王 盟，楊 銘，王江國，王 靜，高 巍，趙 玲

(1.核電運(yùn)行研究(上海)有限公司，上海 200120；2.海南核電有限公司，海南 昌江 572733)

隨著我國“雙碳”戰(zhàn)略的不斷深化，能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的變化，可再生能源裝機(jī)比例隨年不斷增加。大量新能源基地相繼投產(chǎn)給未來核電參與能源競爭帶來了新的研究課題，面對未來能源結(jié)構(gòu)和電力供應(yīng)的新局面，須進(jìn)一步提高發(fā)展的全局意識、增強(qiáng)對發(fā)展問題的系統(tǒng)思考，深刻認(rèn)識和理解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系發(fā)展新格局，給出核電廠安全、經(jīng)濟(jì)、高效發(fā)展的新舉措，以進(jìn)一步鞏固和提升核電在未來能源競爭中的優(yōu)勢地位。

安全性和經(jīng)濟(jì)性是核電發(fā)展的重要課題，為了統(tǒng)籌核電安全性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)發(fā)展，近年來，國家核安全局(NNSA)積極探索從以確定論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)監(jiān)管模式向風(fēng)險(xiǎn)指引的先進(jìn)監(jiān)管模式的轉(zhuǎn)變。NNSA通過發(fā)布技術(shù)政策、編譯相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)、開展風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)試點(diǎn)項(xiàng)目、建立核電廠可靠性數(shù)據(jù)庫平臺、開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)PSA監(jiān)管模型以及建立核電廠配置風(fēng)險(xiǎn)管理體系和維修有效性評價(jià)和管理體系等，逐步建立健全風(fēng)險(xiǎn)指引型的核安全監(jiān)管體系。

作為核電廠風(fēng)險(xiǎn)指引型應(yīng)用的一塊基石，NNSA于2017年8月發(fā)布了《改進(jìn)核電廠維修有效性的技術(shù)政策(試行)》，即維修規(guī)則(MR)，鼓勵(lì)核電廠逐步開展相關(guān)維修活動(dòng)的優(yōu)化研究，建立維修有效性和風(fēng)險(xiǎn)管理體系[1～4]，發(fā)布了核電廠維修規(guī)則實(shí)施大綱編制指南[5]、核電廠維修大綱的格式和內(nèi)容[6]等文件來指導(dǎo)MR的開發(fā)和落實(shí)。2022年6月，NNSA新版HAF103已經(jīng)正式發(fā)布，在新版HAF103中增加了配置風(fēng)險(xiǎn)管理、風(fēng)險(xiǎn)指引型綜合決策技術(shù)、維修有效性、經(jīng)驗(yàn)反饋體系有效性評價(jià)等內(nèi)容[7]。

1 技術(shù)理念實(shí)踐與發(fā)展

1.1 核電安全性與經(jīng)濟(jì)性的平衡

放射性是核電廠相比其他能源動(dòng)力系統(tǒng)最突出的一個(gè)特征，無論其處于相對靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)行狀態(tài)，都存在該狀態(tài)所對應(yīng)的狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，因此狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是伴隨核電廠全生命周期的永恒課題，識別狀態(tài)、識別狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、管控狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是確保核電廠持久安全的核心支撐理念。就核電廠運(yùn)行狀態(tài)而言，按照其執(zhí)行設(shè)計(jì)功能和內(nèi)外部潛在變化，按照層級和要素可細(xì)分為：機(jī)組狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、人員狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等。

維修活動(dòng)是維持設(shè)備健康狀態(tài)、確保核電廠機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性的具體措施，然而核電廠所采取的維修活動(dòng)可能存在維修不足、過度維修以及維修不當(dāng)?shù)葷撛趩栴}，會對設(shè)備產(chǎn)生不利的影響，從而降低核電廠的實(shí)際運(yùn)行安全水平。將風(fēng)險(xiǎn)指引技術(shù)引入維修活動(dòng)，所提出的MR體系可以促使核電廠將資源更有效地投入到對安全運(yùn)行有重要貢獻(xiàn)的設(shè)備，同時(shí)更加強(qiáng)了對維修活動(dòng)所引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注，強(qiáng)化了核電廠對維修活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的整體性和系統(tǒng)性管控，實(shí)現(xiàn)設(shè)備可靠性與可用性的平衡如圖1所示，科學(xué)解決核電發(fā)展中安全性與經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾問題。

圖1 MR的作用Fig.1 The role of MR

1988年美國NRC發(fā)布“核電維修政策聲明”，宣布打算修改其法規(guī)，要求許可證持有者監(jiān)督核電廠安全重要設(shè)備維修活動(dòng)的有效性，從而使因缺乏有效維修而導(dǎo)致故障和事件發(fā)生的可能性降到最低。1991年7月，NRC發(fā)布了一份基于性能的維修規(guī)則-10 CFR 50.65《核電廠維修有效性監(jiān)測要求》，并于1993年通過RG 1.160《監(jiān)測核電廠維修的有效性》對NUMARC 93-01《核電廠維修有效性監(jiān)測行業(yè)指導(dǎo)》進(jìn)行認(rèn)可。1994—1995年，美國9個(gè)核電廠進(jìn)行了MR的行業(yè)試應(yīng)用。1999年，NRC基于MR試應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)反饋進(jìn)行了修訂，增加了對維修活動(dòng)引起的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)和管理的條款，NUMARC 93-01也同步進(jìn)行了修訂，以滿足NRC相關(guān)法規(guī)的要求。

圖2給出了美國核電廠1992年至2017年平均堆芯損傷頻率(CDF)的變化趨勢，通過IPE、MR以及AP-913等體系的逐步實(shí)施，在20年左右的時(shí)間內(nèi)美國核電廠的平均CDF降低了90%，近10多年來則CDF一直保持在平穩(wěn)且較低的水平。

圖2 美國核電廠平均CDF變化趨勢Fig.2 The average CDF trend of US nuclear power plants

圖3給出了美國核電廠運(yùn)行績效發(fā)展趨勢[16]。數(shù)據(jù)表明，MR對美國核電廠安全性和運(yùn)行績效提升起到了非常顯著的支撐作用，其與風(fēng)險(xiǎn)指引型相關(guān)應(yīng)用共同形成了可持續(xù)優(yōu)化的核電廠先進(jìn)運(yùn)維體系。

圖3 美國核電廠平均運(yùn)行績效趨勢Fig.3 The trend of the average operational performance of US nuclear power plants

1.2 MR的發(fā)展

EPRI在20世紀(jì)90年代中期和后期分別成立了配置風(fēng)險(xiǎn)管理論壇和維修規(guī)則用戶組。配置風(fēng)險(xiǎn)管理論壇將業(yè)界的配置風(fēng)險(xiǎn)專家聚集在一起，以改進(jìn)流程，并將風(fēng)險(xiǎn)信息應(yīng)用程序的使用擴(kuò)展到停堆和在線風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)之外(例如，擴(kuò)展到靈活的技術(shù)規(guī)格書等領(lǐng)域)。MR用戶組在關(guān)鍵技術(shù)問題上與美國NRC和其他行業(yè)組織進(jìn)行溝通，該小組還制定了指導(dǎo)方針、評價(jià)和白皮書，以幫助成員處理在應(yīng)用維修規(guī)則和在線維修中可能出現(xiàn)的細(xì)節(jié)問題，并發(fā)布了一系列支撐MR的技術(shù)文件[8～10]。

作為一項(xiàng)成功的行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，日本、韓國等國家[11，12]相繼引進(jìn)了美國的MR技術(shù)理念，在本國核電廠推廣應(yīng)用。在國內(nèi)，NNSA通過試點(diǎn)項(xiàng)目，積極推進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)指引技術(shù)在核安全審評監(jiān)管中的應(yīng)用。中國核電積極響應(yīng)NNSA的監(jiān)管要求，秦山核電30萬千瓦機(jī)組[13]、田灣核電1～4號機(jī)組[14]和三門核電1/2號機(jī)組[15]的MR體系已經(jīng)建立并投入運(yùn)行。目前核電運(yùn)行研究(上海)有限公司正在集中開展方家山核電1、2號機(jī)組、海南核電1、2機(jī)組、福清核電1～4號機(jī)組、田灣核電5、6號機(jī)組、秦山二期1～4號機(jī)組的MR開發(fā)工作。

2 MR與現(xiàn)有體系之間的關(guān)系

2.1 MR與運(yùn)維策略優(yōu)化

圖4給出了MR與核電廠運(yùn)維策略之間的關(guān)系，基于技術(shù)規(guī)格書和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，運(yùn)行階段PSA模型、配置風(fēng)險(xiǎn)管理、維修規(guī)則和在線維修共同支撐了核電廠運(yùn)維策略的持續(xù)優(yōu)化?；诩夹g(shù)規(guī)格書和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，運(yùn)行階段PSA模型、配置風(fēng)險(xiǎn)管理、MR和在線維修共同支撐了核電廠運(yùn)維策略的持續(xù)優(yōu)化內(nèi)循環(huán)。通過實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)指引型定期試驗(yàn)周期優(yōu)化和后撤時(shí)間延長等，從而形成風(fēng)險(xiǎn)管理型技術(shù)規(guī)格書，可在確保安全的前提下，進(jìn)一步提升核電廠的運(yùn)維靈活性，推動(dòng)運(yùn)維策略更深層次的優(yōu)化；通過降低維修頻率分析和消除不必要項(xiàng)目論證，進(jìn)行預(yù)防性維修(PM)優(yōu)化，并在MR的支撐下開展更大范圍在線維修工作。運(yùn)維策略的持續(xù)優(yōu)化可有效降低換料大修期間的工作復(fù)雜度和工作負(fù)荷，為大修排程和工期縮短爭取更多空間，以進(jìn)一步提升核電廠的能力因子。同時(shí)，伴隨大修工期的縮短和大修項(xiàng)目的減少，將有助于減少大修期間的人員劑量水平，實(shí)現(xiàn)更卓越的大修績效。

圖4 MR與運(yùn)維策略之間的關(guān)系Fig.4 The relationship between MR andthe operation and maintenance strategy

2.2 MR與核電廠全面運(yùn)維優(yōu)化

直到20世紀(jì)90年代初，特別少的維護(hù)是在功率運(yùn)行模式下實(shí)施，技術(shù)規(guī)范行動(dòng)聲明通常僅在發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)輸入。MR對于在線維修的推行具有非常重要的意義，在MR發(fā)布之前，雖然，不禁止主動(dòng)進(jìn)入運(yùn)行限制條件聲明，但由于在線維修缺乏正確使用的指導(dǎo)原則，其判斷依據(jù)引起了諸多質(zhì)疑。MR奠定了風(fēng)險(xiǎn)指引型技術(shù)在核電廠推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)，美國核電廠通過MR向行業(yè)引入風(fēng)險(xiǎn)指引型方法后，在線維修開始規(guī)?；茝V應(yīng)用，圖5和圖6分別給出了美國核電廠在線維修的演進(jìn)和在線維修活動(dòng)的情況匯總。

圖5 美國核電廠在線維修的演進(jìn)Fig.5 The evolution of online maintenance of US nuclear power plants

圖6 美國核電廠在線維修情況Fig.6 The situation of online maintenance of US nuclear power plants

通過將選擇性維護(hù)從停堆期間轉(zhuǎn)移到功率運(yùn)行狀態(tài)，這樣可以減少停堆維修的范圍和復(fù)雜性，從而縮短停堆時(shí)間。其挑戰(zhàn)在于證明在線維護(hù)是可行的，由此所引入的風(fēng)險(xiǎn)是可控的，早期的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)視器促進(jìn)了這一轉(zhuǎn)變。美國核電廠通過降低頻率和消除不必要的項(xiàng)目進(jìn)行了PM優(yōu)化，同時(shí)在MR的支撐下開展了更大范圍在線維修工作。這種運(yùn)維策略的改變大大降低了停堆大修期間的復(fù)雜度和工作負(fù)荷，為大修時(shí)間的縮短爭取更多空間。

在線維修為美國核電帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益引起了國際同行的高度關(guān)注，并在比利時(shí)、法國、西班牙、巴西、加拿大、瑞士等國家成功應(yīng)用，其他一些國家的核電業(yè)主和電力行業(yè)的其他部門也對在線維修表示了極大的興趣。國內(nèi)核電廠運(yùn)行階段PSA模型開發(fā)日臻完善，為在線維修等風(fēng)險(xiǎn)指引型應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)核電廠也陸續(xù)開展了在線維修的研究，比如田灣核電廠早在2015年就開始了在線維修的試點(diǎn)應(yīng)用，大亞灣核電廠也在2018年向NNSA提交了在線維修的試點(diǎn)應(yīng)用申請。

全面運(yùn)維優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)核電廠能力因子卓越發(fā)展目標(biāo)的一個(gè)重要支撐，通過優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)規(guī)格書，減少不必要的約束，提高運(yùn)行靈活性，可進(jìn)一步減少非停和非計(jì)劃降功率事件的發(fā)生；通過定期試驗(yàn)周期延長和有針對性的技術(shù)改造，可進(jìn)一步優(yōu)化在線維修項(xiàng)目的計(jì)劃安排；更現(xiàn)代化的大修指揮中心、更先進(jìn)的運(yùn)維裝備、更高素質(zhì)的維修人員可在更多層面支撐大修工期的縮短。全局視角、系統(tǒng)思維，圖7給出了核電廠全面運(yùn)維優(yōu)化的技術(shù)路線圖。

圖7 核電廠全面運(yùn)維優(yōu)化技術(shù)路線圖Fig.7 The technical roadmap for comprehensive operation and maintenance optimization of nuclear power plant

3 總結(jié)

國內(nèi)的MR開發(fā)和風(fēng)險(xiǎn)指引型應(yīng)用尚處于起步階段，因此不能孤立看待當(dāng)前MR的開發(fā)工作，需要放置在核電廠整個(gè)運(yùn)維體系中來評估MR的支撐性，在體系中發(fā)揮MR的作用。針對運(yùn)維策略全面優(yōu)化，應(yīng)進(jìn)一步提高全局觀和系統(tǒng)觀，在MR體系建設(shè)的同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)如下工作：

1)為更好地支撐MR開發(fā)和長期維護(hù)，應(yīng)考慮按照機(jī)型積極推動(dòng)PSA模型的標(biāo)準(zhǔn)化工作，確保MR的開發(fā)質(zhì)量和維護(hù)效率。

2)在確保安全的前提下，MR體系釋放了核電廠的運(yùn)維靈活性，為更好地發(fā)揮MR的實(shí)際效用，國內(nèi)以法系技術(shù)規(guī)格書為主的M310機(jī)組應(yīng)盡快啟動(dòng)技術(shù)規(guī)格書的轉(zhuǎn)換工作，實(shí)現(xiàn)對MR體系的承接性和適應(yīng)性。

3)為更好地支撐定期試驗(yàn)周期優(yōu)化等相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)指引型應(yīng)用項(xiàng)目的落地，以進(jìn)一步靈活安排預(yù)防性維修活動(dòng)，國內(nèi)行業(yè)界應(yīng)考慮預(yù)防性維修數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和建設(shè)工作，給出以實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋為基礎(chǔ)的確定論風(fēng)險(xiǎn)見解。

本文初步分析了MR與核電廠運(yùn)維策略以及MR與核電廠設(shè)備可靠性管理之間的關(guān)系，討論了MR與在線維修和大修優(yōu)化之間的關(guān)聯(lián)，相關(guān)內(nèi)容可為MR的開發(fā)以及MR與現(xiàn)有體系的融合提供參考。