概率安全评价在核电厂设计和运行期间的技术特征及应用

岳文博   ,齐焕喜

摘要：概率安全评价（PSA），也称为概率风险评价（PRA），随着多年的发展，在核电厂中的应用越来越广泛，逐渐成为了核电领域不可或缺的一部分。国家核安全局2010年发布了技术政策《概率安全分析技术在核安全领域中的应用》，提出积极地、有步骤地推动概率安全分析技术在国内核安全领域中的更深层次应用;2016年发布的《核动力厂设计安全规定》中要求“必须在核动力厂的整个设计过程中进行全面的确定论安全评价和概率论安全评价，以保证在核动力厂寿期内的各个阶段满足全部设计安全要求。”PSA作为核电厂定量评价的重要工具得到了广泛地应用。

关键词：概率安全；核电厂；运行

1 概率安全评价

1.1 PSA简介

PSA通过结构化、集成化的逻辑分析评估复杂系统的风险，综合运用事件树、故障树等方法按事故进程和缓解措施构建出风险模型，集成各类定性和定量信息，进行模型量化、不确定性分析和重要度排序。经过多年的实践，逐渐形成了风险指引型的监管方法。该方法不仅仅依赖于风险信息，更强调将确定论安全分析与PSA紧密结合，辩证地对事故风险加以分析研究，形成以确定论、概率论两大方法论为支柱的模式对事故进行全面整体分析。风险指引方法在整体决策过程中，首先应满足现有的法规体系，不仅要考虑确定论的判据，即安全裕量、纵深防御，还要考虑概率论的判据，即风险评价及其累积效应。综合分析多种因素，进而给出科学合理的整体决策。

1.2 PSA发展历程

20世纪70年代，WASH-1400研究报告的发表，标志着PSA技术在包括核电领域在内的所有工业领域第一次应用。1979年美国三里岛核电站发生事故后，事故调查委员会建议广泛地采取PSA技术，为传统的确定论方法做补充。20世纪90年代，美国几乎所有的核电厂都通过PSA技术分析完成了IPE评估，一部分核电厂完成了IPEEE评估，PSA在核能安全分析领域也得到了普及，方法逐渐成熟。

2 PSA支持安全许可证申请与颁发

国家核安全局批准发布的HAF 102已经明确规定“在分析中必须采用确定论和概率论分析方法”。概率安全评价工作已成为核动力厂执照基础的重要支持之一。目前，核安全管理采用许可证申请和审批程序，在每个阶段都需要向核安全监管当局递交相应的申请，获得相应的许可证或者批准文件后才能进入下一阶段。

3 核电厂PSA模型开发中技术特征及应用

目前，大多数核电厂完成了一级PSA功率工况、低功率与停堆工况下的模型。下文对一级PSA设计、运行阶段的技术特征及其应用进行阐述。

3.1 设计阶段PSA模型的技术特征

在设计阶段，PSA模型简单、保守，主要反映核电厂的设计信息。

这一阶段PSA模型在设计和确定性分析活动之间存在迭代过程，随着设计计划的推进，最终设计往往与初始设计不同，PSA的详细程度不断提升。由于设计阶段可以获取的信息程度不高，缺乏核电厂的特定数据，因此一般参考使用类似核电厂的数据或通用数据。在此阶段PSA的主要目的是优化设计方案，找出设计阶段的薄弱环节，通过假设，计算出核电厂的堆芯损坏频率是否满足监管要求，论证核电厂的设计是否安全可靠，符合相关监管要求、准则和平衡设计。

3.2 设计阶段PSA模型的应用

（1）论证核电厂设计是否满足安全目标

一级PSA的风险准则通常采用CDF来评价，我国对新建核动力厂制定的CDF目标值为10-5/堆年。我们通过PSA建模定量计算CDF，分析核电厂设计方案的安全水平，论证核电厂总体设计方案是否符合安全目标，确保核电厂不存在陡边效应。

（2）优化设计

根据PSA模型对风险的推测，我们可以识别出影响核电厂安全性的薄弱环节，确定提高安全性和可靠性的优先排列次序，合理安排核电厂资源，有针对性地调整优化，避免出现某个设备或者系统成为风险贡献的突出项。同时我们可以在设计阶段设置可靠性指标，通过PSA模型分配到各个系统与设备的可靠性要求上，从而建立与总体安全目标密切相关的可靠性指标体系，从源头保障核电的安全性和经济性。

（3）调整纵深防御层次设置

纵深防御概念对保证核安全的重要作用已被大量实践所证实，应继续贯彻。但在某些条件下，纵深防御的重点及其防御层次可能有所调整，通过应用PSA技术，可以为调整的合理性提供技术基础。

（4）支持文件编制

PSA分析可以为文件编制提供理论基础，如为制定技术规格书、事故规程、在役检查大纲、设备安全分级等提供技术支持。

（5）优化资源配置

在核电站设计时需要考虑所有可能发生的事故，并遵循单一故障准则对假想事故进行分析，论证事故工况下的后果是否符合相关安全标准。同时还需要考虑一些超设计基准事故，PSA建模分析支持对超设计基准事故的重要事件序列进行选取，帮助找出核电厂重要的设备，重点关注。此外，我们可以通过将PSA和确定论安全分析紧密结合，辨识各项生产活动安全的重要程度，减少非安全重要活动的资源支出，增加重要安全活动的资源支出，实现资源利用最优化。

（6）制定事故管理导则

我们可以在设计时采用确定论、概率论和工程判断相结合的方法，分析可能导致严重事故的重要事件序列，制定事故管理导则，采取相应的事故预防和缓解措施，完善严重事故的管理导则。

PSA在核电厂设计阶段，对于加深核安全问题的认识，定量评估核动力厂的安全水平、优化设计、支持文件编制等方面都起到了非常重要的作用。

3.3 运行阶段PSA模型的技术特征

在运行阶段，PSA模型复杂、详细，反映核电厂“竣工”“运维”状态。

在运行阶段，PSA广泛应用于日常生产管理活动，通过PSA技术优化大修计划，合理安排核电厂大修活动，避免出现高风险配置，缩短大修时间；将PSA技术和确定论安全分析紧密结合，建立风险管理体系，对由运行和维修活动引起的状态风险（临时风险）采取合适的措施，实现有效管控。

4 总结与展望

4.1 总结

PSA作为核电工程项目中的一项风险评估方法和应用技术，它服务于核电厂寿期内的整个过程，在核电站的安全性、可靠性以及经济性方面作出巨大贡献。

在核电业界中，设计院开发设计阶段的PSA模型主要为了支持许可证申请，比较简单、保守，但是核电业主希望将PSA模型用于日常生产活动中的风险管控，需要较详细、能够反映核电厂实际情况的PSA模型。因此，需要把设计阶段的模型根据实际应用情况进行修订完善，通过对核电厂PSA模型开发过程中各个阶段的要求和技术特征进行凝练，关注PSA模型在升级完善的过程中所需要注意的问题和要点，有助于更好地实现模型转换。

4.2 展望

当前，智能化水平越来越高，数字化仪控设备在核电厂中的应用越来越广泛，PSA模型也应与时俱进，焕发出新的生机。

今后在PSA建模中更应注重考虑数字化仪控设备、软件平台、通信网络的可靠性问题。目前在设计阶段一般采用保守的方式进行建模，但为更好地支持核电厂运行阶段的应用，应根据实际情况，对数字化仪控设备、软件平台、通信网络进行逻辑梳理，在PSA模型中充分考虑其对核电厂安全运行的影响，以反映核电厂的真实情况。

随着对核电厂研究的深入，对各个系统逻辑更加清晰明确，我们可以参考控制系统中对PID控制器的封装理念，对数字化仪控系统的PSA模型进行标准化模块处理，简化建模中的工作量和任务量，增强模型的可阅读性，方便后续应用过程中的各项操作。

参考文献

[1] 国家核安全局.技术政策：概率安全分析技术在核安全领域中的应用[Z].2010.

[2] 国家核安全局.核动力厂设计安全规定：HAF 102-2016[S].2016.

[3] 吴宜灿.核安全导论[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2017:100-120.

[4] 郑恒，周海京.概率风险评价[M].北京：国防工业出版社，2011:1-38.