新技術(shù)研究與應(yīng)用（指針高壓兆歐表）提高核電機(jī)組的運(yùn)營(yíng)技術(shù)水平
2010-07-09
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關(guān)鍵詞：指針高壓兆歐表,核電站；運(yùn)行；可靠性；技術(shù)創(chuàng)新
1 立項(xiàng)背景
大亞灣核電站是從法國(guó)引進(jìn)的具有80年代末水平的壓水堆核電機(jī)組，是國(guó)家改革開(kāi)放，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一，受到國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家、*以及核能界的普遍關(guān)注。投產(chǎn)初期也有許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)大亞灣核電站的技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性等方面有疑問(wèn)和顧慮。雖然機(jī)組是引進(jìn)的，但要取得良好的運(yùn)行業(yè)績(jī)單單靠引進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)，沒(méi)有消化、吸收和創(chuàng)新是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。引進(jìn)大型成套發(fā)電設(shè)備，因運(yùn)行技術(shù)跟不上，導(dǎo)致重大設(shè)備損壞，企業(yè)、國(guó)家蒙受重大損失的先例也是有過(guò)的。所以作為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)*的商用核電站，大亞灣核電站對(duì)迅速提高運(yùn)營(yíng)技術(shù)水平，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保社會(huì)效益，有很迫切的要求。
為此，大亞灣核電站投產(chǎn)之初就收集國(guó)內(nèi)外的技術(shù)資料，跟蹤核電運(yùn)行技術(shù)動(dòng)態(tài)，研究如何提高運(yùn)營(yíng)技術(shù)。90年代，核能界的運(yùn)營(yíng)技術(shù)水平大幅提高，機(jī)組的平均可用率從 1989年的62%提高到1999年的85.5%。根據(jù)美國(guó)核能研究所（NEI）提供的數(shù)據(jù)，美國(guó)核能界在沒(méi)有新機(jī)組投產(chǎn)的條件下，近十年的核能發(fā)電量增長(zhǎng)30%。同一時(shí)期內(nèi)，每座核電站的非計(jì)劃自動(dòng)停堆中間值從1.2降至零，運(yùn)行業(yè)績(jī)令人矚目。經(jīng)歸納總結(jié)，核電站提高運(yùn)行業(yè)績(jī)主要在提高發(fā)電能力、縮短機(jī)組大修工期、減少非計(jì)劃停機(jī)等三個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域，實(shí)施了一系列的新技術(shù)研究與應(yīng)用，包括應(yīng)用*的堆芯燃料管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，提高機(jī)組電功率以增加發(fā)電能力；加強(qiáng)大修計(jì)劃控制，開(kāi)發(fā)大修新技術(shù)以縮短大修工期；應(yīng)用以可靠性為中心的維修技術(shù)（RCM）和概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)，以提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，降低機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，減少非計(jì)劃停機(jī)等。
大亞灣核電站積極借鑒核電站的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，以達(dá)到*核電機(jī)組運(yùn)行水平為總體目標(biāo)，有計(jì)劃地研究和應(yīng)用核電運(yùn)營(yíng)新技術(shù)。經(jīng)過(guò)三年的研究和前期準(zhǔn)備，在1996年正式啟動(dòng)"大亞灣核電站運(yùn)營(yíng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐"項(xiàng)目。
2.1 技術(shù)研發(fā)總體思路
大亞灣核電站從提高發(fā)電能力、縮短大修工期、減少非計(jì)劃停機(jī)等三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域著手，提高核電機(jī)組的運(yùn)營(yíng)技術(shù)水平。
2.2 提高發(fā)電能力的技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐
大亞灣核電站為900MW級(jí)核電機(jī)組經(jīng)設(shè)計(jì)改進(jìn)型機(jī)組，電功率已經(jīng)在設(shè)計(jì)階段作了提升。堆芯核燃料運(yùn)行技術(shù)提升是大亞灣核電站商業(yè)運(yùn)行后提高發(fā)電能力的主要途徑。通過(guò)實(shí)施18個(gè)月?lián)Q料長(zhǎng)周期運(yùn)行技術(shù)、延伸運(yùn)行技術(shù)，解決投運(yùn)初期存在的堆芯象限功率傾斜技術(shù)難題，增加機(jī)組能力因子2%-3%。
（1）大亞灣核電站18個(gè)月?lián)Q料長(zhǎng)周期運(yùn)行技術(shù)的研究與實(shí)施（實(shí)施低泄漏裝料，提高燃料經(jīng)濟(jì)性，提高循環(huán)長(zhǎng)度，提高電廠能力因子和經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)反應(yīng)堆壓力容器壽命）
就安全性、重要性和占核電站總成本的角度看，核燃料都是核電站中zui敏感、zui核心和zui重要的部分。燃料循環(huán)技術(shù)的水平直接關(guān)系到核電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。大亞灣核電站的原始核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)的裝載模式是比較落后的高泄漏（OUT-IN）模式，其主要缺點(diǎn)是燃料經(jīng)濟(jì)性較低，中子泄漏率高導(dǎo)致壓力殼壽命降低（從而影響整個(gè)核電站的壽命）。18個(gè)月?lián)Q料是世界上目前比較*而復(fù)雜的換料技術(shù)。它是將原來(lái)落后的OUT-IN高泄漏短周期燃料循環(huán)模式改變?yōu)?的IN-OUT低泄漏長(zhǎng)周期循環(huán)模式，提高燃料經(jīng)濟(jì)性，大幅度提高機(jī)組能力因子和發(fā)電能力，減少乏燃料數(shù)量，使大亞灣核電站的燃料循環(huán)技術(shù)達(dá)到*水平。法國(guó)EDF的少量 900MW機(jī)組和1300MW機(jī)組雖然也實(shí)施了18個(gè)月?lián)Q料，但大亞灣核電站的18個(gè)月?lián)Q料無(wú)論是在循環(huán)長(zhǎng)度、堆芯參數(shù)、還是核燃料技術(shù)都于法國(guó) EDF核電機(jī)組5年左右。18個(gè)月?lián)Q料項(xiàng)目不但使大亞灣核電站的燃料運(yùn)行技術(shù)達(dá)到*水平，還推動(dòng)國(guó)內(nèi)*壓水堆核電站的自主設(shè)計(jì)能力的提高。此外，該項(xiàng)目還推動(dòng)了新一代核燃料組件的國(guó)產(chǎn)化。18個(gè)月?lián)Q料項(xiàng)目從可行性研究到新型燃料組件入堆，用了6年時(shí)間。項(xiàng)目實(shí)施后證明該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)具有前瞻性和*性，在滿足電網(wǎng)的需要、適應(yīng)電網(wǎng)的限制方面具有靈活性大的優(yōu)勢(shì)，總體技術(shù)水平和主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，達(dá)到了*水平，*。有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，所取得的經(jīng)驗(yàn)使我國(guó)掌握了*燃料管理技術(shù)并直接提高了百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電站核燃料設(shè)計(jì)能力。平均年經(jīng)濟(jì)效益增值約1.65億元人民幣。
（2）核電站延伸運(yùn)行技術(shù)的研究與實(shí)施（提高燃料經(jīng)濟(jì)性，增加額外發(fā)電效益，調(diào)節(jié)大修窗口）
延伸運(yùn)行是指燃料循環(huán)結(jié)束時(shí)，通過(guò)特殊方式降低一回路冷卻劑溫度和降功率引入反應(yīng)性，以保證反應(yīng)堆繼續(xù)滿功率（或降功率）運(yùn)行并加深燃耗的特殊運(yùn)行模式。延伸運(yùn)行是一項(xiàng)*而復(fù)雜的運(yùn)行技術(shù)。延伸運(yùn)行主要目的是為了提高燃料使用的經(jīng)濟(jì)性，以及提高大修停機(jī)窗口安排的靈活性。
延伸運(yùn)行是超出原堆芯設(shè)計(jì)循環(huán)長(zhǎng)度的一種特殊運(yùn)行方式，是大亞灣核電站原始設(shè)計(jì)不具備的運(yùn)行方式。由于延伸運(yùn)行超出了原始設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范，需要進(jìn)行相關(guān)的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)論證與安全分析；同時(shí)延伸運(yùn)行需要降低一回路平均溫度，將導(dǎo)致蒸汽發(fā)生器出口的蒸汽品質(zhì)降低，濕度增大，因此需要專(zhuān)門(mén)論證延伸運(yùn)行對(duì)常規(guī)島所有的系統(tǒng)、設(shè)備安全運(yùn)行的影響；另外在實(shí)施延伸運(yùn)行時(shí)，堆芯平均溫度的降低將引起反應(yīng)性測(cè)量、控制、保護(hù)系統(tǒng)一系列參數(shù)及定值的改變。因此，延伸運(yùn)行的論證過(guò)程比較復(fù)雜。延伸運(yùn)行在實(shí)施過(guò)程中要不斷調(diào)整多個(gè)反應(yīng)堆系統(tǒng)的控制和保護(hù)定值，實(shí)施過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)比較大。
大亞灣核電站研究制定了實(shí)施延伸運(yùn)行的核心技術(shù)文件——質(zhì)量安全計(jì)劃，該計(jì)劃從技術(shù)和實(shí)施過(guò)程上覆蓋了堆芯控制、儀表控制和運(yùn)行控制的全部?jī)?nèi)容，論證了由于延伸運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)的變化而帶來(lái)的安全裕量的改變及其措施。這份質(zhì)量安全計(jì)劃用于延伸運(yùn)行的準(zhǔn)備、執(zhí)行，反應(yīng)堆保護(hù)整定值的調(diào)整和延伸運(yùn)行后的系統(tǒng)恢復(fù)，詳細(xì)描述了延伸運(yùn)行的操作步驟。2003年在大亞灣核電站1號(hào)機(jī)組第九次換料大修前成功應(yīng)用，機(jī)組延伸運(yùn)行9天，多發(fā)電0.3億千瓦時(shí)，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益1740萬(wàn)元人民幣，為今后30天的延伸運(yùn)行積累了成功經(jīng)驗(yàn)。
該項(xiàng)目屬于國(guó)內(nèi)*，*原始設(shè)計(jì)的空白和*。
（3）核電機(jī)組堆芯象限功率傾斜研究與抑制方法（研究并發(fā)現(xiàn)堆芯象限功率傾斜機(jī)理，找到有效的抑制措施，保證機(jī)組安全運(yùn)行）
1995年大亞灣核電站在啟動(dòng)后曾經(jīng)發(fā)生比較嚴(yán)重的堆芯象限功率傾斜問(wèn)題,影響了機(jī)組的安全性和發(fā)電量（被迫在97%功率下運(yùn)行一個(gè)月）。對(duì)于出現(xiàn)功率象限傾斜，以往的作法是采用重新安全評(píng)價(jià)，再重新進(jìn)行安全執(zhí)照申請(qǐng)，這是一種被動(dòng)的處理方法。
1995-1996年期間，大亞灣核電站開(kāi)始對(duì)堆芯功率象限傾斜進(jìn)行機(jī)理分析研究。堆芯象限功率傾斜發(fā)生的原因很復(fù)雜，涉及反應(yīng)堆工程堆物理試驗(yàn)、堆物理分析、核設(shè)計(jì)，同時(shí)涉及反應(yīng)堆運(yùn)行、反應(yīng)堆熱工水力及核燃料。應(yīng)用微擾理論推導(dǎo)反應(yīng)性平衡方程，引入燃耗系數(shù)、象限燃耗傾斜比及象限反應(yīng)性擾動(dòng)源等新的物理量或物理概念，奠定從反應(yīng)性平衡入手研究堆芯象限功率傾斜的理論基礎(chǔ)。利用所建立的理論和數(shù)值模型，分析研究大亞灣核電站和法國(guó)電力公司的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)壓水堆堆芯功率象限傾斜超限的根本原因。建立了分析研究堆芯象限功率傾斜的理論和數(shù)值模型，并找到了抑制堆芯功率象限傾斜的方法，處于水平。
有關(guān)成果已應(yīng)用于大亞灣核電站第四循環(huán)及以后的換料堆芯設(shè)計(jì)，效果理想，給核電站帶來(lái)顯著經(jīng)濟(jì)效益。成果已被同行引用。從第四循環(huán)開(kāi)始采用本研究成果后，不再發(fā)生堆芯功率象限傾斜超限，不需要降功率運(yùn)行，兩個(gè)機(jī)組多發(fā)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的。由于不再發(fā)生堆芯象限功率傾斜超限，消除了核電站的一大安全隱患。
2.3 縮短大修工期的技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐
核電站換料大修有數(shù)千項(xiàng)維修項(xiàng)目，電站普通的大修工期都在40-50天左右，大修工期、大修質(zhì)量對(duì)電站的能力因子損失貢獻(xiàn)約為 10%-15%。大亞灣核電站通過(guò)對(duì)商業(yè)通用生產(chǎn)管理軟件MAXIMO進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，形成新的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)COMIS，對(duì)大修進(jìn)行自動(dòng)化精細(xì)管理，研制大修檢修項(xiàng)目的反應(yīng)堆控制系統(tǒng)在線試驗(yàn)臺(tái)和旋啟式隔離止回閥在線試驗(yàn)臺(tái)，大亞灣核電站大修工期較投產(chǎn)初期縮短接近20天，提高能力因子約5%。
（1）生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（COMIS）的開(kāi)發(fā)
計(jì)劃控制技術(shù)是核電站換料大修的核心技術(shù)之一。大亞灣核電站對(duì)大修計(jì)劃的控制是通過(guò)工作票形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電站先后開(kāi)發(fā)了工作票管理系統(tǒng)（WRS）、工作過(guò)程管理系統(tǒng)（WPMS），但隨著大修管理的提高，原工作票系統(tǒng)已不能滿足日益精細(xì)化的大修計(jì)劃控制要求，為此電站按zui高水準(zhǔn)將美國(guó)PSDI公司（項(xiàng)目軟件與開(kāi)發(fā)公司）的商業(yè)通用生產(chǎn)管理軟件（MAXIMO）進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，使其本地化，成為電站生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（COMIS）。這次開(kāi)發(fā)是MAXIMO軟件*次在核電站的應(yīng)用，缺乏技術(shù)整合經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)難度大。大亞灣核電站結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行了大量創(chuàng)造性的開(kāi)發(fā)，特別是風(fēng)險(xiǎn)管理、過(guò)程管理等功能模塊上引進(jìn)了大量適用于核電站的*理念和方法，使得COMIS成為MAXIMO這個(gè)世界的通用軟件在核電站的*次成功應(yīng)用，處于水平。
這一系統(tǒng)基于*的設(shè)備管理理念，擁有龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，有《工作票管理》、《預(yù)防性維護(hù)》、《倉(cāng)儲(chǔ)管理》、《設(shè)備管理》、《采購(gòu)管理》、《標(biāo)準(zhǔn)包管理》、《人員管理》、《日歷管理》、《資源管理》、《定制管理》《系統(tǒng)設(shè)置》、《實(shí)用程序》共12個(gè)主功能模塊、63個(gè)子項(xiàng)。COMIS系統(tǒng)共包含預(yù)防性維修項(xiàng)目2800項(xiàng)，糾正性維修項(xiàng)目5500項(xiàng)，定期試驗(yàn)4000項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)隔離指令6700項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)工作指令18000項(xiàng)，質(zhì)量計(jì)劃2000份，工作報(bào)告8000份。2000年系統(tǒng)投運(yùn)后，在大修中，利用其分合票功能，有效的減少了工作許可票的產(chǎn)生，使以往4000多張工作票減少了1/3，大大提高了大修的計(jì)劃控制水平。
（2）反應(yīng)堆控制系統(tǒng)在線試驗(yàn)臺(tái)的研制
大亞灣核電站反應(yīng)堆控制系統(tǒng)在線試驗(yàn)臺(tái)采用了Bailey9020組裝式儀表，由于缺少有效的檢修方法，能夠?qū)嵤┑木S修活動(dòng)是在大修過(guò)程中對(duì)一些重要的板件進(jìn)行校驗(yàn)，也不管該校驗(yàn)是否必要，而且一次只能對(duì)單一模塊進(jìn)行檢查。不僅測(cè)試方法煩瑣，測(cè)試手段落后，頻繁的插、拔板件也將會(huì)減少控制模塊的壽命，造成模塊接觸不良，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。另外對(duì)一些含有時(shí)間常數(shù)的動(dòng)態(tài)模塊，如調(diào)節(jié)器、濾波器和超前滯后等模塊更是缺少有效的檢測(cè)手段，只能用記錄儀來(lái)記錄響應(yīng)曲線，再對(duì)記錄的曲線進(jìn)行分析和判斷，這種校驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，附加誤差較大。根據(jù)法國(guó)同類(lèi)核電站的經(jīng)驗(yàn)反饋，也有類(lèi)似的問(wèn)題。為此，法國(guó)電力公司專(zhuān)門(mén)組織人力和物力開(kāi)發(fā)用于對(duì)反應(yīng)堆控制系統(tǒng)進(jìn)行檢查和校驗(yàn)的設(shè)備，該設(shè)備對(duì)大亞灣核電站的售價(jià)非常高，達(dá)450多萬(wàn)元人民幣。
電站在沒(méi)有原始控制通道模型、維修方法和資料的情況下，通過(guò)詳細(xì)的功能分析和控制模塊分析，建立了反應(yīng)堆控制系統(tǒng)各控制通道模型并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，研制出由數(shù)據(jù)分析計(jì)算機(jī)、I/O控制站、信號(hào)輸出、采集模塊組成的反應(yīng)堆控制系統(tǒng)在線試驗(yàn)臺(tái)，研制費(fèi)用為80萬(wàn)人民幣。通過(guò)在線試驗(yàn)臺(tái)在不變動(dòng)原有接線和拔插控制板件的情況下，向控制通道注入模擬信號(hào)，同時(shí)采集控制通道中各模塊的輸入輸出信號(hào)。在線試驗(yàn)臺(tái)按照數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制方案和算法組態(tài)，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)模塊實(shí)測(cè)輸入計(jì)算模塊的理論輸出，與實(shí)測(cè)輸出對(duì)比，查找調(diào)節(jié)參數(shù)是否偏離設(shè)計(jì)，判斷模塊響應(yīng)是否正常，從而一次性完成反應(yīng)堆控制通道中的所有模塊在線檢查。
大修中采用控制系統(tǒng)在線試驗(yàn)臺(tái)后，既提高了大修質(zhì)量又縮短了大修工期2天。如對(duì)于蒸汽旁路排放控制系統(tǒng)（含25個(gè)模塊）只需要一個(gè)小時(shí)的試驗(yàn)時(shí)間，而采用原有的檢測(cè)方法則至少需要24小時(shí)，且結(jié)果不準(zhǔn)確。
（3）核級(jí)旋啟式隔離止回閥在線試驗(yàn)臺(tái)的研制
大亞灣核電站核級(jí)旋啟式隔離止回閥因缺乏可靠的在線檢修鑒定技術(shù)，機(jī)組大修后重新啟機(jī)時(shí)常出現(xiàn)閥門(mén)內(nèi)漏，偏離運(yùn)行技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致機(jī)組狀態(tài)后撤，造成大修工期延誤，嚴(yán)重影響了機(jī)組的正常營(yíng)運(yùn)。由于止回閥對(duì)密封要求嚴(yán)格，傳統(tǒng)檢修中的密封面“藍(lán)油”檢驗(yàn)技術(shù)已不能滿足密封檢測(cè)要求。
為從根本上解決了此問(wèn)題，電站研制出此類(lèi)閥門(mén)的在線試驗(yàn)臺(tái)，檢測(cè)泄漏率，提出了雙“O”環(huán)四腔室壓變密封判斷法，設(shè)計(jì)了雙“O”環(huán)三側(cè)浮動(dòng)密封塞和密封塞可調(diào)支撐機(jī)構(gòu)，研制出核級(jí)旋啟式隔離止回閥在線試驗(yàn)臺(tái)，制定了試驗(yàn)臺(tái)鑒定試驗(yàn)驗(yàn)收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在線試驗(yàn)臺(tái)在2001 年的機(jī)組大修中成功應(yīng)用，解決了核級(jí)旋啟式隔離止回閥檢修后內(nèi)漏超標(biāo)的技術(shù)難題，避免機(jī)組狀態(tài)后撤導(dǎo)致的潛在經(jīng)濟(jì)損失4900萬(wàn)元人民幣。
以上三項(xiàng)大修新技術(shù)，對(duì)國(guó)內(nèi)核電站以及常規(guī)電廠的大修過(guò)程自動(dòng)化管理、模擬控制系統(tǒng)在線檢測(cè)以及閥門(mén)試驗(yàn)均有積極的推廣應(yīng)用價(jià)值。
2.4 減少非計(jì)劃停機(jī)的技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐
設(shè)備故障和人因失誤均會(huì)造成機(jī)組的非計(jì)劃停機(jī)。為提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，大亞灣核電站對(duì)上新發(fā)展的以可靠性為中心的維修分析技術(shù)（Reliability-Centered Maintenance,RCM）開(kāi)展了應(yīng)用化研究，從管理故障后果方面提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。同時(shí)在研究成果的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了適用于大型核電站的預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行設(shè)備的狀況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)運(yùn)行趨勢(shì)以及可能發(fā)生的故障模式。為減少人因失誤帶來(lái)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用概率論方法，開(kāi)發(fā)了能用于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)價(jià)的概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型（Probabilistic Risk Assessment,PRA）。通過(guò)應(yīng)用RCM和PRA技術(shù)，加強(qiáng)設(shè)備維修質(zhì)量管理和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，電站非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)已由每年平均5次降低至1次以下。
（1）以設(shè)備可靠性為中心的維修技術(shù)的研究與應(yīng)用（新型維修概念和技術(shù)，大大提高維修的準(zhǔn)確性）
以可靠性為中心的維修（Reliability-Centered Maintenance,RCM）技術(shù)理論是以管理設(shè)備故障影響和后果為基礎(chǔ)的維修分析理論，區(qū)別于傳統(tǒng)的以設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為基礎(chǔ)的定期解體維修理論。90 年代才逐漸應(yīng)用于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)設(shè)備的維修領(lǐng)域。美國(guó)核電站正是由于應(yīng)用了RCM分析技術(shù)，其可用率才有了大幅提升。
RCM分析技術(shù)主要的難點(diǎn)在于此維修分析技術(shù)首先需要熟知設(shè)備的功能和性能，需要多領(lǐng)域的專(zhuān)家支持進(jìn)行系統(tǒng)分析，分析過(guò)程復(fù)雜，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。將分析結(jié)果應(yīng)用于維修活動(dòng)，涉及到維修體系的大量調(diào)整。工作量因系統(tǒng)復(fù)雜性而大幅增加。所以國(guó)內(nèi)RCM的理論研究較多，但真正將此理論轉(zhuǎn)化成技術(shù)成功應(yīng)用于生產(chǎn)企業(yè)的不多。
大亞灣核電站的主要系統(tǒng)有230多個(gè)，設(shè)備近萬(wàn)余項(xiàng)，采用傳統(tǒng)的周期性維修方法不僅耗費(fèi)巨大，平均每年大修的費(fèi)用超過(guò)千萬(wàn)，而且還常因設(shè)備解體檢查再投運(yùn)后故障多，使機(jī)組運(yùn)行可靠性下降。要全面地應(yīng)用RCM分析技術(shù)，在技術(shù)難度和工作量上都是一個(gè)浩大的工程。大亞灣核電站在RCM通用的分析邏輯基礎(chǔ)上，增加了多個(gè)判據(jù)，如單一、多重故障導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)的判據(jù)，導(dǎo)致安全功能設(shè)備不可用的判據(jù)，開(kāi)發(fā)出適合核電廠的RCM分析技術(shù)。制訂了復(fù)雜設(shè)備系統(tǒng)的RCM技術(shù)分析標(biāo)準(zhǔn)步驟：分析系統(tǒng)設(shè)備的功能和性能標(biāo)準(zhǔn)、分析功能失效模式、分析故障影響和故障后果、利用決策樹(shù)確定所采用的維修類(lèi)型和頻度、分析成果審查形成維修導(dǎo)則。
大亞灣核電站已對(duì)60個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行了RCM分析。通過(guò)RCM分析，每年按原定期維修技術(shù)確定的400余項(xiàng)設(shè)備項(xiàng)目中有超過(guò)50%項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)整，取消了140項(xiàng)的檢修項(xiàng)目。在2003年機(jī)組第九次大修中共節(jié)約直接維修費(fèi)用174萬(wàn)元人民幣。核電廠雖然系統(tǒng)冗余功能多、安全要求高，但其與常規(guī)電廠相比同樣具有系統(tǒng)設(shè)備功能復(fù)雜和可靠性要求高的相似之處，大亞灣核電站的RCM分析技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)的常規(guī)電廠及核電廠提高設(shè)備維修水平具有同樣的推廣價(jià)值。
（2）預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用（研制出適用于大型核電站的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)）
大型機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)一直是科研院校、電力企業(yè)重點(diǎn)研究的技術(shù)，其主要技術(shù)原理是對(duì)機(jī)組各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行綜合的監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行特性以及故障模式，評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備可能發(fā)生的故障，從而提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模型以及診斷技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)內(nèi)也有不少在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，但一般只適用于火電機(jī)組。對(duì)于安全性能要求高、系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備冗余多的大型核電機(jī)組，由于其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模型和診斷技術(shù)，與常規(guī)火電廠有很大的不同，所以無(wú)法直接引進(jìn)套用現(xiàn)有專(zhuān)家系統(tǒng)。
大亞灣核電站預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)將RCM分析技術(shù)應(yīng)用于在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，根據(jù)電站對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的RCM分析結(jié)果，從眾多的參數(shù)中找出真正影響設(shè)備運(yùn)行可靠性的表征參數(shù)，構(gòu)建監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模型，解決了普通專(zhuān)家系統(tǒng)中的設(shè)備參數(shù)多而雜亂，依賴(lài)于人工經(jīng)驗(yàn)，適用性差的應(yīng)用性難題。設(shè)備故障診斷模型中，采用故障模式->性能癥狀->監(jiān)測(cè)參數(shù)三個(gè)層次進(jìn)行故障診斷模型描述。在建立故障診斷專(zhuān)家?guī)鞎r(shí)，依據(jù)RCM分析技術(shù)得出的重要故障模式，推導(dǎo)設(shè)備的性能癥狀和相對(duì)應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)參數(shù)的邏輯方式。在診斷過(guò)程中，則使用這一邏輯方式的逆向推導(dǎo)。這一種模型構(gòu)建邏輯，思路清晰、易于操作和理解，在工業(yè)領(lǐng)域中具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
在預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，電站還使用了數(shù)據(jù)總線的技術(shù)解決多個(gè)離散的底層參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。在底層數(shù)據(jù)與應(yīng)用層之間建立一個(gè)公共數(shù)據(jù)接口，增加了系統(tǒng)的兼容性和可擴(kuò)展性。
目前大亞灣核電站預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)包含624個(gè)設(shè)備監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，1400個(gè)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)參數(shù)、3000多個(gè)故障診斷模式。預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及維修需求的評(píng)估準(zhǔn)確率達(dá)97%，及早發(fā)現(xiàn)和處理了多起重大設(shè)備隱患，如發(fā)電機(jī)定子線棒氫氣泄漏故障、冷卻海水入口旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)驅(qū)動(dòng)軸承腐蝕損壞等，避免了停機(jī)檢修和設(shè)備損壞造成的重大損失。
大亞灣核電站預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)可以使得核電站結(jié)合RCM分析成果，對(duì)重要設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)有效的跟蹤、評(píng)估，使運(yùn)行、維修、技術(shù)三個(gè)層面的設(shè)備監(jiān)測(cè)和故障診斷構(gòu)成整體智能平臺(tái)。對(duì)于目前以傳統(tǒng)設(shè)備監(jiān)測(cè)和維修技術(shù)占主導(dǎo)地位的國(guó)內(nèi)核電廠和常規(guī)電廠，推廣應(yīng)用基于RCM分析基礎(chǔ)的預(yù)測(cè)性維修專(zhuān)家系統(tǒng)，可以大幅提高設(shè)備監(jiān)測(cè)和維修的有效性，進(jìn)一步提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性。
（3）核電站風(fēng)險(xiǎn)定量分析技術(shù)的研究與應(yīng)用（創(chuàng)建系統(tǒng)、設(shè)備損壞對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)的定量分析模型）
核電站zui初的系統(tǒng)可靠性與風(fēng)險(xiǎn)分析主要側(cè)重于以工程確定論為基礎(chǔ)的定性分析。定性分析簡(jiǎn)單易懂，在工程中廣泛應(yīng)用。但由于是定性分析，無(wú)法做到化，造成了核電站系統(tǒng)可靠性、安全風(fēng)險(xiǎn)分析和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)過(guò)分保守。隨著近年來(lái)，核電行業(yè)普遍受到電力市場(chǎng)放松管制的影響。管制放松形成了“競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”，使核電面臨著其他能源，尤其是天然氣（發(fā)電）的激烈競(jìng)爭(zhēng)，核能界開(kāi)始在確定論的基礎(chǔ)上，結(jié)合概率論，對(duì)系統(tǒng)可靠性和安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析，在確保足夠安全的前提下，大幅降低運(yùn)行和監(jiān)管成本。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)遠(yuǎn)比定性方法更精細(xì)、更復(fù)雜，主要有概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)PRA（Probabilistic Risk Assessment）、GO-FLOW法、火災(zāi)爆炸指數(shù)法FEI（Fire Explosion Index）等。
這幾種方法有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，在武器裝備、航空航天等*門(mén)應(yīng)用zui廣的是PRA法，而像FEI法則主要適用于化工行業(yè)。PRA技術(shù)已在*核電站廣泛應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)核電站應(yīng)用才剛剛開(kāi)始應(yīng)用。在一個(gè)電站系統(tǒng)地應(yīng)用PRA技術(shù)，須要涉及失效模式與效應(yīng)分析、故障樹(shù)分析、事件樹(shù)分析、人因可靠性分析等各項(xiàng)分析技術(shù)。應(yīng)用 PRA技術(shù)，建立與系統(tǒng)實(shí)際相符的定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型是關(guān)鍵。其需要對(duì)整個(gè)電站系統(tǒng)設(shè)備可靠性、失效模式、以及人因失誤行為進(jìn)行全面的、系統(tǒng)的概率分析，構(gòu)建完整的事件樹(shù)、故障樹(shù)以及事件序列，建立設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)和人因可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。
PRA技術(shù)研發(fā)過(guò)程中首先是利用故障樹(shù)分析法演繹出核電站系統(tǒng)故障模型并得到硬件系統(tǒng)故障概率。利用人認(rèn)知可靠性和人失誤率預(yù)測(cè)技術(shù)以及熱工水力學(xué)分析獲得核電站人因失誤概率，同時(shí)建立設(shè)備可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)和人因可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)。利用參考PRA和統(tǒng)計(jì)及分析得到的初因事件頻率，綜合系統(tǒng)故障概率、人因失誤概率以及由熱工水力學(xué)分析得到的成功準(zhǔn)則對(duì)電站針對(duì)各種初因事件的響應(yīng)實(shí)施事件樹(shù)分析，從而得到各種初因事件條件下電站安全事故的序列和以概率形式表述的安全事故風(fēng)險(xiǎn)度。
為了構(gòu)建可應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)的可靠性和風(fēng)險(xiǎn)分析的PRA模型，大亞灣核電站從系統(tǒng)手冊(cè)、運(yùn)行規(guī)程、事故處理規(guī)程出發(fā)，重新建造全部事件樹(shù)和故障樹(shù)分析，并對(duì)每棵故障樹(shù)均實(shí)施了失效模式影響分析。在事件樹(shù)和故障樹(shù)建造過(guò)程中補(bǔ)充考慮了壓縮空氣系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等支持系統(tǒng)的影響。對(duì)一些重點(diǎn)事件和事故規(guī)程的時(shí)間進(jìn)程進(jìn)行熱工水力分析，對(duì)事件樹(shù)、故障樹(shù)涉及到的人因事件進(jìn)行人因分析和人誤概率計(jì)算。
進(jìn)行了電廠和廠外電源、設(shè)備可靠性和初因事件的收集和處理。根據(jù)原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）同行指導(dǎo)意見(jiàn)，對(duì)初因事件進(jìn)行了主邏輯圖分析。結(jié)合可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)工作的開(kāi)展，吸收EDF的*經(jīng)驗(yàn)，編制了大亞灣核電站的設(shè)備分類(lèi)、功能、經(jīng)驗(yàn)反饋數(shù)據(jù)采集報(bào)告。
在目前大亞灣核電站PRA模型中包含有：
1）12大類(lèi)初因事件，64個(gè)子初因事件，66棵事件樹(shù)；
2）3個(gè)核安全相關(guān)系統(tǒng)的可靠性分析及相關(guān)設(shè)備的失效模式與效應(yīng)分析；
3）2003個(gè)故障樹(shù)邏輯門(mén)；
4）2581個(gè)基本事件；
5）490個(gè)嚴(yán)重安全事故序列（導(dǎo)致堆芯熔化）。
大亞灣核電站運(yùn)用PRA技術(shù)，進(jìn)行可靠性和風(fēng)險(xiǎn)定量分析研究，在運(yùn)行、維修及工程改造等方面進(jìn)行了眾多事件的決策分析。迄今為止，已在近30個(gè)項(xiàng)目中成功地應(yīng)用PRA分析技術(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果，電站取得了明顯的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)由于采用這些分析作為決策的，使電站避免了直接或間接的經(jīng)濟(jì)損失近2億元人民幣，其中純收入近7000萬(wàn)元人民幣。如大亞灣核電站RAM系統(tǒng)（控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電源系統(tǒng)）原設(shè)計(jì)的電壓急降保護(hù)裝置經(jīng)常誤動(dòng)作，容易引起非計(jì)劃停機(jī)停堆。法瑪通公司建議電站安裝新的保護(hù)裝置。電站經(jīng)應(yīng)用PRA技術(shù)進(jìn)行可靠性和風(fēng)險(xiǎn)定量分析后認(rèn)為此裝置對(duì)機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)較小，可以取消該保護(hù)而不需安裝新的保護(hù)裝置，直接節(jié)約改造費(fèi)用300萬(wàn)元人民幣。
大亞灣核電站構(gòu)建PRA應(yīng)用模型，進(jìn)行系統(tǒng)可靠性和風(fēng)險(xiǎn)定量分析技術(shù)，是一種以概率論為基礎(chǔ)的對(duì)大型復(fù)雜設(shè)施（電站、大型工藝系統(tǒng)等）的設(shè)計(jì)、運(yùn)行進(jìn)行全面綜合研究的分析技術(shù)。既定量考慮安全評(píng)價(jià)的不確定性，又定量考慮專(zhuān)家意見(jiàn)和工程判斷，系統(tǒng)地、現(xiàn)實(shí)地評(píng)估各種事故頻率和后果，為安全有關(guān)問(wèn)題的決策提供了協(xié)調(diào)一致、完整的方法，可廣泛應(yīng)用在核電站及常規(guī)電站的設(shè)計(jì)變更和改造、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理。
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