实物保护综合入侵探测系统探测概率测试分析

程 汉

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

0 引言

为了确保核电站实物保护综合入侵探测系统功能正常，运行始终有效，应持续对实物保护综合入侵探测系统进行测试，以确保系统的探测概率和误报率均满足核安全法规《核设施周界入侵报警系统》（HAD 501/03—2005）第3.1.2 节所规定的在95%的置信水平及一定条件下，每个防区的入侵探测概率不低于90%，并且每个探测防区的误报警每天不超过1 次的要求。测试活动针对整个周界的全部防区，不仅仅只在实物保护综合入侵探测系统投运前进行，还应贯穿系统运行的全过程。

某核电站实物保护入侵探测系统主要依据《核设施实物保护（试行）》（HAD 501/02—1998）设计，所有防区只设计了一种探测手段，在探测感知入侵的可靠性上存在不同的薄弱环节且大部分都属于固有缺陷，无法解决误报警多的问题。连续3 年国家核材料管理检查和核材料换证检查均指出单探测手段的实物保护入侵探测系统已不适应新版法规要求需进行整改，某核电站组织进行了实物保护入侵探测系统改造，在每个防区都增加了一种探测手段与原探测手段组合使用形成了一种综合入侵探测系统，本研究所论述的探测概率测试相关工作即在此基础上展开。

1 探测概率测试方法

测试目的：确保探测器成功探测到进入它所覆盖的区域内的入侵者的可能性，满足在95%的置信水平及一定条件下探测概率不低于90%的要求。

测试要求：

（1）根据所采用的探测器的类型特点，结合现场实际的地形环境条件，确定每一个防区的最薄弱的部位和入侵者最可能采用的突破防区的方式。

（2）用所有可能的穿越防区的方式对每个防区的最薄弱部位进行30 次测试

（3）应尽量采用各种不同的入侵方式进行测试，不同方式对应的测试次数大体相同，但为保障针对性，其中最不容易被探测的入侵方式进行次数应比其他各种入侵方式稍多。

（4）为了排除现场测试环境或其他可能影响测试效果的未知因素对探测结果的干扰，每次测试各防区的先后次序需随机安排。

当总测试次数为30 次时，必须全部次数都能顺利探测到入侵才能满足要求。如能达到，则该防区测试结束，否则必须对系统进行检查，检查完成确认未发现系统问题后再追加10 次测试。如果在这40 次测试中失败次数≤1 次且成功探测次数≥39 次则该防区试结束。如果追加10N 次后成功探测次数仍达不到法规导则要求且检查也未发现问题，则必须对综合入侵探测系统施以改进使其达到法规导则要求的探测水平。如果检查确认系统有问题，则需将其彻底解决后再进行30 次测试，如果这30 次没有一次失败，全部都能顺利探测到入侵，则该防区探测概率水平满足要求。

理论上，要想严格准确地估算综合入侵探测系统的探测概率，每次测试时都需对每个防区执行大次数的测试，测试次数越多，误差越小。但现场实际往往不具备实行条件，操作上耗费大量人力物力去执行测试也不现实。考虑到测试工作的实际情况，对于系统投运前的探测概率测试，可将单个防区总测试次数为100 次以内的（含100 次）对应探测概率需控制在不小于88%的水平，单个防区总次数超过100 的对应探测概率仍按不小于90%执行。而对于运行中的系统，实际测试时可在历史测试结果的基础上结合当前测试结果进行累计估算，但累计计算后总的测试结果必须满足法规导则所要求的最少成功次数。

对于本研究所讨论的最小探测概率Pmin是低于探测概率特征值（X/N）—边的95%置信界限所对应的探测概率，可等效认为其分布形式为二项式分布。根据失效与测试比法，Pmin=。其中，F0.05（a，b）表征自由度分别为a 和b 的一种F 分布值（显著水平为0.05），其具体数值可从统计学中的F 分布值表中直接查得，也可利用Excel 软件中FINV 公式计算得出。

2 核电站实物保护综合入侵探测系统探测概率测试分析

某核电站实物保护入侵探测系统改造前，针对整个保护区周界所有的防区，采用各种走、跑、跳、穿越和攀爬等不同的入侵方式进行了探测概率测试，各防区测试随机安排，无特定先后次序。考虑到防区众多、现场测试工作条件恶劣等实际情况，为减少大量重复性工作，本次测试规定总测试次数不超过50 次。而按照法规导则的要求，总测试次数为100 次以内的（含100 次）对应探测概率需不小于88%，即本次测试在95%置信水平下要求最小的探测概率为88%，探测概率低于88%的防区视为不合格。测试结果见表1。

表1 改造前系统探测概率的测试结果

从表1 可以看出，除ZP01、ZP07、ZP10、ZP17、ZP18、ZP20、ZP21、ZP55、ZP58、ZP59、ZP63 等11 个防区在95%置信水平下最低探测概率低于88%外，其余53 个防区均符合要求。其中，ZP07、ZP10、ZP17、ZP18、ZP21、ZP55、ZP58、ZP59、ZP63 等9 个防区的在95%置信水平下最低探测概率采用Excel 软件中FINV公式计算F 值后代入公式计算所得。即F0.05（a，b）=FINV（0.05，a，b），以ZP07 和ZP58 防区为例，即将N=50，X=47 代入公式则有

由于上述11 个防区的探测概率均不符合法规导则要求，保护区周界拐角处的8 个防区均存在不同程度的探测溢出超防区导致误报警增多的问题，且该问题属于探测器的固有缺陷，无法通过维修的方式进行根治，再加上连续3 年国家核材料管理检查和核材料换证检查均指出单探测手段的实物保护入侵探测系统已不适应新版法规要求需进行整改，某核电站进行了入侵探测系统改造，改造完成后在系统投用前对整个保护区周界所有防区采用各种不同的入侵方式进行了探测概率测试，各防区测试顺序随机。总测试次数与前述测试一样，不超过50 次（表2）。

从改造前和改造完成后系统投运前的2 次探测概率测试记录对比来看，改造前64 个防区中有ZP01、ZP07、ZP10、ZP17、ZP18、ZP20、ZP21、ZP55、ZP58、ZP59、ZP63 等11 个防区的最小探测概率均小于88%，都不满足法规导则要求。使用基于振动电缆的综合入侵探测系统进行技术改造之后，投运前的探测概率测试表明，全部64 个防区基于95%置信区间的最小探测概率都超过了88%。且各个防区对于典型入侵方式的探测概率特征值均高于改造前的对应单探测手段防区。为了确保实物保护综合入侵探测系统功能正常，运行始终有效，应持续地对实物保护综合入侵探测系统进行针对整个周界的全部防区测试。除了在实物保护综合入侵探测系统投运前需进行探测概率测试外，在系统运行过程中也应该持续地进行探测概率测试。在实物保护综合入侵探测系统投用后，也进行了数次探测概率测试，实际测试时采用在历史测试结果的基础上结合当前测试结果进行累计估算的办法来计算探测概率。下面以某实物保护综合入侵探测系统ZP59 防区为例进行说明。从改造完成系统开始投运后，进行了4 次探测概率测试（表3）。

表2 改造完成后系统探测概率的测试结果

表3 改造完成后系统运行的测试结果

从表3 不难看出，连续4 次ZP59 防区的累计探测概率测试结果均高于90%，满足在95%的置信水平下探测概率不低于90%的要求。从探测概率特征值的角度来考量，对贴着围栏走这种入侵手段的成功探测次数与该入侵手段的测试总次数之比也不低于90%，即贴着围栏走这种入侵方式的探测成功率也是符合要求的。但需要注意，该防区的探测概率特征值同时也在逐渐下降，这说明虽然每次的累计测试的总探测概率都满足法规导则的要求，但贴着围栏走这种入侵方式的探测成功率有逐年下降的趋势，第四处测试中贴着围栏走这种入侵方式的探测概率特征值已经低于90%了。ZP59 防区对于贴着围栏走这种入侵方式而言存在薄弱环节，需要有针对性地加以改进。因此在执行探测概率测试时，首先要确保每个防区对各种入侵手段的总探测概率满足法规导则要求外，还应重点关注综合入侵探测系统对每种入侵手段的探测概率特征值并根据这些特征值发现各探测防区的薄弱环节。

3 总结

某实物保护综合入侵探测系统调试完成投用后，一系列的探测概率测试证明，该系统设计符合《核设施周杰界入侵报警系统》的要求，2 种探测手段组合使用使得实物保护综合入侵探测系统在确保探测概率满足法规要求的同时，有效降低了误报率。另外，通过探测概率测试发现，仅仅保证每个探测防区对各种入侵方式的总探测概率满足规定的下限是不够的，某些防区总的探测概率虽满足规定要求，但对某种入侵方式的探测成功率偏低或逐步下降，那么对于该防区而言，探测概率特征值偏低或逐步下降的入侵方式明显成为该防区的薄弱环节。对此我们应该给予充分的重视，对该防区采取有针对性的措施进行改进提升。