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核電站從設計安全到現實安全的基本思考

文檔作者：趙飛云，王煦嘉，姚彥貴文檔來源：上海核工程研究設計院		點擊數：	更新時間： 2022年12月17日
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核電安全
核電站從設計安全到
現實安全的基本思考
趙飛云，王煦嘉，姚彥貴
(上海核工程研究設計院，上海200233)
摘要：文章針對核電站安全提出“設計安全”和“現實安全”的概念，通過分析研究國外
核事故與國內核安全質量事件，闡述設計階段確保核電站安全的設計安全重要性，重點描
述了設計安全保障體系內容。并從設計、采購、制造、建造、安裝、調試、運行、維護、
老化到退役等全生命周期角度分析影響核電站現實安全的關鍵因素，探討了全生命周期中
的質量保證體系、核安全文化建設、風險指引對策、人因工程管理、信息反饋機制、核安
全監(jiān)管體系等對核電站現實安全的重要意義。
關鍵詞：核電站；核設施；設計安全；現實安全；安全保障體系；全生命周期
中圖分類號：TL36 文獻標志碼： A 文章編號：1674—1617(2016)04-0356-08
Basic Discussion on Design Safety and Reality Safety
of NUclear Power Plant
ZHAO Fei-yun，WANG Xu-jia，YA0 Yan-gui
(Shanghai Nuclear Engineering Research and DeNgn Institute，Shanghai 200233，
China)
Abstract：The mnm~s of design safety and reality safety were put forward fOr nuclear power
plant safety in the paper．The importance of design safety was described in the design phase
to ensure the safety of nuclear po wer plant，baaxl on analysis of foreign nuclear accidents
and domestic nuclear quality inddents．The key factors of reatity safety were presented from
design， procurement， manufacturing， construction，installation， commissioning， operation，
m~atenance ．aging to retirement in the whole lifetime of nuclear po wer plant．The significant
meaning on reality safety was di~usmd according to the quality asurance system，safety
cnAture construction，risk～informed and performance-based approach，human factor engineering
management，information feedback mechanism and regulatory system in the whole Ne~ne．
Key words：nuclear power plant；nuclear facility；design safety reality safety safety assurance
system： 一Wife period
CLC number：TL36 Article character：A Article ID：l674—161 7(20l6)04-0356—08
收稿H期：2016一II—IO
作者簡介：趙飛云(1979一)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，高級工程師，碩士研究生，從事反應堆結構力學和核電站執(zhí)照申請工作。
核能安全越來越受到世界范圍的特殊重視，
特別是日本福島核事故后世界各國更加重視核安
全問題。我國倡導要在確保安全的基礎上高效發(fā)
展核電。這一方針立足世界核電發(fā)展大趨勢，強
調了必須緊緊把握安全和高效兩個關鍵點，指明
了我國核電發(fā)展的方向。
安全感，實際上是一種心態(tài)，是個人和公眾
對政府、社會和企業(yè)在某一領域所采取的應對危
害或風險的保障措施的信賴。這方面的保障越全
面、越周到、越詳細，個人或公眾在這個領域的
安全感越高 。
核電作為清潔能源其安全性一直備受人們
的關注。一般認為，為了保證核設施的正常運
行，預防核事故發(fā)生和在核事故下緩解其后果，
從而保護從業(yè)人員、公眾和環(huán)境不至于受到輻射
帶來的傷害，更多關注是設計中安全裕量考慮和
設計保守性，實際上，這只是影響核安全的一個
環(huán)節(jié)，核電站的安全應該是由核電廠的設計、采
購、制造、建造、安裝、調試、運行、維護、老
化管理到退役等眾多階段和環(huán)節(jié)組成的，安全問
題貫穿于每個階段和環(huán)節(jié)，如何提升核電的安全
性和可靠性，實現從核電站的“設計安全”到核
電站的“現實安全” ，就成為當前關注的焦點。
本文提出“設計安全”和“現實安全”概
念，并對其進行定義，闡述了兩者的內涵和影
響兩者關系的關鍵因素，提出從“設計安全”到
“現實安全”的實現途徑。
“設計安全” ， 是指從設計角度確保核電
廠各項設施在各種設計的瞬態(tài)運行工況，包括正
常、異常、危急和事故等工況下構筑物、系統(tǒng)和
部件的安全可靠性。 “設計安全”的要素主要是
設計理念與方法的正確性、保守性，核設施的可
靠性，以及對發(fā)生事故考慮的充分性。同時“設
計安全”要兼顧經濟性，在充分保證安全的前提
下，使核電廠的經濟性具有競爭優(yōu)勢。
“現實安全” ，是指經過設計、采購、制
造、建造、安裝、調試、運行、維護、老化管理
到退役形成的核電廠實體在實際運行中表現出的
安全可靠性。 “現實安全”是由電廠設計、物項
采購、設備制造、現場建造、安裝調試、運行維
護、老化管理和電廠退役等各個活動以及各活
中國核電
CHlNA NUCLEAR POW ER
第9卷第4期201 6年1 2月
動中所引入的人因所決定的。要保證“現實安
全” ，必須從設計初期充分考慮設計基準事故和
應對事故的能力，用合理的分析論體系對超設計
基準事故進行分析形成的充分應對能力，以及考
慮人因失誤或在系統(tǒng)異常事故情況下的人因可靠
性狀態(tài)。設計安全及現實安全關系如圖l所示。
圈涸圈圉圉 圈
圖1設計安全及現實安全關系圖
Fig．1 Relation between the design safety and reality
1 核事故I 核安全質量事件的啟示
表1給出了國外典型核事故及國內核安全質量
事件。三哩島核事故表明，盡管出現了維修錯誤
和設備故障，如果沒有運行人員錯誤干預即人因
失誤，安全系統(tǒng)按照設計自動投入，堆芯部分熔
化事故本可避免發(fā)生。三哩島核事故后，為了減
少人因失誤，各國在加強分析運行人員培訓，改
進人機接口和主控室設計等方面做了大量改進。
切爾諾貝利核事故發(fā)生的主要原因是該核電
廠所采用的堆型存在嚴重的設計缺陷。運行人員
執(zhí)行的實驗程序考慮不周和違反操作規(guī)程也是導
致這次事故的原因。但追溯其根本原因歸于原蘇
聯(lián)核電主管部門缺乏安全文化，因為這種堆型存
在的設計缺陷早已為人所知，在其他同類型核電
廠調試中已發(fā)現，并向有關主管部門專門寫了報
告，但未引起主管部門和有關方面的重視。分析
福島核事故的產生、惡化及最終處置，我們發(fā)現
從事故性質來看，這是一起由極端外部事件疊加
而導致全廠斷電使堆芯冷卻水喪失而引發(fā)堆芯熔
化的嚴重事故；從安全措施來看，這是一起核泄
漏處理不當而引發(fā)的嚴重影響環(huán)境的安全事故。
福島事故原因除了是人類認識自然能力不足與核
設施設計先天不足外，最根本的原因還是事故后
的事故管理決策機制有問題，事故后政府沒有及
時介入，未能及時合理處置事故，進而演變成嚴
重核事故。
分析國內核電廠質量事件(不符合項)，原
357
核
電
安
全
核電安全
因歸納起來主要是安全文化欠缺及質量保證的有
效性差；設計要求和指標不適當；原型產品未經
充分的鑒定試驗就在電廠使用；設計修改缺乏充
分的設計驗證；設計中的反應堆結構力學問題及
缺陷件的安全評定不充分；材料采購、工藝及無
損檢測的質量保證有效性存在重大缺陷；設計和
制造的銜接、全生命周期的信息反饋和質量保證
體系建設薄弱等。
表1 國外核事故及國內核安全質量事件典型案例
Table 1 Typical cases of foreign nuclear accidents and dom estic nuclear safety quality control incidents
事件類型 安全事件 原因分析
國外核電廠 人因問題
影響范圍較大的事故 三哩島事故 設備故障
堆型的設計缺陷
切爾諾貝利事故 操縱員違反操作規(guī)程
國外核電廠 運行管理上存在的問題
特大事故
福 島事 故 超 設 計 基 準 的地 震 +海 嘯
設計標準偏低
壓力容器接管安全端焊縫質量事件
核島筏基漏筋事件
安全殼牛腿焊接質量事件
CRDM耐壓殼破裂事件(T4)
控制棒落棒時間超差事件(T5) 核安全文化素養(yǎng)差
國內 堆內構件下部結構損壞事件(T6) 設計缺陷
核電廠質量事件 主泵泵殼裂紋事件 質量保證體系不健全
(不符合項) 主泵止推軸承損壞致使主泵情轉時間縮短，主泵啟 設計和制造管理不善
動“堵轉” 電機燒毀事件 運行管理不嚴格等
蒸汽發(fā)生器傳熱管腐蝕事件
蒸汽發(fā)生器管板質量事件
壓力容器鍛件制造質量事件
壓力容器主焊縫質量事件
2 建設設計安全保障體系
設計是一個從確定設計輸入開始，直到發(fā)布
設計輸出產品為止的過程 。核電機組的核安全
水平本質上是由設計決定的。設計安全是實現現
實安全的基礎。先進的設計理念、成熟的設計技
術、完善的安全標準、嚴格的設計質量保證、健
全的核安全文化等構成的設計安全保障體系，是
實現現實安全的基本前提(見圖2)。
2．1 先進的設計理念，提升設計安全水平
一切核設施的安全是從構筑物、系統(tǒng)和部件
的設計開始獲得的，好的設計理念，對提高核電
廠的安全性至關重要。如西屋公司三代核電技術
應用非能動的先進設計理念，采用非能動安全系
先進的 l l 完善的 l l 成熟的 l I嚴格的設計l I健全的核
設計理念l l安全標準I l設計技術l I質量保證l l安全文化
圖2 設計安全保障體系
Fig．2 Design safet)，supported system
統(tǒng)應對核電站事故。第三代非能動核電站與第二
代能動核電站在應對事故方面的主要不同之處是
第三代采用不需要外部動力的非能動安全系統(tǒng)，
而第二代采用需外部動力的能動的專設安全系統(tǒng)，
如圖3所示。
2．2 成熟的設計技術，夯實設計安全基礎
設計技術的成熟、設計手段的完善、設計體
CHINA NUC中LEA國R P核OWE電R fr繁；=
第9卷第4期2O16年1 2月 仝
第二代 第三代AP1000
能動安全系統(tǒng)核電站 能動安令系統(tǒng)核電站
t-13 第一代能動安 系統(tǒng)和第_蔓代非能動安 系統(tǒng)
Fig．3 The 2nd generation active safety system and 3rd generation passive safety system
系的完備，對提高核電設計安全至關重要。采用
先進的設計方法，借助成熟的設計／分析技術_3 ，
通過建立協(xié)同仿真設計分析平臺，加強設計與分
析之間的迭代關系 I，使之有機結合起來，為設
計提供最優(yōu)化的參考，及時剔除不合理的設計方
案，以確保設計最優(yōu)化，不但能提升工作效率，
還有利于提高設計的安全性 。協(xié)同仿真設計分
析平臺如圖4所示 。
CAD
CAE
設計
多學科、多場耦
合分析集成(流
體、機械、材料、
電磁、聲共振等
仿真)
核電廠對成熟技術和創(chuàng)新技術有其特定的考
慮。核電站中更多的是應用成熟的技術，采用被
實踐已經證明是安全的，或通過驗證證明是安全
的技術。在處理創(chuàng)新技術和成熟技術的關系時，
需要找到技術先進和安全可靠的平衡點。
l ^ 一．
‘
：
福島核事故的原因很大程度上是人類對自
然的認識不足，而致使設計上對防海嘯的能力不
圖4 同仿真設計一分析一完襤性評價系統(tǒng)
Fig．4 The assessm ent system of collaborative sim ulation design，analysis and integrity
夠。按2O世紀60年代的標準建造的核電廠，未充
分考慮超設計基準事故可能造成的影響。因此，
核電廠設計應選用經批準的、最新的或當前應用
的已被核安全監(jiān)管當局認可的標準和規(guī)范，并對
用作設計準則的標準和規(guī)范加強鑒別和評價，以
確定其適用性、恰當性和充分性，并根據需要進
行補充和修改。在合理地提升核電廠構筑物、系
統(tǒng)和部件等設計標準時，應將抵御超設計基準事
故的能力納入設計評估范圍，進行概率上的設計
分析評估，從驗收標準上提高核電廠設計的安全
裕度。
_
1
質量保證是為保證物項或服務能夠滿足質
359
核電安全
量要求并提供足夠的可信度所進行的計劃性和
系統(tǒng)性的活動。核電廠設計單位不僅應保證各
級設計人員受過適當的培訓，具有合格的技術
水平；在設計的各部門之間，及與客戶、供應
商、建造者和合同商之間，建立明確的接口；制
定并嚴格執(zhí)行有效的文件、設計、工藝過程和不
符合項等的管控程序，據此審查、校核和批準所
有的安全相關設計 J；形成標準化的設計流程、
接口手冊和文件體系，以滿足質保要求，保障設
計安全實現。
2．5 健全的安全文化，強化設計安全意識
核安全的基石是核安全文化建設 J。核安全
文化就是在震驚世界的美國三哩島和前蘇聯(lián)切爾
諾貝利兩次嚴重事故后提出的關于核安全的新概
念和新舉措，其結果是進一步重視了核安全管理
和形成了新的安全管理理念u 。
IAEA國際核安全咨詢組的報告INSAG一4“安
全文化” (Safety Culture)給出了關于安全文化
的明確定義。安全文化是一種責任心，即“安全第
一”的思想。作為核設施的設計人員必須從一開始
貫穿“安全第一”的思想，將強化設計安全的要求
轉化為全體設計人員的自覺意識，只有這樣每位設
計人員才能真正把安全設計理念融入核安全文化
中，主動學習，謙遜謹慎、精益求精，培養(yǎng)自己高
度的警惕性、實時的見解、豐富的知識和強烈的責
任感。
3 影響現實安 的關鍵因素
分析影響核電廠在實際運行中的安全性和可
靠性因素，一方面，要求電廠本身在運行中應具
有完備的安全管理措施和可靠的運行維護能力，
如設備與備件管理、人員素質管理、事故應急處
理能力等；另一方面，應從影響核電廠安全的全
生命周期角度，如全生命周期中的質量保證體
系、核安全文化建設、風險指引對策、人因工程
管理、信息反饋機制、核安全監(jiān)管體系等，分析
構成核電廠現實安全的關鍵因素，以保證電廠的
安全性和可靠性。
3．1 全生命周期質保體系
從設計安全到現實安全，要求對涉及核電廠
的設計、采購、制造、建造、安裝、調試、運行、
維護、老化管理到退役中影響質量的活動進行全
生命周期的質量保證。質量保證包括以下各個環(huán)
節(jié)：質量保證大綱、人員資格和培訓、文件控制、
設計控制、采購控制、物項控制、工藝過程控制、
檢查和試驗控制、不符合項控制、糾正措施和記
錄等。質量保證就是確保設計工作執(zhí)行了指定的
質量要求、確保加工和組裝按設計規(guī)格進行，確
認進行了試驗，驗證有關的部件滿足技術規(guī)格要
求，確認核電廠是按預定規(guī)則運行和維護的。
確保核電廠的核安全，從全生命周期角度來
保證質量和安全監(jiān)管，并在全生命周期進行設計
反饋，優(yōu)化后續(xù)設計，提高設計質量，以改善核
電廠的可建造性、可維護性、可試驗性、可檢查
性和可運行性。
3．2 全生命周期核安全文化建設
核安全文化不僅是設計安全的內在要求，更
是核電廠安全運行的基石。建立全生命周期核安
全文化體系、保障核安全是核電產業(yè)鏈上設計、
采購、制造、建造、安裝、調試、運行、維護、
老化管理到退役全過程各個環(huán)節(jié)參與者的共同責
任。不論哪個環(huán)節(jié)，參與者都應進行自我評價，
建立預警，發(fā)現安全隱患，及時解決；并根據出
現的情況對現有政策、組織情況、計劃和實施情
況進行自我安全評價的審查；對整個安全管理體
系組成部分互相監(jiān)督與管理，在工作中體現一種
超功利的安全管理思想和原則的核安全意識。因
此，應加強全生命周期核安全文化建設，將各個
環(huán)節(jié)核安全文化的抽象特性導出，形成各環(huán)節(jié)核
安全文化的具體外部表現形式，構成衡量核安全
文化優(yōu)劣的指標，量化并評價，如員工對于安全
意識、工作態(tài)度、自我評價、自我學習、系統(tǒng)思
維、縱深防御等概念的表露；企業(yè)的安全政策、
資源配置、管理體制、管理效果以及各個層次之
間的相互關系u?；決策層對核安全法規(guī)、監(jiān)管體
系、配套資源的制定和完善。國內外不斷發(fā)生的
核安全質量案例已告訴我們，重視并加強全生命
周期各環(huán)節(jié)的核安全文化建設， 就會帶來豐碩的
有形成果；忽視核安全文化建設， 就必然會帶來
不良的嚴重后果。
3．3 全生命周期風險指引對策
核電廠風險指引型管理是一種采用確定論
與概率論方法相結合的新的核電廠安全管理模
式，進行綜合決策時不僅要基于傳統(tǒng)的確定論方
法u ，而且還要基于使用概率論方法的風險影響
評價。近年來，概率安全評價(PSA)作為概率
論的風險量化評價技術日益成熟，為這種新管理
模式提供了堅實的基礎。它以接近現實而非過度
保守(確定論事故分析方法)的方式將所有有
關的信息，包括核電廠設計、建造、運行、維
修、設備可靠性管理、人因工程、堆芯熔化事故
物理過程及放射性物質對公眾健康與安全的潛在
影響，形成一個統(tǒng)一的風險評價方法。因此，在
核電廠的全生命周期安全管理中， 既需要從設
計、運行和監(jiān)管等諸方面進行考慮，還需要逐漸
從傳統(tǒng)的確定論方法的管理模式向采用確定論
和概率論方法相結合的風險指引型管理模式過
渡，如圖5所示。
至匝 匡
圖5 風險指引型管理模式
Fig．5 Risk—inform ed m anagem ent m ode
同時，隨著核電技術的提升，相應的PSA定
量指標要求也有所變化，如圖6所示，美國核管會
(NR C)對于已經處于運行的核電廠，要求堆芯損
傷頻率(CDF)和大量放射性釋放頻率(LRF)分
別不超過1．0×10叫／堆年和I．0×i0 ／堆年，而先
進輕水反應堆用戶要求(URD)中對這兩個指標
的要求分別為不超過1．0 X 10 ／堆年和1．0 X 10 ／
1．00E×10Ij
1．00E~10
1．OOE×10
婪1l00E×1曠6
1．0OEX1O
1．00Ex10—8
中國核電
CHINA NUCLEAR POW ER
第9卷第4期2016年1 2,q
堆年，這也是核安全管理導則(HAD)中對應的
PSA定量指標要求之一。
3．4 全生命周期人因工程管理
人因失誤對核電安全有很重要的影響，對實
現最終的質量和現實安全至關重要。近年來隨著
設備可靠性提高，人因導致的核電廠安全事件／
事故比重越來越大。人因失誤成為對系統(tǒng)安全性
影響最大的因素之一。
因此，必須在設計過程初期就系統(tǒng)地考慮如
何減少和避免人因失誤，并貫徹于設計全過程，
以盡量避免人因失誤造成的安全隱患。
在核電技術發(fā)展的最初20多年中，人因工程
的一些理念已部分地用于指導核電廠的設計。但
直到三哩島核電站和切爾諾貝利核電站事故后，
人因工程才開始系統(tǒng)地應用于核設施的設計和運
行中兒 。從廣度和深度角度來看，人因工程貫穿
于核電廠設計、采購、制造、建造、安裝、調
試、運行、維護、老化到退役的全生命周期中，
形成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)，在確保操縱員及核電廠
其他人員和公眾的安全、避免環(huán)境潛在危險以及
提高生產效率等方面發(fā)揮著重要作用，是核電廠
實現最終的現實安全的重要一環(huán)，這已經得到國
際公認。
3．5 全生命周期信息反饋機毒孽
設計院與制造廠、工程公司、業(yè)主單位以及
核安全監(jiān)督評審當局建立暢通的信息反饋渠道是
現實安全重要保障，如圖7所示。眾所周知，一座
核電廠的從設計到投入運行，從保證設計安全的
設計院到設備加工的制造廠、核電廠建造的工程
公司、核電廠營運管理的業(yè)主單位，以及安全審
核和安全監(jiān)督各個部門對實現現實安全都起著至
圖6 概率安全定量目標要求
Fig．6 Safety goals of PSA
361
核
電
安
全
核電安全
圖7 全生命周期信息反饋機制
Fig．7 Inform ation feedback m echanism in full—life
period
關重要的作用。
設計院與核電廠業(yè)主營運單位建立數據共
享平臺，將電廠實測數據用于對設計分析方法
的驗證，以提高設計水平，同時設計院的最新
安全研究成果以及對核電廠運行經驗進行評審
后的結果及時反饋給電廠營運單位， 以提高核
電廠的安全運行水平。同時，有助于新電廠在
設計中避免先前核電廠的負面特性并保留正面
特性，這樣形成的良性循環(huán)，使新核電廠的設
計安全水平不斷提高。核電廠運行經驗反饋促
進了設計能力，而進一步提高的設計能力又使
核電廠更加安全地運行。
3．6 全生命周期核安全監(jiān)管體系
隨著我國核電行業(yè)的快速發(fā)展，一個高效、
有效的核安全監(jiān)督管理體系將有助于適應復雜監(jiān)
管形勢的需要，確保實現核電廠全生命周期核安
全目標，保護工作人員、公眾健康和環(huán)境安全，
如圖8所示。
1)進一步完善核安全法規(guī)體系，根據國內
外核電運行經驗反饋和核技術的發(fā)展，制定、修
訂和完善有關核安全監(jiān)管的法律、法規(guī)和標準，
如 原子能法 ，保持我國的核安全法規(guī)及核安
全水平與國際水平一致，以適應我國核電發(fā)展的
需要。
2)強化核與輻射安全監(jiān)督，逐步推廣采用
新的核安全監(jiān)管方法，進一步編制和完善適用于
362
圖8 核安全監(jiān)督管理體系
Fig．8 Nuclear safety regulatory system
各個核電廠在選址、制造、建造、調試、運行、
退役等各個不同階段的監(jiān)督大綱和各類監(jiān)督程
序。嚴格按照批準的監(jiān)督大綱和程序加強對核電
廠的核與輻射安全監(jiān)督，不斷促進核電廠嚴格按
照國家核安全局認可的質量保證大綱從事核與輻
射安全活動，促進各個核電廠的質量保證體系有
效運轉。
3)培養(yǎng)一支人員適中、技術精良、相對獨
立的核安全監(jiān)管隊伍，提高核安全監(jiān)管能力。
推進注冊核安全工程師執(zhí)業(yè)制度建設，努力加
強核安全技術后援單位的人才培養(yǎng)和引進，采
取有效措施提高其業(yè)務能力，逐步改善和提高
他們的生活待遇，在穩(wěn)定現有技術人才隊伍的
同時，積極創(chuàng)造條件，吸引更多有志于核安全
監(jiān)管事業(yè)的高素質科研人才，為建立和發(fā)展核
安全監(jiān)管事業(yè)服務。
4 結束語
本文基于核安全質量事件的教訓，闡明了設
計階段確保核電站設計安全的重要性，構建了基
于先進的設計理念、成熟的設計技術、完善的安
全標準、嚴格的設計質量保證、健全的核安全文
化等內容的設計安全保障體系；從設計、采購、
制造、建造、安裝、調試、運行、維護、老化到
退役等核電廠全生命周期角度分析了影響現實安
全的關鍵因素，重點探討了全生命周期中的質量
保證體系、核安全文化建設、風險指引對策、人
因工程管理、信息反饋機制、核安全監(jiān)管體系等
對核電站現實安全的重要意義。
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安
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