安全性能指标在核安全监管中的应用实践

刘成运，张国旭，李学法，李龙志，葛 凯，宋斌艳

（1.生态环境部华东核与辐射安全监督站，上海 200233；2.上海核工程研究设计院有限公司，上海 200233）

2004 年，原国家环境保护总局（国家核安全局）委托上海核工程研究设计院开展“核电厂运行安全性能指标”调研，于2006 年完成“核电厂运行安全性能指标技术手册”（以下简称技术手册）试用版本的编制，并在秦山核电厂和大亚湾核电厂试用［1］。2007 年，根据试用情况发布了技术手册A版，并开发“核电厂运行安全性能指标”软件平台。2008 年起，全国运行核电厂开始试用核电厂安全性能指标（Safety Performance Indicators,SPI）体系［2］。2011 年，国家核安全局修订并发布技术手册B版，沿用至今。2019年，“中国核电厂总体安全状况”公开页面正式上线发布［3］，向社会公开展示核电厂的安全水平（如图1所示）。

图1 我国核电厂安全性能指标公开页面Fig.1 Public Webpage of SPI in China

SPI 可以长期监测相关要素的性能，在一定程度上反映核电厂的运行安全状况［4,5］。通过对美国核管会（The Nuclear Regulatory Commission，NRC）监管体系的研究发现，作为基于性能、风险指引的监 管框架［6，7］（Risk-Informed and Performance-Based Regulatory Framework）（如图2所示）的核心基础，SPI 与重要度判定程序（Significance Determination Process，SDP）可以分别用来评价累积失效影响和单次事件风险，两者结合可以综合评价核电厂的安全水平，为核安全监管部门掌握和研判核电厂的安全状态提供一种相对合理的方法［8］。

图2 美国核管会核电厂监管框架Fig.2 Regulatory Framework of NPP,NRC

2014 年起，华东核与辐射安全监督站（Eastern China Region Office,ERO）在核电厂监管指针（Plant Oversight Guideline,POG）的指导下开展了基于性能、风险指引的监督探索，调研了运行核电厂的性能指标管理情况，开展了试点核查、试点分析，并结合性能指标对各运行机组进行了评估。为保证监管基础信息的可信度，ERO还部署了性能指标专项核查［9］。

在性能指标数据真实可信的基础上，开展进一步的数据跟踪和趋势分析，可以有效地识别安全重要领域存在的异常和不良趋势，并甄别营运单位在性能指标管理上存在的问题。

1 性能指标的分析

1.1 运行安全性能指标

根据SPI体系的框架［10］，将“运行核电厂核与辐射安全”的总体目标分解到反应堆安全、辐射安全、应急准备和电厂保卫四个领域分别进行监测和评价。为便于实施，进一步细分为始发事件、缓解系统、屏障完整性、职业照射安全、公众照射安全、场区应急和实物保护七个要素，并为每个要素制定更加详细的指标，最终形成四个层级构成的指标体系，如图3所示。

图3 核电厂运行安全性能指标Fig.3 Safety Performance Indicators,SPI

指标的统计采用定量和定性的方式，用绿、白、黄和橙色来显示指标所处的不同安全等级。其中绿色表示性能状态满足相应的安全基础目标，性能达到预期水平；白色表示性能状态满足相应的安全基础目标，但性能离预期水平有所偏离；黄色表示性能状态满足相应的安全基础目标，但安全裕度出现微小降级；橙色表示性能出现了较大的降级，在严重情况下，将不能满足安全基础目标，需要立即采取纠正措施［3］。

以缓解系统的性能指标为例，我国大部分压水堆核电厂主要监测应急交流电源系统、高压安注系统、辅助给水系统、重要厂用水系统、设备冷却水系统五个重要缓解系统的不可用度，目的是监控缓解始发事件、防止堆芯损伤的安全系统的有效性。

系统不可用度，即系统中独立系列的平均不可用度，为系列不可用时间与系列被要求能够执行预期安全功能的时间的比值［10］。其计算方法为：

公式（1）中：

UAI为系列平均不可用度；

UAP为滚动连续12个季度内系列计划不可用时间，包括因为维修、试验、设备调整和因为电力原因或其他预先计划好的原因而造成的系列不能投运的总时间；

UAu为滚动连续12个季度内系列非计划不可用时间，包括纠正性维修时间或从发现引起系列不可用的设备失效或人员差错到最终恢复可用所用的时间；

FE为滚动连续12个季度内系列故障暴露时间，是指系列发生故障后未被发现的时间，即从系列发生故障到故障被发现这段时间；

T为滚动连续12 个季度的系列总需求时间，指安全系统某系列被要求执行其安全功能的总时间。

就应急交流电源系统而言，确定其性能颜色的评价准则如下：

1）如果UAI≤2.5%，则性能为绿色；

2）如果2.5%≤UAI≤5.0%，则性能为白色；

3）如果5.0%≤UAI≤10.0%，则性能为黄色；

4）如果UAI＞10.0%，则性能为红色。

其余系统性能颜色也有类似准则，通过缓解系统不可用度，能够有效监测系统的状态，进而评价核电厂发生事故时相关安全系统投入运行以缓解事故的能力，有助于判断设备性能对核安全的影响程度，辅助核安全监管部门制定适当的监管策略［11］。

1.2 性能指标分析探索

根据ERO 与生态环境部核与辐射安全中心联合开展的性能指标试点调研的结果，个别核电厂存在缓解系统不可用度均处于绿色级别，但某个系统不可用度较其他系统高出1～2 个数量级的情况（如图4 所示）。ERO 综合调研与性能指标基础数据核查的情况调整了后续监督检查的策略，并向国家核安局提交了专题报告，有效推动了营运单位提升了在SPI 领域的管理水平。

图4 某缓解系统的不可用度Fig.4 Unavailability of a Mitigation System

基于前期成果，ERO认为将SPI评估结果用于辅助监督检查是可行的。对SPI的监测有助于发现核电厂安全物项或者运行管理方面的不良趋势，ERO可以据此采取不同监管响应行动，如非例行监督检查、监督会议、监管对话等，督促营运单位履行主体责任，改进弱项，降低核安全风险。

1.3 性能指标分析

本文以2018年以来的数据为基础，在不剔除错误数据的前提下开展分析，并结合性能指标核查的情况进行对比，以尽可能暴露目前存在的问题，发掘对后续监管工作有积极意义的信息。

（1）单台运行机组的趋势分析

以FA核电厂1号机组为例，各指标趋势见图5。可见大部分指标表现良好，但是反应堆冷却剂系统泄露率指标BI02近一年来一直处于高位，并且接近指标的50%阈值，存在出现异常色块的可能，提示需要在后续监督中重点关注反应堆冷却剂系统的完整性。

图5 FA核电厂性能指标趋势Fig.5 Trend of SPI for FA NPP

再以QⅠ核电厂1号机组的缓解系统性能指标为例（见图6），应急交流电源系统不可用度指标MS01 近期有明显的劣化趋势，可以在后续监管工作中增加对应急交流电源系统的关注，提醒营运单位针对应急交流电源系统的设备可靠性进行分析，并提出适当的改进方案。

图6 QⅠ核电厂1号机组缓解性能指标趋势Fig.6 Trend of Mitigation System SPI for QⅠNPP Unit 1

再以QⅡ核电厂2号机组的7000临界小时非计划紧急停堆（手动和自动）指标IE01为例（见图7），趋势图在2019 年第3 季度出现尖峰，核对输入数据后发现当季度机组临界运行小时数为0，指标分母最近4 个季度累计值突然减少，导致输出结果升高。监督核查发现当季度临界运行小时数并非为“0”，属于填报错误。可结合其他SPI管理问题向营运单位提出核安全监督要求，督促营运单位采取措施提升管理水平。

图7 QⅡ核电厂IE01性能指标趋势Fig.7 Trend of IE01 for QⅡNPP Unit 2

（2）多台运行机组的对比分析

对比QⅠ核电厂、QⅡ核电厂、QⅢ核电厂、FA核电厂、NI核电厂、FU核电厂共计17台运行机组的MS01指标（见图8），可以看出，大部分机组的系列平均不可用度在1.0×10-3以下，即三年期平均每年单系列不可用时长在8小时以内，整体运行情况良好。

其中，FU核电厂1号机组在2019年第2季度后MS01不可用度降低，并达到了新的平衡；FU核电厂2号机组自2019年第1季度后，MS01不可用度有轻微的逐步劣化趋势。进一步对比可以发现，QⅠ核电厂、QⅢ核电厂2号机组、NⅠ核电厂1号机组近几个季度不可用度数据劣于其他机组。可在后续监督工作中增加对上述机组应急柴油发电机组可用性及可靠性的关注。

图8 MS01性能指标趋势Fig.8 Trend of MS01 for 17 NPPs

类似的，对比17 台运行机组的131I 剂量当量活度浓度指标BI01（见图9）可以看出，大部分机组131I剂量当量活度处于较低水平，而FU2号机组和FU4号机组性能明显劣于其他机组，现场监督检查的结果也证实相关机组出现过燃料包壳破损的情况。

图9 BI01性能指标趋势Fig.9 Trend of BI01 for 17 NPPs

同样，对比高压安注系统性能指标MS02（见图10），可以发现该指标数据在所有运行机组的波动都较小，趋势明显比较平稳。但是各机组数据有一定分散，显示出不同机组之间存在性能水平差异，可以考虑开展更加深入的研究，促进指标数据较高的机组开展经验反馈，吸收行业良好运行经验，进一步提高核安全水平。

图10 MS02性能指标趋势Fig.10 Trend of MS02 for 17 NPPs

2 讨论

综合以上分析结果，可以发现核电厂安全重要物项和性能指标管理方面存在的薄弱环节：

（1）营运单位报送的性能指标基础数据存在错误或遗漏。例如QⅡ核电厂2号机组IE01指标趋势在2019年3季度突然出现单个尖峰，核实发现属于数据错报。

（2）部分性能指标存在劣化趋势或明显劣于其他机组。例如QⅠ核电厂、QⅢ核电厂2 号机组、NI 核电厂1 号机组近几个季度MS01 指标呈现劣化趋势；FA核电厂1号机组BI02指标近期处于高位，并且接近绿白阈值等。

（3）部分性能指标存在不同机组之间的水平差异。如FU核电厂高压安注系统不可用度指标MS02较其他机组高出1～2个数量级等。

针对核电厂营运单位提出以下建议：

（1）提升对性能指标的重视程度，改进管理，减少漏报、错报的数据比例。

（2）加强机组的运维管理，持续开展对性能指标的数据挖掘，跟踪趋势并定期进行分析，有效识别不良趋势或异常，深入分析原因并制定有效的纠正措施。

（3）积极开展业内交流，加强合作，深入研究性能指标显示的机组之间的水平差异，共享行业经验，共同提升管理水平。

同时建议国家核安全监管部门：

（1）定期修订技术手册及其配套文件，更加有效地指导营运单位的性能指标管理。

（2）充分利用SPI的风险指引功能，对劣化的指标或表现不佳的指标增加监管资源投入，对持续表现良好的指标适当调整监管策略。

（3）对行业内的交流和信息共享给予政策引导，鼓励行业协会发挥更大的作用，适时建议编制并帮助完善行业指导文件。

3 总结

SPI可以在一定程度反映核电厂运行安全情况，强调长周期的性能监测，适用于累积失效影响评价。通过对指标进行深入分析，可以有效识别影响运行安全的薄弱环节，可以帮助营运单位发现运行管理中的弱项并加以提升，也可以帮助检查人员评价核电厂运行安全状态，使监管关注度与被监管物项的风险重要度相匹配，让有限的监管资源得到更加高效的利用。