培训材料之PSA应用ppt课件

PSA应用,PSA DNMC,1,主要内容,应用PSA的必要性； PSA的应用领域； PSA应用的分析过程； Risk-informed的可接受方法； Risk-informed中PSA分析结果的可接受标准； 大亚湾/岭澳工程改造项目评价的原则与方法； 应用实例。,2,一 应用PSA的必要性,新的核安全法规的要求 核动力厂运行安全规定（HAF 103）规定：涉及到核动力厂配置及运行限值和条件的修改，必须遵守核动力厂设计安全规定（HAF 102）的有关规定。 HAF 102中提出的全面安全评价过程涉及确定论安全分析和概率论安全分析这两种互补的技术。 （HAF102第1页） HAF 102指出：必须对核动力厂设计进行安全分析，在分析中必须采用确定论和概率论分析方法。 （HAF102第25页）,3,一 应用PSA的必要性,集团风险指引型核安全管理体系建设的要求 集团风险指引型核安全管理系统的开发、运行、维护由集团承担负责； 各基地负责承担与之相关的技术开发，如：PSA模型、MSPI模型、SDP模型；,4,一 应用PSA的必要性,美国核管会（NRC）于1995年正式颁布了PSA应用的政策声明。其目的是通过应用PSA技术来改善核安全监管：加强安全决策的有效性；更有效地利用监管资源；减轻核电站不必要的负担。声明中提到： 应根据PSA方法和数据的技术发展水平加强PSA技术在所有管理事务中的应用，以补充NRC的确定论方法和支持NRC传统的纵深防御体系； PSA和相关的分析（如灵敏性研究、不确定性分析和重要度评估）应该应用在各项管理事务中，以减少现今管理要求中不必要的保守，而且要认识到现今的管理规定和管理导则应该遵守，除非这些规定和导则已经修改。,5,一 应用PSA的必要性,满足电站的实际需要。核电站修改的主要目的是提高安全水平或提高经济效益（或提高运行和维修的灵活性）。当用确定论方法难于判定哪个方案更好时，PSA可以提供风险定量上的比较，或从利益代价分析，判定该修改是否有必要施行。比如 提高同样的安全水平，对哪个系统或设备进行改造更有利，如ASG泵、安注泵还是应急柴油机？ 当前最需要进行改造是哪个系统或设备？ 提高同一个系统的可靠性，最应该对哪个设备进行改造？ 是否有必要对某个系统或设备进行改造？ 如果不进行改造，目前的安全水平或系统可靠性是否已经足够？,6,二 PSA的应用领域,综合灵活地运用PSA的结果可以为电站的安全决策提供判断依据，解决电站运行和维修中的实际问题，应用于电站的运行、维修和电站管理规程的优化（如技术规范、试验/维修大纲的优化），支持核电站优化、改进和改造，在电站的决策过程中提供支持。,7,二 PSA的应用领域,RG1.174，概率风险评价用于特定电厂执照申请基准变更的风险指引型决策方法。此导则适用于所有的执照申请变更，包括工程改造、技术规范和试验/维修大纲的修改、设备的重新分级等。 RG1.175，特定电厂风险指引型决策方法：在役试验。此导则适用于在役试验大纲的修改。 RG1.176，特定电厂风险指引型决策方法：分级质量保证。此导则适用于SSCs（构筑物、系统和设备）的重新分级，在传统的安全相关和非安全相关的基础上，根据PSA对SSCs重要度的评价结果（FV和RAW）将SSCs划分为四个类别：安全相关且风险重要度高、安全相关但风险重要度低、非安全相关但风险重要度高、非安全相关且风险重要度低。从而可以降低哪些风险重要度低的SSCs的质保等级以及试验/维修要求。,8,二 PSA的应用领域,RG1.177，特定电厂风险指引型决策方法：技术规范。此导则适用于技术规范中的条款和限制条件的修改，减少不必要的保守规定。如延长设备的后撤时间。 RG1.178，特定电厂风险指引型决策方法：管道在役检查。此导则适用于管道的在役检查，减少不必要的检查或延长检查周期。 Maintenance Rule a(4) (10CFR50.65)：在执行维修活动（包括但不限于：监测、维修后的试验、纠正性和预防性维修）之前，电站必须评估和管理该项维修活动可能引起的风险增量。评估的范围可限于风险指引型评估过程所显示对公众健康和安全有显著影响的SSCs； NUMARC-93-01 Rev.3：“监督核电厂维修有效性的工业导则” 。主要用于评价电站是否应该进入某特定状态（configuration）的，以及如何进行风险控制和管理。,9,二 PSA的应用领域,评估电站的技术规范和运行限制条件：电站的技术规范提供一套电站必须遵守的参数，并根据这些参数进行运行、试验、维修和检修。这些参数主要是根据确定论分析确定的，比较保守，对电站运行的限制非常严格。利用PSA可以为这些参数的取值和/或有关方针的决定提供方法并对其进行优化，如后撤时间（AOT）和定期试验间隔（STI）的评估和修改。 支持工程改造：从PSA的角度评价改造项目的必要性以及比较不同工程改造方案的优劣性，评价该改造项目使电站的安全水平有多大程度的提高。PSA是唯一能一致地考虑系统之间的相关性的方法。当仅用确定论的安全分析方法来作决策时，这种相关性的重要程度往往被忽视或低估。 支持试验和维修：对于在役检查的各项活动，PSA结果能帮助确定优先性次序，同时，还能用于确定系统或设备的可靠性要求，以便监测不同系统和/或设备在运行期间的性能提供方便，考查维修计划的风险影响和计划维修的频率和周期，以及为基于风险的在役试验和检查提供支持；,10,二 PSA的应用领域,对电站运行支持：可以利用PSA结果系统地评价运行经验，利用“活态PSA”模型可以评价失效数据和运行程序的变化所造成的影响，如控制电站不同的工况下的风险，使风险峰值、累积和平均风险最小化以及避免高风险工况； 作为与安全当局对话的工具：当电站需要向安全当局提交特许申请时，PSA可以说明特许申请的理由（即所造成的CDF可以接受），提出缓解或补偿措施的建议并证明这些措施是恰当的； 事故管理：PSA结果和有关见解能为培训操纵员和发展运行程序提供很有效的方法，还可以为应急计划提供合理的依据。,11,三 PSA应用的分析过程,12,三 PSA应用的分析过程,PSA任务是指PSA评价的结果，如CDF、LERF（大量早期放射性释放频率）、重要度等； 任务的元素是指评价所需的信息，即PSA模型中能模化的信息，如运行工况、始发事件、设备故障率和不可用度、共因失效和人因等； 并不是所有“问题”都可以用PSA来评价的，更不是都可以进行定量评价的，应用PSA对“问题”进行评价可能有四种结果：PSA需修改模型和/或数据并重新定量化、只能定性分析、可用原模型/数据进行定性和定量分析、PSA不能评价。 即使某个“问题”可以用PSA进行定性和定量评价，最终也要结合确定论的分析作决策支持。,13,三 PSA应用的分析过程,并非所有的“问题”都可以用PSA来解决的，而且必须强调的是：尽管PSA或基于PSA应用的各种方法有着确定论无法比拟的优势，是强有力的决策支持工具，但PSA本身还有很多方面依赖于确定论，而且也还存在较大的不确定性。因此，PSA不可能取代确定论成为唯一的决策依据，PSA不是万能的，更不是绝对的、唯一的方法。决策时不能将PSA分析结果作为唯一的依据，当纯粹以风险评估的数值结果为基础的风险基准方法（Risk-based Approach）被提出时，立刻遭到大多数人的反对，因为它过高地估计了PSA的能力。后来，Risk-based的提法就被Risk-informed所取代。同时，还必须指出，即使对风险指引型综合决策方法而言，系统的确定论分析的原则和方法仍然占着极其重要甚至可以说是主要的地位。而PSA的作用是作为确定论分析的补充，作为纵深防御原则的支持，为电站管理层的决策提供重要的信息，同时也为核安全管理部门对电站提交的申请进行审评提供重要信息。,14,四 Risk-informed的可接受方法,风险指引综合决策（优化）的基本原则 风险指引综合决策（优化）的基本步骤 确定变更。确定执照申请基准（LB）的哪些方面受变更影响; 变更所涵盖的所有SSC及相应的规程与活动。评价变更的依据。 工程评价 评估纵深防御属性和安全裕量 风险影响评估（含不确定性分析） PSA的范围、详细程度和质量应与申请对象、PSA结果在综合决策过程中所起的作用相适应。 变更对风险的增量是很小的 确定实施与监督大纲。目标是确保不会因LB变更产生不利的安全等级降低。,15,四 Risk-informed的可接受方法,16,四 Risk-informed的可接受方法,17,两类准则 对于电厂的任何活动（包括设计变更、硬件改造、运行与维修活动等）进行风险管理，要考虑两类准则，一是“永久”性变化，一是“临时”性变化。前者是用 CDF和 LERF进行衡量；后者除了“临时”状态的 CDF和 LERF外，还要考虑“临时”状态延续的时间，即两者的乘积，即ICCDP和ICLERP。,五 PSA分析结果的可接受标准,18,对于维修活动要考虑可接受准则 TS的变更属于永久性变更，维修活动按其性质又属“临时”性的变化准则。故需考虑两类准则，即： 设备因维修而退出服务产生的即时状态的CDF1E-3。 维修状态持续期间所引起的风险增量ICDP5E-7（按R.G 1.177）或1E-6（按EPRI TR-105396）。 考虑该维修活动的多次出现，在一年内产生累积风险增量满足RG 1.174或EPRI TR-105396中“永久”性变更的准则。 对于电厂运行的真实情况，往往出现的不是单个部件的维修或不可用，而是多个部件同时不可用。这不仅是在预防性维修时，可能有多个部件同时因维修或试验而退出服役，并且还存在因设备临时失效而进行纠正性维修。这种状态不是自愿进入的，而是强迫进入的，对这种情况的风险管理有一专门名词为“状态（或配置）管理”（Configuration Control），与AOT类似，停留在某状态的最大允许时间称ACT。对于ACT的评价采用类似方法。,五 PSA分析结果的可接受标准,19,具体数值的差异 永久性变更准则：（以LERF为度量时，数值均较表小一个数量级 ）,临时性变更准则：,五 PSA分析结果的可接受标准,20,五 PSA分析结果的可接受标准,1.0E-4,1.0E-5,1.0E-6,CDF,CDF,区域I,区域II,区域III,21,五 PSA分析结果的可接受标准,1.0E-5,1.0E-6,1.0E-7,LERF,LERF,区域I,区域II,区域III,22,五 PSA分析结果的可接受标准,若申请清晰地表明会导致CDF减少，对于CDF准则而言，则可认为该变更已经满足相关的风险指引管理原则。 当计算出的 CDF很小，如小于10-6/堆年（区域III），则无论是否计算了总CDF，该变更将被接受。虽然这时不要求计算总CDF，但若有迹象表明CDF会远大于10-4/堆年，则应将注意力放在寻求减小CDF的途径上而不是增加CDF。 当计算出的 CDF在 10-610-5/堆年这一范围内时，只有当能合理地表明总CDF小于10-4/堆年时（区域II），才可以考虑该申请。 导致 CDF大于10-5/堆年（区域I）的申请通常不予考虑。 对于LERF而言，与上述CDF的准则类似，只是降低一个数量级。,23,五 PSA分析结果的可接受标准,RG 1.177“特定电厂风险指引决策方法：技术 规格书” RG 1.177是特别对TS变更的风险指引给出指南。 AOT的进入不是经常的，而是临时进入，因此，评价修改AOT的准则不能直接应用RG 1.174所给出的准则，而是既要考虑进入LCO后的风险增加值，也要考虑该状态持续的时间，也就是这两者的乘积。 对于单个TS AOT变更可以认为ICCDP小于5.0E-7时是小的，ICLERP等于或小于5.0E-8时也是小的。,24,NUMARC-93-01 Rev.3：“监督核电厂维修有效性 的工业导则” 在估算计划的维修状态的风险时，如果该特定状态的CDF超过1E-3/年，在自愿进入这一状态前，对这种维修状态要予以小心考虑。 对于计划的特定配置，采取风险管理行动可考虑遵从以下阈值：,五 PSA分析结果的可接受标准,25,六 工程改造项目评价的原则与方法,PSA对工程改造的安全评价方法 工程改造实施决策过程 PSA对工程改造实施决策的原则,26,六 工程改造项目评价的原则与方法,PSA对工程改造的安全评价方法 识别工程改造的影响。 将影响与PSA模型建立映射 修改模型并进行定量化计算 影响到模型的结构，根据实际情况修改模型 只影响到可靠性参数，修改模型的参数 可靠性参数可以通过经验反馈得到 可靠性参数不能通过经验反馈得到,27,六 工程改造项目评价的原则与方法,工程改造实施风险指引型决策过程,改造项 目申请,进行工 程分析,详细设计和 实施程序,项目 审批,传统安 全分析,PSA 分析,利益代 价分析,PSA 分析,28,六 工程改造项目评价的原则与方法,PSA对工程改造实施决策的原则 对堆芯损伤频率增量为正的情况（CDF0） 可以参考NRC发布的RG1.174（概率风险评价用于特定电厂许可证申请基础变更的风险指引决策方法）进行决策（见前图） 若CDF1.0E-5或总的CDF1.0E-4，则不允许（I区） 若CDF在1.0E-6和1.0E-5之间，则要证明总的CDF0实际上是降低了安全水平，在现实中，这种情况在我厂还没有出现过,29,六 工程改造项目评价的原则与方法,PSA对工程改造实施决策的原则 对堆芯损伤频率增量为负的情况（CDF0） 目前还没有对CDF0的情况设定一个定量化的准则 从安全上说，对所有导致CDF0的工程改造都是欢迎的 但是有些CDF减小的值很小，付出的代价却很大，需要进行经济利益分析 大亚湾/岭澳实施工程改造决策面临的问题基本上都是CDF0的情况,30,六 工程改造项目评价的原则与方法,PSA对工程改造实施决策的原则 对堆芯损伤频率增量为负的情况（CDF0的情况设立三个区域 I区： CDF绝对值1.0E-6 工程改造对安全的提高有重要意义，建议实施 如增设停堆工况自动补水控制回路，可以使CDF减少1.24E-6，因此虽然需要较大的成本，但对核安全的提高有重要的积极意义，因此还是建议实施 II区：1.0E-7CDF绝对值1.0E-6 建议与改造成本、可能获得的利益相结合来考虑 CDF /（COST-BENEFIT）与设定的值B的比较 III区：CDF绝对值1.0E-7 工程改造对安全的提高不是很有意义，是否实施改造主要从其它角度考虑（如机组的可用率等）,31,六 工程改造项目评价的原则与方法,PSA对工程改造实施决策的原则 对堆芯损伤频率增量为负的情况（CDF0） 对无法确定CDF数值的情况，只能从从纵深防御、安全裕量等方面的角度进行纯粹的确定论方法分析,32,六 工程改造项目评价的原则与方法,工程改造决策的现状 在IP/ENG/041-C中提出了四个条件 减少发生核事故的可能性或危险性 提高电厂可用性、经济性 符合国家核安全局或其它规章要求 改进消防工作、工业安全和放射性防护 建议完善该程序,33,六 工程改造项目评价的原则与方法,工程改造的总体决策流程,34,七 应用实例,第五台柴油机工程改造的评价 PTR水位传感器防雨棚维修时的风险评价,35,第五台柴油机工程改造的简要评价 第五台柴油机的主要作用是应付全厂断电（SBO），即在SBO的情况下，恢复交流电源。因此，评价第五台柴油机的作用应该先分析发生SBO的可能性、SBO的缓解措施以及未安装第五台柴油机时的电源有哪些恢复手段，即SBO给电站带来的风险（CDF）,七 应用实例,36,第五台柴油机工程改造的简要评价 SBO发生的可能性。首先要发生丧失厂外电（LOOP），大亚湾核电站发生LOOP的频率约3E-2/堆年，应急柴油机的启动失效概率为2.4E-2，考虑两台应急柴油机启动共因故障概率为2.4E-3，也就是说SBO发生的频率为3E-22.4E-3=7.2E-5/堆年，如果再考虑到其它因素导致的SBO，大概可认为SBO的发生频率为2E-4/堆年。,七 应用实例,37,第五台柴油机工程改造的简要评价 SBO发生后，依靠ASG003PO带出堆芯热量，依靠LLS+9RIS011PO保证主泵轴封水防止Seal LOCA的发生。考虑这些系统四小时内的失效概率，ASG+Seal LOCA=1.05E-2： ASG失效概率约为5E-3； 发生Seal LOCA的概率计算。LLS失效概率约为5E-2，9RIS011PO失效概率约为5E-3，即丧失轴封水的可能性约为5.5E-2，丧失轴封水后发生大的Seal LOCA的可能性为0.1，即发生大的Seal LOCA的可能性为5.5E-3。,七 应用实例,38,第五台柴油机工程改造的简要评价 原有的电源恢复手段有：两个主外电源（400KV和500KV）、两个辅助外电源（坪核线和惠澳线，其中惠澳线的连接时间约2小时）、本机组的应急柴油机、相邻机组的应急柴油机，简单评价4小时内电源不可恢复的概率约为0.2。 因此，SBO下的CDF为2E-41.05E-20.24.2E-7/堆年。 第五台柴油机的作用是提高交流电源的恢复概率，简单认为增加第五台柴油机后使得原来的不可恢复概率从0.2降低到0.1，即新的CDF2.1E-7/堆年。第五台柴油机为电站降低了CDF=2.1E-7/堆年。,七 应用实例,39,第五台柴油机工程改造的简要评价 CDF=2.1E-7/堆年，这对于1000万美元的投资来说，并不值得。但是考虑到其它的经济效益，还是非常值得的。 增加第五台柴油机后，应急柴油机的后撤时间可以从现在的3天延长14天。这意味着： 应急柴油机可以在功率下进行预防性维修，也就是说每次大修可以节省2天的关键路径（简单估计），每年平均有3次大修，即每年平均节省6天的关键路径。 对于应急柴油机比较大的随机故障，比如需要13天的维修时间，严格按照3天的技术要求，必须停堆10天。假如8台应急柴油机每5年发生1次，则每5年可以减少10天的停堆。,七 应用实例,40,第五台柴油机工程改造的简要评价 增加第五台柴油机后，应急柴油机的定期试验可以得到优化。目前定期试验是每月做一次快启动试验（10），若参照美国的做法，快启动试验每半年做1次，每月做一次慢启动试验（启动时间无限制）。这样可以大大减少应急柴油机的磨损，提高应急柴油机的可靠性，减少应急柴油机的随机故障导致的维修更换费用。 综上所述，增加第五台柴油机的工程改造不仅可以提高电站的安全水平，也可以为电站带来可观的经济效益。 这个改造是值得的。,七 应用实例,41,PTR水位传感器防雨棚维修时的风险评价 在PTR水位传感器的防雨棚进行维护时，会影响PTR水位传感器的可用性。在维修前可事先将受影响的水位传感器置于低低水位或正常水位。这两种方案的影响主要在于： 方案一：预先把受影响的一个水位传感器固定在低低水位。在有安注信号时，只要另外3个水位传感器误发低低水位信号，则可能在未达到再循环的条件，安注就切换到再循环模式，从地坑取水，从而导致直接注入和再循环都丧失。 方案二：把受影响的水位传感器固定于正常水位（不会在发出低低水位信号）。影响主要在于需要进行再循环切换时，如果另外3个水位传感器有2个不能发出低低水位信号，则不能进行再循环切换，导致再循环功能丧失。,七 应用实例,42,七 应用实例,定性分析 方案一（受影响的水位传感器固定在低低水位）和方案二（受影响的水位传感器固定在正常水位）下，其它3个水位传感器故障时，可能影响到的功能和失效逻辑变化，如下表。 从定性分析来看，方案一的风险更高一些，应该选择方案二，即在水位传感器退出前将其置于正常水位。,43,七 应用实例,定量计算 从定量计算的结果来看，方案一的风险也方案二高。因此应该选择方案二。,44,