核电厂维修规则分析与探讨

王 盟，杨 铭，王江国，王 静，高 巍，赵 玲

(1.核电运行研究(上海)有限公司，上海 200120；2.海南核电有限公司，海南 昌江 572733)

随着我国“双碳”战略的不断深化，能源结构已经出现了明显的变化，可再生能源装机比例随年不断增加。大量新能源基地相继投产给未来核电参与能源竞争带来了新的研究课题，面对未来能源结构和电力供应的新局面，须进一步提高发展的全局意识、增强对发展问题的系统思考，深刻认识和理解现代科学技术体系发展新格局，给出核电厂安全、经济、高效发展的新举措，以进一步巩固和提升核电在未来能源竞争中的优势地位。

安全性和经济性是核电发展的重要课题，为了统筹核电安全性和经济性的协调发展，近年来，国家核安全局(NNSA)积极探索从以确定论为基础的传统监管模式向风险指引的先进监管模式的转变。NNSA通过发布技术政策、编译相关技术文献、开展风险指引型技术试点项目、建立核电厂可靠性数据库平台、开发标准PSA监管模型以及建立核电厂配置风险管理体系和维修有效性评价和管理体系等，逐步建立健全风险指引型的核安全监管体系。

作为核电厂风险指引型应用的一块基石，NNSA于2017年8月发布了《改进核电厂维修有效性的技术政策(试行)》，即维修规则(MR)，鼓励核电厂逐步开展相关维修活动的优化研究，建立维修有效性和风险管理体系[1～4]，发布了核电厂维修规则实施大纲编制指南[5]、核电厂维修大纲的格式和内容[6]等文件来指导MR的开发和落实。2022年6月，NNSA新版HAF103已经正式发布，在新版HAF103中增加了配置风险管理、风险指引型综合决策技术、维修有效性、经验反馈体系有效性评价等内容[7]。

1 技术理念实践与发展

1.1 核电安全性与经济性的平衡

放射性是核电厂相比其他能源动力系统最突出的一个特征，无论其处于相对静止状态还是运行状态，都存在该状态所对应的状态风险，因此状态风险是伴随核电厂全生命周期的永恒课题，识别状态、识别状态风险、管控状态风险是确保核电厂持久安全的核心支撑理念。就核电厂运行状态而言，按照其执行设计功能和内外部潜在变化，按照层级和要素可细分为：机组状态、系统状态、结构状态、设备状态、人员状态、环境状态等。

维修活动是维持设备健康状态、确保核电厂机组安全性和经济性的具体措施，然而核电厂所采取的维修活动可能存在维修不足、过度维修以及维修不当等潜在问题，会对设备产生不利的影响，从而降低核电厂的实际运行安全水平。将风险指引技术引入维修活动，所提出的MR体系可以促使核电厂将资源更有效地投入到对安全运行有重要贡献的设备，同时更加强了对维修活动所引起的潜在风险的关注，强化了核电厂对维修活动风险的整体性和系统性管控，实现设备可靠性与可用性的平衡如图1所示，科学解决核电发展中安全性与经济性之间的矛盾问题。

图1 MR的作用Fig.1 The role of MR

1988年美国NRC发布“核电维修政策声明”，宣布打算修改其法规，要求许可证持有者监督核电厂安全重要设备维修活动的有效性，从而使因缺乏有效维修而导致故障和事件发生的可能性降到最低。1991年7月，NRC发布了一份基于性能的维修规则-10 CFR 50.65《核电厂维修有效性监测要求》，并于1993年通过RG 1.160《监测核电厂维修的有效性》对NUMARC 93-01《核电厂维修有效性监测行业指导》进行认可。1994—1995年，美国9个核电厂进行了MR的行业试应用。1999年，NRC基于MR试应用的经验反馈进行了修订，增加了对维修活动引起的风险进行评价和管理的条款，NUMARC 93-01也同步进行了修订，以满足NRC相关法规的要求。

图2给出了美国核电厂1992年至2017年平均堆芯损伤频率(CDF)的变化趋势，通过IPE、MR以及AP-913等体系的逐步实施，在20年左右的时间内美国核电厂的平均CDF降低了90%，近10多年来则CDF一直保持在平稳且较低的水平。

图2 美国核电厂平均CDF变化趋势Fig.2 The average CDF trend of US nuclear power plants

图3给出了美国核电厂运行绩效发展趋势[16]。数据表明，MR对美国核电厂安全性和运行绩效提升起到了非常显著的支撑作用，其与风险指引型相关应用共同形成了可持续优化的核电厂先进运维体系。

图3 美国核电厂平均运行绩效趋势Fig.3 The trend of the average operational performance of US nuclear power plants

1.2 MR的发展

EPRI在20世纪90年代中期和后期分别成立了配置风险管理论坛和维修规则用户组。配置风险管理论坛将业界的配置风险专家聚集在一起，以改进流程，并将风险信息应用程序的使用扩展到停堆和在线风险评价之外(例如，扩展到灵活的技术规格书等领域)。MR用户组在关键技术问题上与美国NRC和其他行业组织进行沟通，该小组还制定了指导方针、评价和白皮书，以帮助成员处理在应用维修规则和在线维修中可能出现的细节问题，并发布了一系列支撑MR的技术文件[8～10]。

作为一项成功的行业实践经验，日本、韩国等国家[11，12]相继引进了美国的MR技术理念，在本国核电厂推广应用。在国内，NNSA通过试点项目，积极推进风险指引技术在核安全审评监管中的应用。中国核电积极响应NNSA的监管要求，秦山核电30万千瓦机组[13]、田湾核电1～4号机组[14]和三门核电1/2号机组[15]的MR体系已经建立并投入运行。目前核电运行研究(上海)有限公司正在集中开展方家山核电1、2号机组、海南核电1、2机组、福清核电1～4号机组、田湾核电5、6号机组、秦山二期1～4号机组的MR开发工作。

2 MR与现有体系之间的关系

2.1 MR与运维策略优化

图4给出了MR与核电厂运维策略之间的关系，基于技术规格书和运行经验反馈，运行阶段PSA模型、配置风险管理、维修规则和在线维修共同支撑了核电厂运维策略的持续优化。基于技术规格书和运行经验反馈，运行阶段PSA模型、配置风险管理、MR和在线维修共同支撑了核电厂运维策略的持续优化内循环。通过实施风险指引型定期试验周期优化和后撤时间延长等，从而形成风险管理型技术规格书，可在确保安全的前提下，进一步提升核电厂的运维灵活性，推动运维策略更深层次的优化；通过降低维修频率分析和消除不必要项目论证，进行预防性维修(PM)优化，并在MR的支撑下开展更大范围在线维修工作。运维策略的持续优化可有效降低换料大修期间的工作复杂度和工作负荷，为大修排程和工期缩短争取更多空间，以进一步提升核电厂的能力因子。同时，伴随大修工期的缩短和大修项目的减少，将有助于减少大修期间的人员剂量水平，实现更卓越的大修绩效。

图4 MR与运维策略之间的关系Fig.4 The relationship between MR andthe operation and maintenance strategy

2.2 MR与核电厂全面运维优化

直到20世纪90年代初，特别少的维护是在功率运行模式下实施，技术规范行动声明通常仅在发现设备故障时输入。MR对于在线维修的推行具有非常重要的意义，在MR发布之前，虽然，不禁止主动进入运行限制条件声明，但由于在线维修缺乏正确使用的指导原则，其判断依据引起了诸多质疑。MR奠定了风险指引型技术在核电厂推广应用的基础，美国核电厂通过MR向行业引入风险指引型方法后，在线维修开始规模化推广应用，图5和图6分别给出了美国核电厂在线维修的演进和在线维修活动的情况汇总。

图5 美国核电厂在线维修的演进Fig.5 The evolution of online maintenance of US nuclear power plants

图6 美国核电厂在线维修情况Fig.6 The situation of online maintenance of US nuclear power plants

通过将选择性维护从停堆期间转移到功率运行状态，这样可以减少停堆维修的范围和复杂性，从而缩短停堆时间。其挑战在于证明在线维护是可行的，由此所引入的风险是可控的，早期的风险监视器促进了这一转变。美国核电厂通过降低频率和消除不必要的项目进行了PM优化，同时在MR的支撑下开展了更大范围在线维修工作。这种运维策略的改变大大降低了停堆大修期间的复杂度和工作负荷，为大修时间的缩短争取更多空间。

在线维修为美国核电带来的巨大经济效益引起了国际同行的高度关注，并在比利时、法国、西班牙、巴西、加拿大、瑞士等国家成功应用，其他一些国家的核电业主和电力行业的其他部门也对在线维修表示了极大的兴趣。国内核电厂运行阶段PSA模型开发日臻完善，为在线维修等风险指引型应用提供了坚实的基础。目前国内核电厂也陆续开展了在线维修的研究，比如田湾核电厂早在2015年就开始了在线维修的试点应用，大亚湾核电厂也在2018年向NNSA提交了在线维修的试点应用申请。

全面运维优化是实现核电厂能力因子卓越发展目标的一个重要支撑，通过优化现有技术规格书，减少不必要的约束，提高运行灵活性，可进一步减少非停和非计划降功率事件的发生；通过定期试验周期延长和有针对性的技术改造，可进一步优化在线维修项目的计划安排；更现代化的大修指挥中心、更先进的运维装备、更高素质的维修人员可在更多层面支撑大修工期的缩短。全局视角、系统思维，图7给出了核电厂全面运维优化的技术路线图。

图7 核电厂全面运维优化技术路线图Fig.7 The technical roadmap for comprehensive operation and maintenance optimization of nuclear power plant

3 总结

国内的MR开发和风险指引型应用尚处于起步阶段，因此不能孤立看待当前MR的开发工作，需要放置在核电厂整个运维体系中来评估MR的支撑性，在体系中发挥MR的作用。针对运维策略全面优化，应进一步提高全局观和系统观，在MR体系建设的同时进一步推动如下工作：

1)为更好地支撑MR开发和长期维护，应考虑按照机型积极推动PSA模型的标准化工作，确保MR的开发质量和维护效率。

2)在确保安全的前提下，MR体系释放了核电厂的运维灵活性，为更好地发挥MR的实际效用，国内以法系技术规格书为主的M310机组应尽快启动技术规格书的转换工作，实现对MR体系的承接性和适应性。

3)为更好地支撑定期试验周期优化等相关风险指引型应用项目的落地，以进一步灵活安排预防性维修活动，国内行业界应考虑预防性维修数据库的开发和建设工作，给出以实际运行数据和运行经验反馈为基础的确定论风险见解。

本文初步分析了MR与核电厂运维策略以及MR与核电厂设备可靠性管理之间的关系，讨论了MR与在线维修和大修优化之间的关联，相关内容可为MR的开发以及MR与现有体系的融合提供参考。