基于概率安全评价重要度分析的提升核电厂设计阶段经济性研究

刘维理，贾龙飞

基于概率安全评价重要度分析的提升核电厂设计阶段经济性研究

刘维理，贾龙飞

（山东核电有限公司，山东 烟台 265100）

概率安全评价（PSA）是以概率论为基础的风险量化评价技术，在核电厂设计阶段，当前通常用于评价核电厂的风险、发现设计上的薄弱环节、提升电厂安全性。本文从PSA重要度和敏感性分析结果的角度，探讨在核电厂设计阶段采用PSA提升经济性的方法。

概率安全评价；设计阶段；经济性

概率安全评价（PSA）是一种以概率论与数理统计为基础，采用演绎与归纳相结合的逻辑推理方法来定量评估核电厂堆芯损伤和放射性大量释放等严重事故发生频率的技术。它在发现核电厂设计中的薄弱环节，比较不同设计方案，优化设计，提出有效改进方法降低核电厂严重事故风险等方面起着非常积极的作用。

安全性是核电发展基础，自WASH-1400以来，PSA作为一种技术工具在核电厂设计阶段论证和提升安全性的应用已得到非常充分的挖掘。而在能源多元化的今天，核电的经济性提升也是业界非常关注的问题。本文通过对PSA的重要度和敏感性分析结果开展研究，讨论基于PSA在核电设计阶段提升经济性的方法。

1　重要度和敏感性分析概述

1.1　重要度分析

由于核电厂中各个系统、部件、始发事件及人员失误事件等在PSA模型中的地位不同，及其发生概率（或频率）不同，因此它们对电厂堆芯损伤频率的贡献也不同。重要度分析的目的是确定堆芯损伤频率、事故序列频率和系统不可用度中各贡献因素的重要性。重要度分析对PSA重要度分析和敏感性分析是相关的。用于PSA评价的计算机程序通常能够为每个基本事件自动计算不同类别的重要度。典型的有Fussell-Vesely（FV）重要度因子、风险增加因子（RIF）、风险减少因子（RDF）和相对贡献（FC）[1]。这四种重要度的定义如下。

基本事件的FV：

风险增加因子RIF：

风险减少因子RDF：

相对贡献FC：

1.2　敏感性分析

PSA中敏感性分析的目的是讨论对结果有潜在重大影响的问题，如建模假设和数据等。这些假设或数据通常是在缺乏信息或强烈依赖于分析者判断的情况下得出的，可以通过用另外的假设或数据替换来进行敏感性分析，评价它们各自对结果的影响。始发事件敏感性分析、基本事件敏感性分析、人员失误事件敏感性分析、可靠性参数敏感性分析等可通过设置敏感性因子计算得到相关频率值及敏感度数据。

对于某些建模假设、数据不确定性等情况，可以开展相关敏感性分析专题，通过将部件失效、人员失误事件、系统配置进行不同设置，分析对核电厂风险的影响。

2　PSA 提升核电厂设计阶段经济性的方法

在当前PSA分析中，通常会对重要度和敏感性分析结果中风险影响大（如FV、RIF、RDF等靠前）的系统给予更多地关注，通过对它们开展详细分析来降低核电厂的风险，或者平衡设计，而风险影响很小的系统却很少被关注。

从核电厂风险的角度来说，风险影响很小的系统并非主要矛盾，确实没有必要花过多的资源进行分析。但这些系统却可以是设计阶段提升核电厂经济性的重点研究对象，因为对它们的取消或者改进（通常是简化）不会带来对核电厂风险的明显提升，却可以提升电厂的经济性，这将扩大PSA在设计阶段的应用范围。采用PSA提升核电厂设计阶段经济性的基本步骤考虑如下：

（1） 建立PSA模型。根据需求建立合适范围的PSA模型。

（2） 形成初步的系统改进建议清单。基于PSA的重要度分析结果，筛选出RIF很小的系统，即，在不考虑该系统对事故缓解作用的情况下，导致的CDF增量很小。从而形成经济性提升的初步系统改进建议清单。

（3） 形成最终的系统改进建议清单。在步骤2筛选出的初步清单的基础上，评估该系统对核电厂正常发电不会产生影响。从而形成经济性提升的最终系统改进建议清单。

（4） 多专业综合评价。将步骤3得到的清单请总体设计、系统设计、设备设计等专业进行综合评价。评价的内容至少包括：确认满足法规、导则、规范、标准的相关要求；确认符合系统/设备设计的相关要求；评估类似核电厂相关系统/设备的经验反馈情况；确定该清单中的系统存在改进空间，制定具体改进方案并开展PSA敏感性分析，综合评估系统改进方案对核电厂安全性和经济性的影响。形成综合评价报告。

（5） 审评和实施。对步骤4形成的综合评价报告开展必要的审评，在审评通过后付诸实施。

总体流程如图1所示。

图1　采用PSA提升核电厂设计阶段经济性的总体流程

3　RIF筛选标准探讨

针对第2节所述步骤2中RIF很小的具体标准在公开文献中尚未有明确定义。RG1.174[2]用CDF和LERF作为PSA风险接受准则的衡量基础，并给出了一般性的风险接受准则，如图2所示。

图2　CDF的接受准则

CDF的风险接受准则的含义为：

（1）如果变更明确表明CDF将降低，则可认为该变更满足有关CDF的风险指引管理原则。

（2）如果所计算的CDF增量很小，如小于10-6/堆年（区域Ⅲ），则无论总CDF为多大，都可考虑该变更。若分析表明CDF将远大于10-4/堆年，这时应把重点放在找出降低CDF措施而不是增加CDF上。这种情形可根据诸如下面这些信息来确定：

（a）一定范围的分析计算，如逐个电厂检查（IPE）或逐个电厂外部事件检查（IPEEE）已表明CDF明显超过10-4/堆年；

（b）裕度分析表明有潜在的薄弱环节存在；

（c）该电厂的历史经验表明有潜在的安全问题。

（3）如果计算的CDF增量在10-6～10-5/堆年之间，只有合理地证明执行变更后的总CDF小于10-4/堆年（区域Ⅱ），才会考虑该申请。

（4）如果计算结果表明CDF增量大于10-5/堆年（区域Ⅰ），则该变更申请通常不予考虑。

从图1可以看出，对于基准CDF为10-5/堆年的情况，区域Ⅲ对应的最大DCDF为10-6/堆年，即增幅为基准CDF的10%；RG1.174针对“风险增量很小”制定的接受准则为CDF和LERF的绝对变化值而不是相对变化值。

参考RG1.174对“风险增量很小”的定义，拟将RIF的截断值定为1.01，即RIF≤1.01的系统纳入初步系统改进建议清单。

4　实例分析

本节以国内某核电厂为例，分析在PSA模型具备的情况下，如何用PSA提升核电厂设计阶段经济性。

由于PSA分析软件通常无法直接从重要度和敏感性分析结果中得到系统重要度，需手动将某个系统涉及的各故障树顶事件均设置为TRUE，分别得到对应的新的堆芯损伤频率，记为CDF1，再除以基准情况下的CDF0，得到系统级的风险增加因子。根据某核电厂的系统重要度计算结果，得到初步的改进建议清单中2个代表性系统及其RIF如表1所示。

表1　某核电厂设计阶段经济性提升的初步系统改进建议清单（示例）

根据第2节步骤3对表1中的2个系统开展进一步分析。主给水和启动给水系统会直接影响核电厂的正常发电，因此不能取消或者简化。厂内备用电源系统（ZOS）的运行对于保证核安全不是必需的，该系统也不需要执行和支持任何安全有关功能。在失去厂外电源（LOOP）事件时，ZOS通过经选定的电厂永久非安全有关负荷向纵深防御所需的非安全有关负荷提供电源。ZOS平时处于备用状态，不会直接影响核电厂的正常发电，可以作为PSA筛选进入经济性提升的最终系统改进建议清单。

在多专业综合评价中，根据相关设计要求，直接取消厂内备用电源系统是不合适的。根据国内外部分压水堆的经验，可以考虑对ZOS中的柴油发电机容量作进一步优化分析，减少部分负荷。当前设计在LOOP后有43组非安全相关系统/设备会接入柴油发电机，通过总体设计、电气设计、流体系统设计等专业制定了具体改进方案，经PSA敏感性分析，ZOS中的柴油发电机减容后对电厂CDF的影响小于1%，即在降低柴油发电机造价的同时对核电厂安全性产生的影响也很小，最后并提交审评，通过后在电厂设计中体现。

5　结论

本文基于对PSA重要度和敏感性分析结果的理解和分析，系统性地提出采用PSA提升核电厂设计阶段经济性的方法，并形成了较为完整的步骤，扩展了PSA的应用范围，为后续开展类似的工作奠定基础。

［1］ Review of Probabilistic Safety Assessments by Regulatory Bodies，Safety Series No.25［R］．IAEA，2002.

［2］ An Approach for Using Probabilistic Risk Assessment in Risk-Informed Decisions on Plant Specific Changes to the Licensing Basis，RG 1.174，Rev.2［R］．USNRC，2011.

Study of Nuclear Power Plant Economy Improvement during Design Phase Based on Importance Analysis of Probabilistic Safety Assessment

LIU Weili，JIA Longfei

（Shandong Nuclear Power Company LTD.，Yantai of Shandong Prov. 265100，China）

Probabilistic Safety Assessment（PSA）is a technique of risk quantification based on probability theory，and it is applied for assessing risk of plant，detecting weakness of design，and improving safety during the design phase of nuclear power plant. The methodology of improving economy during design phase of nuclear power plant（NPP）is discussed from the view of the results for PSA importance and sensitivity analysis in this paper.

Probabilistic safety assessment；Design phase；Economical efficiency

TL364+.5

A

0258-0918（2021）05-1004-04

2021-3-24

刘维理（1989—），男，北京人，工程师，现从事核电厂概率安全评价、电力市场营销方面研究。