)的儀器、設(shè)備進(jìn)行維修、試驗(yàn)或標(biāo)定等工作過程中；

B類：引發(fā)始發(fā)事件的人員行為，一般這類失誤在分析始發(fā)事件發(fā)生頻率時(shí)考慮其對(duì)始發(fā)事件頻率的貢獻(xiàn);

C類：始發(fā)事件后、在響應(yīng)始發(fā)事件過程中進(jìn)行的人員行為(也稱事故后的人員行為)，操縱員按照規(guī)程和培訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行操作，以便將電廠帶入安全狀態(tài)。這類人員行為通常是PSA分析中考慮的最重要的人員行為。

1.1 A類人員行為可靠性分析

1.1.1 A類人員行為可靠性分析中的假設(shè)和篩選準(zhǔn)則

A類人員行為主要是指事故發(fā)生前、電廠正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)相關(guān)的儀器、設(shè)備進(jìn)行維護(hù)、試驗(yàn)、標(biāo)定等工作時(shí)的人員行為，其失誤會(huì)導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)處于潛在失效狀態(tài)。通常，這些人員失誤只影響閥門，但是也要考慮其他部件(比如開關(guān))的潛在失效。

事故前閥門錯(cuò)位的原因可能是：

維修時(shí)動(dòng)作過的閥門沒有恢復(fù)到正常位置的遺漏失誤；

監(jiān)督試驗(yàn)時(shí)動(dòng)作過的閥門沒有恢復(fù)到正常位置的遺漏失誤；

無意中導(dǎo)致的錯(cuò)位。

對(duì)于不同類型的閥門可能有不同的考慮。錯(cuò)位會(huì)影響三類閥門：

鎖開或者鎖關(guān)的手動(dòng)閥；

沒有鎖定的手動(dòng)閥；

操作閥(電動(dòng)/氣動(dòng)/電磁)。

在進(jìn)行事故前人員失誤事件分析時(shí)，作如下假設(shè)：

相同系統(tǒng)不同冗余列定期試驗(yàn)交錯(cuò)進(jìn)行，這是保證系統(tǒng)可靠性的重要措施。

對(duì)事故前人員失誤，以下情況可忽略其影響：

(1)故障樹中僅考慮會(huì)使系統(tǒng)嚴(yán)重降級(jí)或使系統(tǒng)失效的閥門錯(cuò)位。特別是，如果分支管道直徑小于主體管道直徑的1/3(面積小于10%)，則支管可以忽略；

(2)只有維修后不可能進(jìn)行監(jiān)督流量試驗(yàn)或隔離閥試驗(yàn)的閥門，才考慮維修后閥門的錯(cuò)位。通常，對(duì)于備用系統(tǒng)，會(huì)在監(jiān)督試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)其失效；

(3)控制室報(bào)警能探測(cè)到的閥門錯(cuò)位可不考慮，因?yàn)殡S后的糾正行為使該不可用度可以忽略。只有在其他不可用度數(shù)值小的情況下，才考慮這種閥門錯(cuò)位；

(4)試驗(yàn)之初啟動(dòng)并在確認(rèn)系統(tǒng)可運(yùn)行性前必須恢復(fù)到正確位置的閥門的錯(cuò)位可不考慮。實(shí)際上，試驗(yàn)識(shí)別了錯(cuò)誤的狀態(tài)。假如監(jiān)督試驗(yàn)不能確認(rèn)錯(cuò)誤的狀態(tài)，那么仍需考慮閥門的錯(cuò)位；

(5)假如在事故工況下部件在可接受的時(shí)間限定內(nèi)(滿足可接受準(zhǔn)則)收到一個(gè)自動(dòng)信號(hào)從而恢復(fù)到它的可運(yùn)行狀態(tài)，那么可不考慮事故前錯(cuò)位；

(6)控制室中有閥位指示、每24 h或操縱員每次換班時(shí)確認(rèn)其指示、并且可以在控制室中恢復(fù)其狀態(tài)的閥門的錯(cuò)位可不考慮。因?yàn)橄鄬?duì)于其他隨機(jī)失效概率而言，它們的不可用度可以忽略。假如閥門的錯(cuò)位會(huì)影響其他系統(tǒng)的可用度，那么仍需考慮；

(7)若相同系統(tǒng)中的冗余列采用交錯(cuò)試驗(yàn)，其事故前人員失誤的共因失誤可不考慮。根據(jù)本節(jié)的假設(shè)，本次事故前人員失誤事件分析中假設(shè)相同系統(tǒng)不同冗余列的定期試驗(yàn)是交錯(cuò)進(jìn)行的，故事故前人員失誤的共因失誤可不考慮。

對(duì)于篩選后需考慮的事故前人員失誤事件開展詳細(xì)分析。

1.1.2 A類人員行為可靠性分析示例

對(duì)三代非能動(dòng)核電廠PSA中所考慮的系統(tǒng)進(jìn)行了全面篩選，得到認(rèn)為可能需要考慮的部件清單。

以“設(shè)備冷卻水系統(tǒng)中的手動(dòng)閥V105在試驗(yàn)維修后由于人員失誤而未恢復(fù)狀態(tài)”(CCNXV105HE)為例。

根據(jù)設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的試驗(yàn)維修規(guī)程，對(duì)規(guī)程長短、閥門標(biāo)記、檢查者校核等做了考慮用于CCNXV105HE的定量化輸入：

CCNXV105HE的定量化如下：

(1)遺漏此操作的概率：3.75×10-3。

(2)選錯(cuò)就地操作閥的失誤概率：1.25×10-3。

(3)檢查者未查出其他人操作錯(cuò)誤的概率：1.61×10-1。

P=(第1項(xiàng)+第2項(xiàng))×第3項(xiàng)=8.05×10-4。

1.2 B、C類人員行為可靠性分析的總體考慮

三代非能動(dòng)核電廠PSA中考慮的人員操作事件包含功率運(yùn)行、低功率和停堆PSA模型中的相關(guān)人員失誤事件。

結(jié)合已有的一些信息和現(xiàn)有電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了一些必要的假設(shè)。B、C類人員行為可靠性分析采用HCR/ORE和CBDTM方法與THERP相結(jié)合的方法，總體考慮如下：

(1)診斷模型采用HCR/ORE和CBDTM，取二者計(jì)算結(jié)果之和；執(zhí)行模型采用THERP方法進(jìn)行?；?/p>

(2)人員操作事件的時(shí)間窗口的選取基于成功準(zhǔn)則分析。結(jié)合規(guī)程，根據(jù)操縱員訪談、參考的模擬機(jī)試驗(yàn)信息以及與設(shè)計(jì)人員溝通交流來估計(jì)實(shí)際的操作時(shí)間，認(rèn)為診斷部分的認(rèn)知響應(yīng)中值時(shí)間已經(jīng)反映了操縱員經(jīng)驗(yàn)水平、事故情景的壓力水平和人機(jī)接口的設(shè)計(jì)情況。

(3)假設(shè)操縱員為執(zhí)行必要的任務(wù)已經(jīng)歷過充分的培訓(xùn)。在事件開始階段，假設(shè)低的心理壓力等級(jí)(特別是操縱員響應(yīng)一個(gè)報(bào)警的時(shí)候)。在大多數(shù)情況下，因?yàn)槭录奶匦砸约霸趫?zhí)行程序型任務(wù)時(shí)不會(huì)有過度挑戰(zhàn)，假設(shè)操縱員承受中等心理壓力等級(jí)。在伴隨有S信號(hào)的事件中，認(rèn)為操縱員在操作中將承受高的心理壓力。在定量化執(zhí)行失誤時(shí)，對(duì)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)，用這三個(gè)不同的心理壓力等級(jí)作為績效形成因子乘以子任務(wù)的名義人員失誤概率。

(4)時(shí)間裕量定義為“時(shí)間窗口(Tsw)”減去“估計(jì)的實(shí)際時(shí)間(Ta)”。“時(shí)間窗口”的定義與成功準(zhǔn)則中定義的一樣，是系統(tǒng)失效前，執(zhí)行要求的任務(wù)的可用時(shí)間。除非另有說明，時(shí)間窗口均表示從給出特定指示到假如不采取措施則發(fā)生預(yù)期的系統(tǒng)失效的時(shí)間。

(5)控制室的人員配置為：1個(gè)當(dāng)班技術(shù)顧問(STA)、1個(gè)值長(SRO)、一個(gè)副值長(SRO)、1個(gè)核島操縱員(RO)、1個(gè)常規(guī)島操縱員(RO)、一個(gè)備用操縱員(RO)，認(rèn)為在執(zhí)行規(guī)程中沒有先后順序的步驟時(shí)，核島和常規(guī)島操縱員會(huì)根據(jù)規(guī)程同時(shí)開展相關(guān)操作。對(duì)于校核人員對(duì)執(zhí)行人員操作錯(cuò)誤的恢復(fù)，診斷部分已經(jīng)在采用HCR/ORE和CBDTM分析中綜合考慮，執(zhí)行部分的恢復(fù)采用相關(guān)性來考慮。認(rèn)為SRO與RO之間存在中等相關(guān)性，在執(zhí)行操作時(shí)STA與RO之間認(rèn)為存在高相關(guān)性。對(duì)于正常運(yùn)行期間的操作，只考慮SRO的恢復(fù)。

(6)對(duì)于就地動(dòng)作，事故情況下保守地不考慮恢復(fù)因子。

(7)分析中對(duì)于一個(gè)給定的事故序列中不同操縱員動(dòng)作之間的相關(guān)性等級(jí)采用決策樹方法進(jìn)行確定。

(8)如果計(jì)算得到一個(gè)人員操作事件的人員失誤概率(HEP)小于1.00×10-5，則保守地取1.00×10-5。

1.3 C類人員操作事件定量化示例

下面給出?；疌類人員操作事件的定量化過程示例。

PRN-MAN02用于評(píng)估LOCA或LOSP期間喪失主給水的情況下，操縱員未能投入非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)的概率。

對(duì)規(guī)程的長短、時(shí)間窗口、實(shí)際時(shí)間、信號(hào)、壓力等級(jí)、恢復(fù)等進(jìn)行了假設(shè)，用于PRN-MAN02的定量化輸入。

PRN-MAN02執(zhí)行過程的THERP模型定量化如下：

(1)遺漏投入PRHR的步驟HEP：1.25×10-3，壓力等級(jí)：5，恢復(fù)因子：7.50×10-2，修正的HEP：4.69×10-4。

(2)投入PRHR系統(tǒng)時(shí)選錯(cuò)控制器HEP：1.33×10-3，壓力等級(jí)：5，恢復(fù)因子：7.50×10-2，修正的HEP：4.99×10-4。

PE=第1項(xiàng)+第2項(xiàng)=9.68×10-4。

由于PRN-MAN02不含有人員動(dòng)作的診斷過程，因此無需用HCR/ORE和CBDTM方法?；藛T動(dòng)作的診斷失誤。PRN-MAN02的HEP最終結(jié)果為9.68×10-4。

2 火災(zāi)情景下人員可靠性分析

在國外相關(guān)技術(shù)資料調(diào)研的基礎(chǔ)上，形成了完整的火災(zāi)情景下的HRA方法，包括完整的篩選分析和詳細(xì)定量化分析方法體系。對(duì)于詳細(xì)定量化分析，與內(nèi)部事件HRA相同，采用HCR/ORE、CBDTM和THERP相結(jié)合的方法，但火災(zāi)情景下和內(nèi)部事件情景下的HRA有所不同，還考慮了火災(zāi)對(duì)以下因素的影響：信號(hào)與指示、時(shí)間參數(shù)、規(guī)程和培訓(xùn)、復(fù)雜度、工作負(fù)荷和壓力、人機(jī)接口、環(huán)境、特殊的設(shè)備、特殊的適應(yīng)性要求、班組交流、人員動(dòng)作的恢復(fù)等，對(duì)相關(guān)績效形成因子進(jìn)行了修正。最后，在工程上開展了應(yīng)用。

下面以火災(zāi)情景下未能診斷出需要并未能啟動(dòng)非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)氣動(dòng)閥(PCN-MAN01-FIRE)為例。

對(duì)情景、時(shí)間窗口、信號(hào)、壓力等級(jí)、恢復(fù)等進(jìn)行了假設(shè)和確定，用于PCN-MAN01-FIRE的定量化輸入。

(1)用HCR/ORE方法計(jì)算PCN-MAN01-FIRE的HEP如下：

時(shí)間窗口2 h包含了診斷和執(zhí)行兩部分，在計(jì)算本事件的診斷失誤概率時(shí)，需除去執(zhí)行操作，并考慮火災(zāi)情景下的延遲時(shí)間。根據(jù)規(guī)程，操縱員的響應(yīng)時(shí)間取T1/2為10 min。又由于操縱員在信號(hào)之后必須立即做出響應(yīng)，所以此人員操作事件歸為CP1，σ取0.57。得到PC1為6.80×10-5。

(2)用CBDTM方法計(jì)算PCN-MAN01-FIRE的HEP如下：

PC2=(2.0×10-3)×0.5=1.00×10-3

(3)采用THERP方法計(jì)算PCN-MAN01-FIRE的執(zhí)行HEP=遺漏開啟PCS閥門的步驟HEP+開啟PCS閥門時(shí)選錯(cuò)控制器HEP=4.88×10-4+4.88×10-4=9.76×10-4。

最后將三部分的結(jié)果相加，得到2.04×10-3即為PCN-MAN01-FIRE失誤概率的最終結(jié)果。

3 相關(guān)性分析

當(dāng)一個(gè)事件的一個(gè)給定事故序列中包含多個(gè)操縱員動(dòng)作時(shí)，應(yīng)該考慮每個(gè)操縱員動(dòng)作與先前操縱員動(dòng)作之間的相關(guān)性。

由于同一班組的操縱員很可能響應(yīng)一個(gè)序列中發(fā)生的所有事件，所以將整個(gè)班組人員作為共因失效的一個(gè)可能來源是合理的。在先前的操縱員動(dòng)作失誤的情況下，可能需要確定那些有較大可能引起操縱員動(dòng)作失誤的耦合機(jī)制?？梢杂脕砜紤]耦合或分離操縱員動(dòng)作的一些因素包括：(1)適用于操縱員動(dòng)作的心理壓力等級(jí)；(2)操縱員動(dòng)作的計(jì)時(shí)機(jī)制；(3)操縱員動(dòng)作的復(fù)雜度；(4)操縱員可用的規(guī)程型導(dǎo)則的質(zhì)量。

采用圖1給出的決策樹(以第一個(gè)任務(wù)為低壓力等級(jí)為例)為給定的操縱員動(dòng)作確定合適的相關(guān)性等級(jí)，決策樹中根據(jù)時(shí)間窗口、時(shí)間裕量、復(fù)雜度、規(guī)程導(dǎo)則類型來確定操縱員動(dòng)作之間的相關(guān)性等級(jí)。

3.1 用于確定相關(guān)性的過程

審查PSA報(bào)告中的每棵事件樹，確定操縱員動(dòng)作之間可能的相關(guān)性。只要給出一個(gè)操縱員動(dòng)作，該序列中之前的所有節(jié)點(diǎn)都要審查。如果序列中先前任何的操縱員動(dòng)作失效，則要把隨后的操縱員動(dòng)作作為相關(guān)性分析需考慮的對(duì)象。

圖1中的完整決策樹根據(jù)不同的心理壓力等級(jí)分為三張圖。HRA人員在系統(tǒng)分析人員和事件樹分析人員的協(xié)助下一起確定這張表中問題的答案。

圖1的起始點(diǎn)確定了第一項(xiàng)(或先前)任務(wù)的心理壓力等級(jí)。實(shí)際分析過程中根據(jù)第一項(xiàng)任務(wù)的心理壓力等級(jí)，選取合適的決策樹圖。

確定第二項(xiàng)任務(wù)的特定因子如時(shí)間窗口、時(shí)間裕量、任務(wù)的復(fù)雜度和規(guī)程型導(dǎo)則的類型等之后，繼續(xù)進(jìn)行分析。最終結(jié)果是判斷出第二項(xiàng)任務(wù)的相關(guān)性等級(jí)。

3.2 有相關(guān)性的人員失誤概率的計(jì)算

一旦確定了每種情況的相關(guān)性等級(jí)，就要考慮對(duì)無相關(guān)性的基本人員失誤概率進(jìn)行相關(guān)性修正。采用5個(gè)相關(guān)性等級(jí)：完全相關(guān)、高相關(guān)、中等相關(guān)、低相關(guān)和零相關(guān)。存在零相關(guān)的地方，使用人員失誤絕對(duì)概率。對(duì)于完全相關(guān)的事件，合并這些事件并將其作為一個(gè)事件處理。因此相關(guān)性分析集中在三個(gè)等級(jí)上：高相關(guān)、中等相關(guān)和低相關(guān)。

假如事件的人員失誤絕對(duì)概率小于等于1.0×10-2，則使用以下人員失誤條件概率：

低相關(guān)性用0.05；

中等相關(guān)性用0.15；

高相關(guān)性用0.5。

假如事件的人員失誤絕對(duì)概率大于1.0×10-2，則使用以下公式計(jì)算人員失誤條件概率：

低相關(guān)性用(1+19N)/20；

中等相關(guān)性用(1+6N)/7；

高相關(guān)性用(1+N)/2。

其中N是操縱員動(dòng)作的人員失誤絕對(duì)概率。

假如操縱員動(dòng)作是個(gè)條件事件，則在PSA最終定量化時(shí)使用這些人員失誤條件概率。

圖1 相關(guān)性等級(jí)決策樹(示例)Fig.1 Dependencydecision tree(for example)

4 不確定性分析

分析得到的所有人員操作事件的HEP值的誤差因子(EF)考慮原則為：HEP值小于1×10-3，EF取10；HEP值大于1×10-3，EF取5。所有HEP值均遵循對(duì)數(shù)正態(tài)分布。

5 結(jié)論

基于對(duì)國際上HRA方法和AP1000核電廠設(shè)計(jì)的深入研究，完成了內(nèi)部事件HRA和火災(zāi)情景下的HRA，較好支撐了AP1000核電廠工程設(shè)計(jì)，并使得HRA要素順利通過安全審評(píng)。通過上述工作，形成了較為全面的HRA體系，為后續(xù)開展類似核電廠的HRA奠定基礎(chǔ)。