核电站关键敏感设备识别与管理（吕厚鑫陈世均卢文跃）

1、核电站关键敏感设备识别与管理吕厚鑫1 陈世均2 卢文跃3（大亚湾核电运营管理有限公司生产部设备管理处 广东 深圳 518124）摘 要： 主要介绍了在核电站设备可靠性管理体系下，核电站关键敏感设备识别与管理的重要意义，核电站关键敏感设备识别与管理的目的与原理，给出了核电站设备分级的总体描述，识别与分级的逻辑，以及对关键敏感设备识别与分级、管理与改进、应用与反馈的闭环流程，阐述了核电站关键敏感设备应用成果与效益，阐明了关键敏感设备识别与分级在核电站设备可靠性管理体系中的重要作用。关键词： 核电站；关键设备；识别；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 背景介绍随着中国市场经济的快速发展，电力市场体系改革也在逐渐推进，厂网分离、竞价上网等也慢慢为公众所熟悉，为了提高在电力市场中的竞争力，提高电厂系统设备的可靠性水平，减少机组停机减载次数成为各个电厂工作

5、的重要内容，另外，目前中国加快核电建设的时机已经非常成熟，条件也已经基本具备，正迎来一个核电工业的黄金发展时期，进入以自主建设、引进技术和中外合作建设为主要特征的快速发展的轨道，为了保证核电站的安全稳定运行，就必须引进消化吸收国外的先进管理经验，结合国内核电站实际的管理现状，摸索出适应中国核电站管理需要的核电站设备可靠性管理体系。本文就商业核电站如何在设备可靠性管理体系下通过关键敏感设备的识别与管理来提高电厂核安全以及系统设备的可靠性水平，保证运行机组的高发满发进行分析与探讨，给出了具体的可操作的建议。2 核电站标准绩效模型在美国的核电站标准绩效模型中，给出了下图的核电站标准绩效模型，在该模型

6、中，将电厂设备可靠性管理作为核电站生产过程中直接与核安全与持续发电相关的核心流程之一，可以看出设备可靠性在整个核电站绩效表现中所起到的重要作用，设备可靠性是实现电站核安全、经济发电的基础与出发点，只有实现现场系统设备的高可靠性，才有可能达到核电站的安全稳定发电的目标。支持流程发电材料与服务配置控制设备可靠性工作管理运行支持服务损失预防培训核燃料核心流程3 核电站设备管理体系介绍如何提高现场系统设备的可靠性，达到机组安全稳定运行的目的，在美国的设备可靠性过程描述中给出了如下图的核电站设备可靠性管理体系，也即是实现设备可靠性的六大模块，主要包括：（1）设备分类及识别模块：要识别出与安全及可靠性相关

7、的关键敏感设备，并加以重点管理。首先建立关键敏感设备的分类准则，通过对电厂系统重要功能的识别，根据每个设备在电厂安全、可靠性以及发电功能中所起的作用不同，将电厂设备分为关键设备、非关键设备和可运行至失效设备，从而可以对这些设备进行分类管理。（2）性能监测模块：设备性能监测的目的在于保证所有设备在设计工况下能够满足其性能要求。首先根据设计文件和功能分析确定设备的性能准则，对系统、设备性能趋势进行监测，对性能降级等异常进行分析，并确定纠正措施。此外，性能监测也为预测性维修提供支持。（3）纠正行动模块：识别关键敏感设备的失效及失效原因，并确定相应的对策；对发生的设备失效进行根本原因分析，防止重发。通

8、过设备缺陷管理系统对设备缺陷进行分类管理，组织和实施纠正维修，并控制其风险；对维修策略进行必要的反馈和调整。（4）持续改进模块：根据设备分类识别、性能监测、纠正行动等功能模块的反馈，调整预防性维修项目和周期，优化维修策略，并启动必要的改进。（5）寿期管理模块：定期评价系统、设备的健康状况，建立系统设备长远健康策略；识别设备老化，并采取措施缓解和消除老化因子；识别产品淘汰问题并采取对策，将系统设备寿期管理纳入到公司经营管理计划中。（6）预防性维修模块：其目的是用预测性维修技术在设备失效前探测设备的性能降低，用优化的预防性维修提高设备的可用率，并降低维修成本。首先根据预定的维修策略编制维修大纲，并

9、据此实施预防性维修、预测性维修和定期试验；反馈设备维护过程中的执行情况，以及设备的运行状态，提供可靠性分析的数据基础。由上图可见，要实现电厂系统设备的可靠性，其首先必须要做的工作就是对电站关键敏感设备的识别与管理，通过对核电站关键敏感设备的识别与管理，识别出那些影响机组核安全、可靠性以及经济效益的设备以及可以运行到失效的设备，然后将其结果应用到设备管理的各项工作中去，并对这些设备进行状态检测、纠正行动、可靠性持续改进、中长期项目管理以及预防性维修实施，建立有效的管理手段和关键敏感设备数据库，把主要的精力用来管理好那些起关键作用的系统设备，将有限的主要的资源与注意力集中在那些对电厂核安全最终绩效

10、有着明显影响的系统设备上，不断提高核电站系统设备的可靠性、安全性和经济效益，进一步提升核电站系统设备的管理水平。4 关键敏感设备识别与管理的原理十九世纪末，意大利经济学家帕累托在他从事经济学研究时，发现了8020不平衡关系，例如：Ø 20的产品和20的客户，涵盖了约80的营业额。Ø 20的产品和顾客，通常占该企业80的获利。Ø 20的罪犯施行了所有罪行的80。Ø 20的汽车狂人，引起80的交通事故。Ø 20的孩子，达到80的教育水准。Ø 在家中，20的地毯面积可能有80的磨损。80的时间里，你穿的是你所有衣服的20。如果你有一只保安警

11、报器，80的错误警示是由20的原因造成。Ø 80的能源浪费在燃烧上，只有20的可以传送给车辆。这种不平衡的关系又称为帕累托法则(或者关键少数规则 )，也就是在在原因和结果、投入和产出、努力和报酬之间存在的这种不平衡关系，可以分为两种不同类型多数（80），它们只能造成少许的影响；少数（20），它们造成主要的、重大的影响。 同样：在核电站，帕累托法则可以理解为大约80的重要功能是有20的设备完成的，大约80的跳机跳堆事件是由于20的设备导致的。因此可以利用帕累托法则来指导核电站关键敏感设备的识别与管理.5 关键敏感设备的定义、识别流程与总体框架为了识别出核电站的关键敏感设备，首先需要识别

12、出核电站的重要功能，核电站众多的系统设备在核电站安全发电的功能中所起的作用也不同，按照设备失效后在机组核安全、可靠性发电中的影响不同就可以识别出核电站的重要功能，根据现场系统设备在电厂功能中的不同作用，美国将核电站的系统设备分为关键设备、非关键设备以及可以运行至失效设备，对于那些故障时可能导致电厂重要功能丧失或者降级的设备，称为关键敏感设备，一般情况下考虑到单一故障效导致功能丧失，特殊情况可以考虑到双重故障。关键敏感设备识别流程如下：根据上述建议，结合DNMC的实际情况，我们将电厂系统设备分级如下：1、 安全敏感设备SSC（Safety Sensitive Components）：指那些设备失

13、效后直接导致机组核安全功能（反应性功能、反应堆冷却功能、屏障功能以及其相应的支持功能）丧失或者降级的设备，这些设备按照对机组安全水平重要程度的不同，又具体细分为第一组I0的设备以及第二组I0的设备，其中第一组I0的设备是指那些超出运行中应遵守的与核安全相关的重要设计假设以及反应堆停堆保护与专设安全设施系统的不可用的设备，可以直接导致三道屏障（燃料包壳，一回路压力边界，反应堆厂房）损坏的风险增加及可能导致超出设计限值的放射性后果，而使机组安全水平降级的，这类设备故障后，技术规范所要求的后撤时间一般从一个小时到七天，而第二组设备是指那些不可用后将导致机组安全相关的异常情况的监控、诊断及处理的设备，

14、这些设备故障后，技术规范所要求的设备恢复的时间一般大于七天，如果到期后设备功能仍然无法恢复，也可能会导致机组的后撤以及执照运行事件。2、 生产敏感设备PSC（Production Sensitive Components）是指那些故障后导致机组的发电能力丧失或者降功率的设备，例如设备故障直接导致机组的跳机、跳堆、或者强迫机组进行停机、停堆，或者机组降功率进行维修的设备，这类设备故障后一般导致机组发电能力的损失,从而影响电站的持续盈利能力。3、 非关键设备NCC（Non Critical Components）是指那些设备故障后对机组的安全与发电能力有一定的影响，可以并且值得通过预防性维修来管理

15、其故障后果的设备。4、 可以运行至失效的设备RTF（Run To Failure）：是指那些故障后果不严重或者虽然有一定的影响但是又不值得通过预防性维修来管理的设备，事实上，除了安全敏感设备、生产敏感设备以及可以运行至失效的设备，其余的设备都属于非关键设备。6 关键敏感设备识别与分级的逻辑结合美国核电站的流程以及上述的核电站关键敏感设备总体描述，在实际工作中，为了开展关键敏感设备与分级的需要，我们制定了核电站关键敏感设备分级的逻辑图，首先识别出安全敏感设备，然后是生产敏感设备，最后是非关键设备以及可以运行至失效的设备。经过上述逻辑，可以将核电站设备划分为4大类设备，从而可以对设备进行分级管理，

16、实现管理资源的最优化分配。 在具体实践中，由于单一失效引起机组跳机、跳堆的事件在电厂数据库以及各国的安全当局、行业协会的数据库中都有所记录，因此我们在进行单一失效引起机组跳机、跳堆的设备的识别时，使用了归纳法和演绎法，这使得绝大部分关键敏感设备都能被找到，以达到疏而不漏的目的。归纳法主要是采用经验反馈技术，通过核电站实际设备故障发生概率来筛选核电站有那些设备最有可能会发生故障，并分析这些设备的可靠性和概率风险。演绎法主要是采用故障树分析方法，用来弥补归纳法分析的不足，这种方法具有很强的逻辑性和严密性，把那些可能遗漏的关键敏感设备识别出来。7 关键敏感设备识别管理的流程在对核电站系统设备开展关键

17、敏感设备识别与分级项目时，我们提出了下面的流程，以保证项目的开展质量。7.1 关键敏感设备的PDC分析PDC分析是关键敏感设备管理项目中的一个重要环节，应用于核电站的运行、维修、工作过程控制和工程改造等方面。其目的是为了通过PDC分析找到电厂运行、维修、设备管理和备品备件管理方面的存在的缺陷和问题，并针对这些问题提出相应的纠正行动。PDC分析主要包括有16个问题。其中预防（P-Prevention）：主要是分析电厂有没有预防关键敏感设备失效的措施，在实际运行、维修过程中预防措施是否到位？探测（D-Detection）：主要是分析当关键敏感设备失效征兆出现时，电厂有没有手段和措施及时的发现。纠正

18、行动（C-Correction）：主要是分析在发现缺陷后是否有相应的改正行动，改正行动是否有效的执行。PDC分析主要从管理的手段上提高关键敏感设备的可靠性，预防可能发生的设备失效。7.1.1 预防P-Prevention：1） 在关键敏感设备上的操作与维修活动，有没有双重检查步骤? 2） 在关键敏感设备的工作文件和工作过程中是否已经注明其重要性和风险? 3） 在做关键敏感设备的工程改造相关文件修改过程中有没有充分评估其可靠性(充分的余量、冗余、容许误差等)? 4） 在电厂里关键敏感设备上是否设立警告标记? 5） 关键敏感设备有没有备品备件管理和物项替代的特殊要求，例如：备件采购是原始制造商生产

19、的设备? 6） 关键敏感设备维修是否参考供货商的建议? 所有的运行、维修经验是否被反馈到大亚湾核电站新一轮的预防性维修?7） 关键敏感设备投运前是否采取了有效的预防措施(例如电位器调节，湿度控制，新备件预热和绝缘测试)?8） 以前发生的与关键敏感设备相关的EDF运行事件是否进行了经验反馈?7.1.2探测 D-Detection：1） 更换关键敏感设备是否按照三级故障模式进行了跟踪分析?2） 关键敏感设备是否进行状态监测(周期性试验，监测数据，每日或每周观察)?3） 冗余通道、或备用列的隐性的故障是否有检测手段?4） 关键敏感设备有没有进行老化管理?7.1.3纠正行动 C-Correction：

20、1） 所有敏感设备的隐性故障是否已经被电厂改造或维修?2） 所有供货商厂家关于关键敏感设备的设计变动或固定的操作、维修程序变动、改进可靠性的建议，是否已经实施?3） 所有与关键敏感设备有关改正行动是否在要求的期限完成?4） 关键敏感设备 (不仅是电厂紧急停堆的) 的所有纠正性维修或误动作相关的根本原因有没有指定分析?7.2 关键敏感设备的可靠性改进目前，在大亚湾核电站和岭澳核电站，采用PdM(预测性维修)的方法对关键敏感设备进行状态检测与趋势分析，采用RCM方法来分析和优化机械、电气系统和设备的维修大纲，采用TCM方法来建立和优化仪表控制系统和设备的维修大纲，这实际上是一个FMECA过程，通过

21、关键敏感设备的技术分析，提出从技术上避免关键敏感设备故障，提高系统设备的可靠性水平。7.2.1状态检测大亚湾核电站的设备状态监测主要通过以下几个方面得以实施：（1）状态监测与预测性维修系统（PdM）：根据RCM分析成果，对关键敏感设备的参数进行录入和趋势分析，此项工作主要由系统工程师负责完成。（2）仪控设备预测与趋势分析系统（PFU）：根据TCM分析成果，对仪控关键敏感设备的参数进行录入和趋势分析，此项工作由仪控维修人员和系统工程师共同完成。（3）重要设备参数预警系统（OLA）：此系统是在KIT/KDC实时工业数据网的基础上开发的设备可靠性管理专用平台，它通过对重要设备的实时监测和趋势分析，使

22、系统工程师能够方便、快捷、准确地掌握设备状态信息，检测设备运行的性能参数，实现对设备健康水平的在线分析；并能进行设备缺陷的早期征兆的识别，及时采取缓解措施，限制设备缺陷的后果。7.2.2 RCM-以可靠性为中心的维修以可靠性为中心的维修（RCM）起源于70年代末的美国航空工业，目前已在国际上很多行业得到运用，并在美国、法国、南非等国家的核电站得到了普遍应用。运营公司于1998年引进RCM理论，经过6年多的应用及推广，已经完成了79个系统RCM分析及应用，并在实际应用中取得了很好的收益。目前，已基本上建立一套适合运营公司自身特点的RCM分析体系。RCM不是一种维修类型，而是一种维修优化方法。RC

23、M从系统功能出发，通过结构化的提问得到制订维修任务所需要的全部信息（功能/功能故障/故障影响）；然后根据这些信息，通过RCM决断逻辑图，按照“状态监测/预防性维修（定期维护/定期更换）/定期试验/纠正性维修/设计变更”的顺序，来选择维修任务，从而达到提高设备的可靠性，降低维修成本的目的。在选择维修任务类型时，主要考虑：从技术角度上来看该维修任务是否可行；从管理后果来看，该维修任务是否可以将故障发生的可能性降低到可以接受的水平。7.2.3 TCM-以技术特性为导向的维修以技术特性为导向的维修（TCM）分析方法是针对仪控设备本身的特点，从技术特性出发，以仪控维修导则的形式分析设备的原理、功能、故障

24、模式、精度准则和降级预防；结合现场经验反馈和RCM的功能分析，做出设备的预防性维修活动判断并应用到维修大纲，达到避免过少和过度维修、预防设备失效的目的。而对于有老化特征的仪控设备，通过维修导则的分析进行定期检查，以获取设备信息，录入专用软件系统（仪控预测性维修和趋势分析系统，Prodict and Follow-Up system for I & C equipment，简称PFU系统）绘制趋势曲线以跟踪降级趋势，判断设备状态，在设备失效之前做出维修决策以达到预测性维修的目的。8 关键敏感设备应用与实例在识别出关键敏感设备清单之后，就可以将这些清单应用在设备管理体系的各个方面，具体的在

25、大亚湾核电站，目前的主要应用包括：Ø 运行操作风险分析与控制;Ø 计划维修优先级确定;Ø 维修过程风险分析与控制;Ø 各类纠正行动优先级确定; Ø 现场设备风险标识 ;Ø 确定各类“保电”工作重点Ø 系统工程师现场巡视;Ø 系统工程师状态监测;Ø 设备备件管理;Ø 设备老化管理; Ø 系统设备健康状况报告;Ø 维修部门现场设备巡视。通过对核电站关键敏感设备的识别、分级与管理，使得设备管理能够把主要的精力放在关键设备上，着眼于关键设备上的问题，“好钢用在刀刃上”，对于预防核电站跳机跳堆，提高机组可用率水平有着很强的指导和推进作用。 实例1：2006年，系统工程师在对机组关键敏感设备进行巡检时，发现D2ARE033VL/L1ARE033VL阀门定位器连杆和阀门连接块螺丝相碰，并且定位器连杆已有轻微弯曲。该