核電站關鍵敏感設備識別與管理（呂厚鑫陳世均盧文躍）

1、核電站關鍵敏感設備識別與管理呂厚鑫1 陳世均2 盧文躍3（大亞灣核電運營管理有限公司生產部設備管理處 廣東 深圳 518124）摘 要： 主要介紹了在核電站設備可靠性管理體系下，核電站關鍵敏感設備識別與管理的重要意義，核電站關鍵敏感設備識別與管理的目的與原理，給出了核電站設備分級的總體描述，識別與分級的邏輯，以及對關鍵敏感設備識別與分級、管理與改進、應用與反饋的閉環(huán)流程，闡述了核電站關鍵敏感設備應用成果與效益，闡明了關鍵敏感設備識別與分級在核電站設備可靠性管理體系中的重要作用。關鍵詞： 核電站；關鍵設備；識別；管理；可靠性Identification and Management of Cri

2、tical Component at Nuclear Power PlantLv hou xin1 ，Chen shi jun2 Lu wen yue3(Equipment Management Brunch, Operation Department ,Daya Bay Nuclear Power Operation and Management Co.,Ltd. Shenzhen, Guangdong Prov.,China 518124)Abstract: This paper presents the equipment reliability management system at

3、 nuclear power plant, and the identification and management of critical components, also the principle, aim, general descriptions, logic diagram, the closed process of identification and management of critical components were given, finally, it also illuminate the important role of identification an

4、d management of critical components in the equipment reliability management system at nuclear power plant. Key words：Nuclear Power Plant; Critical component; Identification; Management; Reliability1 背景介紹隨著中國市場經濟的快速發(fā)展，電力市場體系改革也在逐漸推進，廠網分離、競價上網等也慢慢為公眾所熟悉，為了提高在電力市場中的競爭力，提高電廠系統(tǒng)設備的可靠性水平，減少機組停機減載次數(shù)成為各個電廠工作

5、的重要內容，另外，目前中國加快核電建設的時機已經非常成熟，條件也已經基本具備，正迎來一個核電工業(yè)的黃金發(fā)展時期，進入以自主建設、引進技術和中外合作建設為主要特征的快速發(fā)展的軌道，為了保證核電站的安全穩(wěn)定運行，就必須引進消化吸收國外的先進管理經驗，結合國內核電站實際的管理現(xiàn)狀，摸索出適應中國核電站管理需要的核電站設備可靠性管理體系。本文就商業(yè)核電站如何在設備可靠性管理體系下通過關鍵敏感設備的識別與管理來提高電廠核安全以及系統(tǒng)設備的可靠性水平，保證運行機組的高發(fā)滿發(fā)進行分析與探討，給出了具體的可操作的建議。2 核電站標準績效模型在美國的核電站標準績效模型中，給出了下圖的核電站標準績效模型，在該模型

6、中，將電廠設備可靠性管理作為核電站生產過程中直接與核安全與持續(xù)發(fā)電相關的核心流程之一，可以看出設備可靠性在整個核電站績效表現(xiàn)中所起到的重要作用，設備可靠性是實現(xiàn)電站核安全、經濟發(fā)電的基礎與出發(fā)點，只有實現(xiàn)現(xiàn)場系統(tǒng)設備的高可靠性，才有可能達到核電站的安全穩(wěn)定發(fā)電的目標。支持流程發(fā)電材料與服務配置控制設備可靠性工作管理運行支持服務損失預防培訓核燃料核心流程3 核電站設備管理體系介紹如何提高現(xiàn)場系統(tǒng)設備的可靠性，達到機組安全穩(wěn)定運行的目的，在美國的設備可靠性過程描述中給出了如下圖的核電站設備可靠性管理體系，也即是實現(xiàn)設備可靠性的六大模塊，主要包括：（1）設備分類及識別模塊：要識別出與安全及可靠性相關

7、的關鍵敏感設備，并加以重點管理。首先建立關鍵敏感設備的分類準則，通過對電廠系統(tǒng)重要功能的識別，根據每個設備在電廠安全、可靠性以及發(fā)電功能中所起的作用不同，將電廠設備分為關鍵設備、非關鍵設備和可運行至失效設備，從而可以對這些設備進行分類管理。（2）性能監(jiān)測模塊：設備性能監(jiān)測的目的在于保證所有設備在設計工況下能夠滿足其性能要求。首先根據設計文件和功能分析確定設備的性能準則，對系統(tǒng)、設備性能趨勢進行監(jiān)測，對性能降級等異常進行分析，并確定糾正措施。此外，性能監(jiān)測也為預測性維修提供支持。（3）糾正行動模塊：識別關鍵敏感設備的失效及失效原因，并確定相應的對策；對發(fā)生的設備失效進行根本原因分析，防止重發(fā)。通

8、過設備缺陷管理系統(tǒng)對設備缺陷進行分類管理，組織和實施糾正維修，并控制其風險；對維修策略進行必要的反饋和調整。（4）持續(xù)改進模塊：根據設備分類識別、性能監(jiān)測、糾正行動等功能模塊的反饋，調整預防性維修項目和周期，優(yōu)化維修策略，并啟動必要的改進。（5）壽期管理模塊：定期評價系統(tǒng)、設備的健康狀況，建立系統(tǒng)設備長遠健康策略；識別設備老化，并采取措施緩解和消除老化因子；識別產品淘汰問題并采取對策，將系統(tǒng)設備壽期管理納入到公司經營管理計劃中。（6）預防性維修模塊：其目的是用預測性維修技術在設備失效前探測設備的性能降低，用優(yōu)化的預防性維修提高設備的可用率，并降低維修成本。首先根據預定的維修策略編制維修大綱，并

9、據此實施預防性維修、預測性維修和定期試驗；反饋設備維護過程中的執(zhí)行情況，以及設備的運行狀態(tài)，提供可靠性分析的數(shù)據基礎。由上圖可見，要實現(xiàn)電廠系統(tǒng)設備的可靠性，其首先必須要做的工作就是對電站關鍵敏感設備的識別與管理，通過對核電站關鍵敏感設備的識別與管理，識別出那些影響機組核安全、可靠性以及經濟效益的設備以及可以運行到失效的設備，然后將其結果應用到設備管理的各項工作中去，并對這些設備進行狀態(tài)檢測、糾正行動、可靠性持續(xù)改進、中長期項目管理以及預防性維修實施，建立有效的管理手段和關鍵敏感設備數(shù)據庫，把主要的精力用來管理好那些起關鍵作用的系統(tǒng)設備，將有限的主要的資源與注意力集中在那些對電廠核安全最終績效

10、有著明顯影響的系統(tǒng)設備上，不斷提高核電站系統(tǒng)設備的可靠性、安全性和經濟效益，進一步提升核電站系統(tǒng)設備的管理水平。4 關鍵敏感設備識別與管理的原理十九世紀末，意大利經濟學家帕累托在他從事經濟學研究時，發(fā)現(xiàn)了8020不平衡關系，例如：Ø 20的產品和20的客戶，涵蓋了約80的營業(yè)額。Ø 20的產品和顧客，通常占該企業(yè)80的獲利。Ø 20的罪犯施行了所有罪行的80。Ø 20的汽車狂人，引起80的交通事故。Ø 20的孩子，達到80的教育水準。Ø 在家中，20的地毯面積可能有80的磨損。80的時間里，你穿的是你所有衣服的20。如果你有一只保安警

11、報器，80的錯誤警示是由20的原因造成。Ø 80的能源浪費在燃燒上，只有20的可以傳送給車輛。這種不平衡的關系又稱為帕累托法則(或者關鍵少數(shù)規(guī)則 )，也就是在在原因和結果、投入和產出、努力和報酬之間存在的這種不平衡關系，可以分為兩種不同類型多數(shù)（80），它們只能造成少許的影響；少數(shù)（20），它們造成主要的、重大的影響。 同樣：在核電站，帕累托法則可以理解為大約80的重要功能是有20的設備完成的，大約80的跳機跳堆事件是由于20的設備導致的。因此可以利用帕累托法則來指導核電站關鍵敏感設備的識別與管理.5 關鍵敏感設備的定義、識別流程與總體框架為了識別出核電站的關鍵敏感設備，首先需要識別

12、出核電站的重要功能，核電站眾多的系統(tǒng)設備在核電站安全發(fā)電的功能中所起的作用也不同，按照設備失效后在機組核安全、可靠性發(fā)電中的影響不同就可以識別出核電站的重要功能，根據現(xiàn)場系統(tǒng)設備在電廠功能中的不同作用，美國將核電站的系統(tǒng)設備分為關鍵設備、非關鍵設備以及可以運行至失效設備，對于那些故障時可能導致電廠重要功能喪失或者降級的設備，稱為關鍵敏感設備，一般情況下考慮到單一故障效導致功能喪失，特殊情況可以考慮到雙重故障。關鍵敏感設備識別流程如下：根據上述建議，結合DNMC的實際情況，我們將電廠系統(tǒng)設備分級如下：1、 安全敏感設備SSC（Safety Sensitive Components）：指那些設備失

13、效后直接導致機組核安全功能（反應性功能、反應堆冷卻功能、屏障功能以及其相應的支持功能）喪失或者降級的設備，這些設備按照對機組安全水平重要程度的不同，又具體細分為第一組I0的設備以及第二組I0的設備，其中第一組I0的設備是指那些超出運行中應遵守的與核安全相關的重要設計假設以及反應堆停堆保護與專設安全設施系統(tǒng)的不可用的設備，可以直接導致三道屏障（燃料包殼，一回路壓力邊界，反應堆廠房）損壞的風險增加及可能導致超出設計限值的放射性后果，而使機組安全水平降級的，這類設備故障后，技術規(guī)范所要求的后撤時間一般從一個小時到七天，而第二組設備是指那些不可用后將導致機組安全相關的異常情況的監(jiān)控、診斷及處理的設備，

14、這些設備故障后，技術規(guī)范所要求的設備恢復的時間一般大于七天，如果到期后設備功能仍然無法恢復，也可能會導致機組的后撤以及執(zhí)照運行事件。2、 生產敏感設備PSC（Production Sensitive Components）是指那些故障后導致機組的發(fā)電能力喪失或者降功率的設備，例如設備故障直接導致機組的跳機、跳堆、或者強迫機組進行停機、停堆，或者機組降功率進行維修的設備，這類設備故障后一般導致機組發(fā)電能力的損失,從而影響電站的持續(xù)盈利能力。3、 非關鍵設備NCC（Non Critical Components）是指那些設備故障后對機組的安全與發(fā)電能力有一定的影響，可以并且值得通過預防性維修來管理

15、其故障后果的設備。4、 可以運行至失效的設備RTF（Run To Failure）：是指那些故障后果不嚴重或者雖然有一定的影響但是又不值得通過預防性維修來管理的設備，事實上，除了安全敏感設備、生產敏感設備以及可以運行至失效的設備，其余的設備都屬于非關鍵設備。6 關鍵敏感設備識別與分級的邏輯結合美國核電站的流程以及上述的核電站關鍵敏感設備總體描述，在實際工作中，為了開展關鍵敏感設備與分級的需要，我們制定了核電站關鍵敏感設備分級的邏輯圖，首先識別出安全敏感設備，然后是生產敏感設備，最后是非關鍵設備以及可以運行至失效的設備。經過上述邏輯，可以將核電站設備劃分為4大類設備，從而可以對設備進行分級管理，

16、實現(xiàn)管理資源的最優(yōu)化分配。 在具體實踐中，由于單一失效引起機組跳機、跳堆的事件在電廠數(shù)據庫以及各國的安全當局、行業(yè)協(xié)會的數(shù)據庫中都有所記錄，因此我們在進行單一失效引起機組跳機、跳堆的設備的識別時，使用了歸納法和演繹法，這使得絕大部分關鍵敏感設備都能被找到，以達到疏而不漏的目的。歸納法主要是采用經驗反饋技術，通過核電站實際設備故障發(fā)生概率來篩選核電站有那些設備最有可能會發(fā)生故障，并分析這些設備的可靠性和概率風險。演繹法主要是采用故障樹分析方法，用來彌補歸納法分析的不足，這種方法具有很強的邏輯性和嚴密性，把那些可能遺漏的關鍵敏感設備識別出來。7 關鍵敏感設備識別管理的流程在對核電站系統(tǒng)設備開展關鍵

17、敏感設備識別與分級項目時，我們提出了下面的流程，以保證項目的開展質量。7.1 關鍵敏感設備的PDC分析PDC分析是關鍵敏感設備管理項目中的一個重要環(huán)節(jié)，應用于核電站的運行、維修、工作過程控制和工程改造等方面。其目的是為了通過PDC分析找到電廠運行、維修、設備管理和備品備件管理方面的存在的缺陷和問題，并針對這些問題提出相應的糾正行動。PDC分析主要包括有16個問題。其中預防（P-Prevention）：主要是分析電廠有沒有預防關鍵敏感設備失效的措施，在實際運行、維修過程中預防措施是否到位？探測（D-Detection）：主要是分析當關鍵敏感設備失效征兆出現(xiàn)時，電廠有沒有手段和措施及時的發(fā)現(xiàn)。糾正

18、行動（C-Correction）：主要是分析在發(fā)現(xiàn)缺陷后是否有相應的改正行動，改正行動是否有效的執(zhí)行。PDC分析主要從管理的手段上提高關鍵敏感設備的可靠性，預防可能發(fā)生的設備失效。7.1.1 預防P-Prevention：1） 在關鍵敏感設備上的操作與維修活動，有沒有雙重檢查步驟? 2） 在關鍵敏感設備的工作文件和工作過程中是否已經注明其重要性和風險? 3） 在做關鍵敏感設備的工程改造相關文件修改過程中有沒有充分評估其可靠性(充分的余量、冗余、容許誤差等)? 4） 在電廠里關鍵敏感設備上是否設立警告標記? 5） 關鍵敏感設備有沒有備品備件管理和物項替代的特殊要求，例如：備件采購是原始制造商生產

19、的設備? 6） 關鍵敏感設備維修是否參考供貨商的建議? 所有的運行、維修經驗是否被反饋到大亞灣核電站新一輪的預防性維修?7） 關鍵敏感設備投運前是否采取了有效的預防措施(例如電位器調節(jié)，濕度控制，新備件預熱和絕緣測試)?8） 以前發(fā)生的與關鍵敏感設備相關的EDF運行事件是否進行了經驗反饋?7.1.2探測 D-Detection：1） 更換關鍵敏感設備是否按照三級故障模式進行了跟蹤分析?2） 關鍵敏感設備是否進行狀態(tài)監(jiān)測(周期性試驗，監(jiān)測數(shù)據，每日或每周觀察)?3） 冗余通道、或備用列的隱性的故障是否有檢測手段?4） 關鍵敏感設備有沒有進行老化管理?7.1.3糾正行動 C-Correction：

20、1） 所有敏感設備的隱性故障是否已經被電廠改造或維修?2） 所有供貨商廠家關于關鍵敏感設備的設計變動或固定的操作、維修程序變動、改進可靠性的建議，是否已經實施?3） 所有與關鍵敏感設備有關改正行動是否在要求的期限完成?4） 關鍵敏感設備 (不僅是電廠緊急停堆的) 的所有糾正性維修或誤動作相關的根本原因有沒有指定分析?7.2 關鍵敏感設備的可靠性改進目前，在大亞灣核電站和嶺澳核電站，采用PdM(預測性維修)的方法對關鍵敏感設備進行狀態(tài)檢測與趨勢分析，采用RCM方法來分析和優(yōu)化機械、電氣系統(tǒng)和設備的維修大綱，采用TCM方法來建立和優(yōu)化儀表控制系統(tǒng)和設備的維修大綱，這實際上是一個FMECA過程，通過

21、關鍵敏感設備的技術分析，提出從技術上避免關鍵敏感設備故障，提高系統(tǒng)設備的可靠性水平。7.2.1狀態(tài)檢測大亞灣核電站的設備狀態(tài)監(jiān)測主要通過以下幾個方面得以實施：（1）狀態(tài)監(jiān)測與預測性維修系統(tǒng)（PdM）：根據RCM分析成果，對關鍵敏感設備的參數(shù)進行錄入和趨勢分析，此項工作主要由系統(tǒng)工程師負責完成。（2）儀控設備預測與趨勢分析系統(tǒng)（PFU）：根據TCM分析成果，對儀控關鍵敏感設備的參數(shù)進行錄入和趨勢分析，此項工作由儀控維修人員和系統(tǒng)工程師共同完成。（3）重要設備參數(shù)預警系統(tǒng)（OLA）：此系統(tǒng)是在KIT/KDC實時工業(yè)數(shù)據網的基礎上開發(fā)的設備可靠性管理專用平臺，它通過對重要設備的實時監(jiān)測和趨勢分析，使

22、系統(tǒng)工程師能夠方便、快捷、準確地掌握設備狀態(tài)信息，檢測設備運行的性能參數(shù)，實現(xiàn)對設備健康水平的在線分析；并能進行設備缺陷的早期征兆的識別，及時采取緩解措施，限制設備缺陷的后果。7.2.2 RCM-以可靠性為中心的維修以可靠性為中心的維修（RCM）起源于70年代末的美國航空工業(yè)，目前已在國際上很多行業(yè)得到運用，并在美國、法國、南非等國家的核電站得到了普遍應用。運營公司于1998年引進RCM理論，經過6年多的應用及推廣，已經完成了79個系統(tǒng)RCM分析及應用，并在實際應用中取得了很好的收益。目前，已基本上建立一套適合運營公司自身特點的RCM分析體系。RCM不是一種維修類型，而是一種維修優(yōu)化方法。RC

23、M從系統(tǒng)功能出發(fā)，通過結構化的提問得到制訂維修任務所需要的全部信息（功能/功能故障/故障影響）；然后根據這些信息，通過RCM決斷邏輯圖，按照“狀態(tài)監(jiān)測/預防性維修（定期維護/定期更換）/定期試驗/糾正性維修/設計變更”的順序，來選擇維修任務，從而達到提高設備的可靠性，降低維修成本的目的。在選擇維修任務類型時，主要考慮：從技術角度上來看該維修任務是否可行；從管理后果來看，該維修任務是否可以將故障發(fā)生的可能性降低到可以接受的水平。7.2.3 TCM-以技術特性為導向的維修以技術特性為導向的維修（TCM）分析方法是針對儀控設備本身的特點，從技術特性出發(fā)，以儀控維修導則的形式分析設備的原理、功能、故障

24、模式、精度準則和降級預防；結合現(xiàn)場經驗反饋和RCM的功能分析，做出設備的預防性維修活動判斷并應用到維修大綱，達到避免過少和過度維修、預防設備失效的目的。而對于有老化特征的儀控設備，通過維修導則的分析進行定期檢查，以獲取設備信息，錄入專用軟件系統(tǒng)（儀控預測性維修和趨勢分析系統(tǒng)，Prodict and Follow-Up system for I & C equipment，簡稱PFU系統(tǒng)）繪制趨勢曲線以跟蹤降級趨勢，判斷設備狀態(tài)，在設備失效之前做出維修決策以達到預測性維修的目的。8 關鍵敏感設備應用與實例在識別出關鍵敏感設備清單之后，就可以將這些清單應用在設備管理體系的各個方面，具體的在

25、大亞灣核電站，目前的主要應用包括：Ø 運行操作風險分析與控制;Ø 計劃維修優(yōu)先級確定;Ø 維修過程風險分析與控制;Ø 各類糾正行動優(yōu)先級確定; Ø 現(xiàn)場設備風險標識 ;Ø 確定各類“保電”工作重點Ø 系統(tǒng)工程師現(xiàn)場巡視;Ø 系統(tǒng)工程師狀態(tài)監(jiān)測;Ø 設備備件管理;Ø 設備老化管理; Ø 系統(tǒng)設備健康狀況報告;Ø 維修部門現(xiàn)場設備巡視。通過對核電站關鍵敏感設備的識別、分級與管理，使得設備管理能夠把主要的精力放在關鍵設備上，著眼于關鍵設備上的問題，“好鋼用在刀刃上”，對于預防核電站跳機跳堆，提高機組可用率水平有著很強的指導和推進作用。 實例1：2006年，系統(tǒng)工程師在對機組關鍵敏感設備進行巡檢時，發(fā)現(xiàn)D2ARE033VL/L1ARE033VL閥門定位器連桿和閥門連接塊螺絲相碰，并且定位器連桿已有輕微彎曲。該