核电厂概率安全评价方法及应用探讨

李若鲲　蔡国杰　朱钢梁　姚树密　吴淑玉

【摘 要】安全分析是核电站发展的重中之重，本文首先对我国核电厂概率安全分析的研究情况大致内容进行总结和整理，归纳了其分级情况和流程，结合具体研究实际阐述了其动态可靠性和分析研究方法。并对传统安全分析即静态概率安全分析进行了剖析，从而找出引起稳定性变动的原因，得出冷却水系统的静态和动态失效概率的变动范围，对这些变化因素给予重点关注，为我国核电站后续安全监管提供一定的理论基础。

【关键词】动态稳定性；概率安全分析方法；冷却水系统

PRA安全分析是一项系统的庞大工程，我国现阶段已经有相对成熟与完善的商业故障分析应用软件。但是安全概率分析模型构建等程序依然需要大量专业人员来操作与进行，因此开展PRA安全分析模型软件开发项目刻不容缓。将新的分析方法引入PRA安全分析系统，使得模型分析结果与实际情况更为接近，为故障与事故处理方案提供准确的数据，为优化安全分析系统提供信息数据支持，因此PSA安全分析研究是非常有前景与价值的。

1 核电厂概率安全评价方法概述

1.1 概率安全分析方法相关理论与概念

概率安全（PRA技术分析系统）分析的首次运用是在在美国核管20世界80年代出版发行的《反应堆风险分析评估美国商用核电站事故风险》报告中，该报告对堆芯熔化的风险和概率进行分析与评估的时候第一次运用了概率安全分析方法。根据国内外学者的研究，可以将概率安全分析方法定义为：以概率论和稳定性作为前提，按照事件已知概率，对某一错综复杂的系统或者事件进行分析研究，对估算客体的风险与后果进行分析与评估的技术手段和方法。

概率安全分析系统将一个运行中的复杂系统进行全面考量，可能对核电站安全稳定运行产生影响的全部因素都要进行研究与排查，将各种可能的核电事故情形均纳入研究范围。因而，PRA技术分析系统不仅能够及时准确发现设计缺陷、共因概率和各种失效模式，以及核电厂内诸多不利因素之间的作用程度和方式，而且还能够被用于评估修改设计的成本与代价，因而对核电站周边居民身体健康与生命、财产安全提供了保障。

PRA安全分析系统可以分为三级。第一级主要目的为评估堆芯损坏频率和程度。第二级主要对于堆芯熔化的物理过程进行分析研究。第三级分析研究重点在于环境中放射性物质的扩散对环境生态以及生命财产安全存在的威胁与损害后果。我国现阶段PRA安全分析系统主要以静态分析为主，动态概率安全系统的研究与运用尚处于初级阶段。目前我国核电厂尚未运用动态理念对核电厂进行综合分析评估，对安全性的评估偏向于保守。

1.2 主要任务

安全是核电站持续发展的基础与关键。保障核电站各种状态下的安全稳定运行是核电站安全分析的主要任务。核电站安全分析的主要任务包括：第一，在核电站正常稳定运行的过程中，保障放射性在安全与被允许范围之内，安全性不能低于火电、风电等传统发电方式。第二，核电站事故规模和类型评价体系标准化与规范化，与国家评价标准与级别一致。第三，对发生事故后纵深防御体系的有效性进行全面评估，冷却水评价体系即属于这个范畴。第四，全面评估核电站事故发生后放射性物质的释放情况，以及对周围居民的生命、健康和财产安全与生对态环境产生的消极影响进行全面评估。

2 概率安全评价方法研究目的与研究意义

2.1 掌握冷却水系统PRA技术分析要点

根据对概率安全分析方法的研究，把握冷却水系统概率安全分析方法系统中的核心方法和注意事项并构建规范和标准化的概率安全分析模型，为我国核电站建立后的安全监管工作奠定基础。

2.2 冷却水PRA安全系统进行动态概率分析

核电厂PRA安全系统分析中运用的许多系统都有显而易见变动性。过去的事件树-故障树概率分析方法只能实现对时间相应特点进行微小的保守处理，这种情况会致使误差出现过大情形，包含PRA安全分析系统工作情况本身以及对核电站事故发生概率的评估。所以，为更好地了解这一类系统的安全性特点，运用动态稳定性性手段，用结合静态与动态的方法分析与比较其偏差。

3 核电厂概率安全分析分级评价方法的应用

3.1 一级概率安全分析

一级PRA安全分析的目标是明确致使堆芯结构完整性缺失和燃料损毁严重的事故类型与原因，并进行定量定性分析。依据一级概率安全分析可以很容易地排查核电厂规划设计过程中存在风险的环节，研究比较过程中可以对比各类不同的设计思路和方案，根据PRA安全分析报告改进和优化规划设计和论证设计的安全性和稳定性。

3.2 二级概率安全分析

在绝大多数情况下二级PRA安全分析客体绝大多数为安全壳和各个系统。除一级PSA安全分析的客体之外，还包括堆芯损毁故障分析研究、安全壳工作能力丧失时间和模式分析研究、放射性物质释放概率分析研究等。二级PRA安全分析关键结果之一是放射性核素在核电站运行前期大量释放的概率。为了研究这种概率，必须评估不同堆芯损毁故障序列导致的放射性物质弥散的后果严重性，在对结果进行细致分析的前提下找到导致严重故障发生环节，为重大故障和事故管理方式的改进提供依据。关于开展二级PRA安全分析工作最权威的文件就是NRC发布的NUREG-1150报告。

一级PRA安全分析的结果是致使堆芯损毁的故障序列以及电厂堆芯损毁概率大大降低。在进行二级PRA安全分析的时候，必须运用一级PRA安全分析的结论。一级与二级分析之间的连接点被定义与命名为核电厂损毁情况。一个核电厂损毁情况是由若干拥有在冷却堆压力与温度等方面具有相似特征的故障系列形成的组合，这个组合会致使类似的故障进程和安全壳回馈一些有价值的信息。核电厂损毁情况决定了堆芯损毁故障序列的频率、进程等重要参数。也就是说核电厂设备损毁情况给故障分析的初始与边界条件提供了许多改进工作的参考依据。

3.3 三级概率安全分析

三级PRA安全分析主要是对二级PRA安全分析结果进行环境生态影响进行评估，评估多种应急预警方案和措施对生态环境不利影响后果缓解的有效性。核电厂三级PRA安全分析运用MACCS程序，MACCS是美国Sandia联邦实验室专门为国家核管会设计开发的核故障与事故影响评估程序系统，主要的关注点为生态环境影响和各种不同的生态环境缓解策略有效性。

三级PRA安全分析是研究由二级PRA安全分析整合源项所生成的场外影响，模拟核电厂事故中弥散的放射性物质在环境中的扩散及沉降在地表的过程，并评估放射性物质的释放对周围居民和生态环境的影响。包括烟羽淹没、吸入、地表沉降悬浮再吸入、食品与农作物污染照射导致的健康和剂量效应。

4 结束语

在我国目前生态环境和资源能源问题下，大力发展核电是的大势所趋。我国的核电站建设已经进入快车道，山东核电、海阳一期均已经或者即将投产运行。对于核电安全概率分析研究以及怎样进行高效监管，我国大部分省区处于低水平甚至空白状态。因此核电站相关工作人员必须要全面把握核电安全分析研究与监测管理技术方法，同校核电站相关系统的关键设施设备操作运行方法。

【参考文献】

[1]吴中旺，奚树人.后处理厂与核电厂概率安全评价方法学的比较[J].清华大学学报（自然科学版），2014.12：1-3.

[2]严锦泉，张琴芳，仇永萍，等. 一、二级概率安全评价技术研究及其在300MW核电厂二期工程设计中的应用[J].核技术，2011.02：87-91.

[3]王学奎，杨旭红，刘刚，等.概率安全评价在核电厂保护系统中的应用研究[J].电力安全技术，2011.09：34-37.

[4]宋明海.秦山三期（重水堆）核电站概率安全评价之共因失效分析方法与应用研究[D].上海交通大学，2012.

[责任编辑：王伟平]