基于核电厂维修规则实施RCM预维优化的研究

韩 伟，徐霞军，周哲俊，滕建刚，赵国辉

(江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042)

自2010年以来，国家核安全局一直在筹划和推动国内核电厂逐步建立基于性能和风险监测的安全监督体系，要求核电厂对其重要系统、设备和构筑物建立安全性能准则，对设备和系统退出运行进行维修和试验活动时的风险进行监测和管理，即用维修规则(MR)来管理；MR的实施也将有助于国家核安全局将有限的资源集中在对核电厂安全性能的结果和风险控制过程的监督上，确保安全重要SSCs得到有效监管，提高监管效率。同时，近年来国内核电营运单位或研究机构开展了设备可靠性管理和维修优化的工作，例如可靠性过程管理(INPO AP-913)和以可靠性为中心的维修(RCM)等，以期在确保安全相关构筑物、系统及部件可靠性的同时，降低因维修过度或不足而导致安全或经济上的影响。

2016年11月国家核安全局发布了《提高核电厂维修有效性的技术政策(征求意见稿)》，2019年4月组织了《维修规则实施大纲》的专题讨论，拟在国内核电厂推广应用维修规则，目前国内各核电厂也在开展维修规则研究和试点工作，逐渐具备了基于维修规则实施RCM预维优化工作的条件；基于维修规则实施RCM预维优化工作，可以保证核电守住安全底线，满足核安全监管要求所需要的固有安全可靠性，同时提高核电厂运行可靠性和经济性。

1 维修规则

1.1 维修规则的基本内容

维修规则是美国核管会基于有效维修对核安全有重要影响的认知，于1991发布的一份法规文件10 CFR 50.65《Requirements for monitoring the effectiveness of maintenance at nuclear power plants》，译为《核电厂维修有效性监测要求》，工业界称之为“Maintenance Rule(维修规则)”(简称“MR”)。1996年在美国核电厂正式实施，2000年NRC对该规则进行了修订，维修规则是美国第一个风险指引(risk-informed)和基于性能(performance-based)的强制性管理要求。

维修规则适用于对安全相关和部分非安全相关SSCs的维修监管，为配合监管要求，美国核资源理事会于1993年5月提交了一份维修规则的实施指导文件NUMARC 93-01《核电厂维修有效性监测行业指导》，NRC随后发布R.G.1.160《监测核电厂维修的有效性》对NUMARC 93-01进行认可并建议核电厂参考应用。

实施维修规则的主要目的是衡量/评价核电厂的维修有效性，强调适当、有效的维修对核电厂安全的重要性，保证核电厂核与辐射安全相关的SSCs维修活动的有效性和正当性，保证核电厂SSCs在合理维修的基础上能够执行既定功能，同时在可靠性与可用率之间寻求最佳平衡点。

维修规则包括范围筛选、风险重要性判断、性能指标设定、状态转换、维修有效性定期评估和维修活动风险管理等模块，各模块相互关联；实现维修有效性的监测和评估要求；通过设定性能指标持续监测目标SSCs，对不满足性能指标的SSCs加强关注和采取措施，从而提高设备可靠性，并实现可靠性与可用性的平衡。

1.2 维修规则的应用效果

美国实施维修规则后，由于人力物力资源集中用于关键系统和设备，能减少关键设备故障所导致的跳机或降负荷的概率；此外MR的维护风险管理提供了扩大在线维修的基础，约有半数以上的大修项目可以从大修阶段调整到日常进行，有效减少大修阶段人力物力的负荷，不仅提高检修质量，也缩短大修工期，有效的提升了机组的安全性及营运绩效。

自美国于1996年正式实施MR后，效益显著，核电厂绩效持续提升，取得了卓有成效的成绩，美国核电厂人员称赞维修规则是美国历来最好的核能管制法规；其中主要实施效果包括以下3方面：

(1)降低核电厂重大事件次数

美国核电厂平均重大事件次数由20世纪90年代开始实施之时呈逐年下降的趋势，由年均0.2次持续降低，除了因核电厂提高自身管理及硬件改造外，MR的实施，也是是引起这种变化较为重要的因素之一。

(2)提高核电厂平均能力因子

美国核电厂平均能力因子由20世纪90年代开始实施之时的76.6%开始持续提升，目前已经达到90.0%以上。

(3)减少核电厂平均换料大修时间

美国核电厂平均换料大修时间由开始实施时的80 d开始持续减少，核电厂在控制风险的同时，将更多的大修期间的任务灵活地调整为功率运行下的在线维修或试验。

维修规则实施的主要成效不仅在于能力因子的提升、换料大修时间的缩短和平均重大事件次数的降低，还利于核电业主识别高风险的SSCs，掌握重要安全系统性能状况，系统评价维修有效性，确保检修作业质量，减少非停或降功率次数，从而提高机组安全度和设备可靠度；也有利于核电业主充分利用核电厂的资源提高维修的有效性，调整和控制可用性和可靠性的平衡，使得核电厂的运行安全和经济性得到提高; 核电业主可以将MR作为扩大在线维修的基础，提升大修品质和缩减大修工期，增加发电绩效，达到在线维修自主管理的目标。同时维修规则也可作为整体核电厂安全评估的基础。

2 以可靠性为中心的维修

2.1 以可靠性为中心的维修的基本内容

RCM(Reliability Centered Maintenance)意为“以可靠性为中心的维修”，是目前国际上流行的、用以确定设备预防性维修需求、优化维修制度的一种系统工程方法。按国家军用标准GJB 1378—92《装备预防性维修大纲的制定要求与方法》，RCM定义为：“按照以最少的资源消耗保持装备固有可靠性和安全性的原则，应用逻辑决断的方法确定装备预防性维修要求的过程或方法”。

RCM 思想最早起源于 20 世纪 60 年代的美国航空领域。结合美国航空界和美国军方相关理论研究和实践成果，经过系统研究和总结，Stanley Nowlan 和 Howard Heap 于 1978 年发表了《Reliability Centered Maintenance》，正式提出了以可靠性的维修优化技术(RCM)，奠定 RCM 学科的重要理论基础。RCM 目前已经发展成为国际通用的一种优化维修制度、改进设备管理策略的系统工程方法。

美国电力科学研究院(EPRI)最早于 1983 年开始将 RCM 引入至Turkey、McGuire、San Onofre三座核电厂进行研究与应用，取得了显著效果，之后在美国多座核电厂得到推广。近几十年来，核能领域广泛引进并推行 RCM，RCM 维修优化技术在核能领域维修管理、设备管理中发挥越来越大的作用。

RCM的基本思路是对系统进行功能与故障分析，明确系统内各故障后果；用规范化的逻辑决断程序，确定各故障后果的预防性对策；通过现场故障数据统计、专家评估、定量化建模等手段在保证安全性和完好性的前提下，以最小的维修停机损失和最小的维修资源消耗为目标，优化系统的维修策略。它是确定设备预防性维修需求的一种方法、手段或过程，它有实实在在的分析过程与内容，它不是一种具体的维修方式，也不是笼统意义上的维修思想，它是一种分析过程和方法。

2.2 以可靠性为中心的维修的应用效果

RCM是一种以可靠性为中心的维修理论与方法，其重在管理故障后果，针对故障后果制订相关维修策略，从而预防或减轻故障的影响。RCM的分析与应用的主要效果如下：

(1)提高核电厂经济效益

通过RCM分析确定的维修任务在保证维修效果的前提下对维修内容与频度进行了优化，减少了人工时的投入，同时采取了最有效的维修任务，对不必要的项目进行了整合与精简，有数据表明RCM可使定期维修工作量下降约40%～70%，从而降低了维修成本，提高了维修的经济效益。此外，RCM分析后确定的部分维修任务的频度延长，或采用了可在线维修替代原先需要停机检修的任务，减少了停机时间，提高了运行效益。

(2)提高设备可靠性

RCM分析通过建立故障模式与功能故障间的关系，为设备确定了合适的维修内容与频度，在确保设备有全面的维修任务的同时也避免了对设备的过度维修，从而减少了设备因缺乏预防性维修以及维修过于频繁而造成的设备失效，提高了设备的可靠性。

(3)延长贵重设备的寿命

在RCM分析过程中，通过确保每台设备得到最低限度必需的维修，有助于确保设备与其保持完好的支撑结构和备件同寿命，有助于用户获得最长的单独部件的有用寿命。同时，确定主动性维修工作时优先考虑了状态监测，尤其是针对贵重部件状态监测运用的更加广泛。由于状态监测属于一种非破坏性维修，对于设备的干扰性很小，基本不会影响设备的完整性以及运行环境，从而延长了设备使用寿命。

3 基于维修规则实施RCM预维优化工作的研究与探讨

安全是核电发展的生命线，福岛核事故后，核电建造过程中更加重视安全的投入，应对极限核事故的专设安全系统、移动应急设备已成为核电厂的标配，由于安全投入的不断提高等原因，核电建设成本节节攀升，与此同时在市场经济条件下，核电厂作为生产电力的企业，同其他电力企业一样受到成本方面的挑战，市场也要求核电厂提供具有竞争力的电力价格水平；提高核电厂的运行维修的经济性，降低运行和维修成本成为国内外各大核电厂一直追求的目标。为了在已经处于“买方市场”“核电参与竞价上网”的电力市场中获取足够的利润和发展空间，必须在满足安全的前提下，通过降低生产运维成本，维持电力生产行业的可持续发展的能力；基于维修规则实施预维优化工作，可以使核电厂既满足核安全监管要求所需要的固有安全可靠性，又保持电厂高的运行经济性。

以可靠性为中心的维修RCM和维修规则MR在美国等核电厂应用并取得了很大的成功，为了保证机组的安全可靠性和维修有效性，国内核电厂有必要协同开展RCM和MR的推广应用工作，建立基于维修规则实施RCM预维优化的流程。

3.1 基于维修规则实施RCM预维优化流程

为实现MR与RCM的结合，本文探讨基于MR建立RCM维修优化的工作流程(见图1)，以期在保证设备安全可靠性的基础上实施预防性维修优化。

图1 基于维修规则实施RCM预维优化的流程Fig.1 Process of implementing the RCM pre-maintenance optimization based on the MR

3.2 基于维修规则实施RCM预维优化流程说明

本流程提出了一个系统基于维修规则开展RCM预防性维修优化的设想，包括组建基于MR的维修规则工作组、根据系统是否属于MR安全相关系统进行MR功能和非MR功能判断，对于非MR范围设备按一般RCM流程实施维修规则优化；对于MR范围设备按基于维修规则的RCM优化流程进行实施；主要步骤如下：

(1)MR安全相关系统的识别

根据系统对核电厂运行的重要作用，包括保证反应堆冷却剂压力边界的完整性、反应性控制和放射性包容等要素进行MR安全相关系统的判定，具有MR范围内安全功能的系统为MR范围内的安全相关系统。

(2)系统MR功能的判定

参考系统设计文件、正常运行规程、事故运行规程、仪控逻辑功能图等文件，列出系统功能；通过分析功能失效及其影响，结合安全相关和非安全相关SSC范围筛选原则，识别出系统的维修规则功能。

(3)设备故障模式识别、故障影响和后果分析

列写设备清单时，应先确定系统边界上的设备，再结合系统流程图和核电厂主数据列写系统内的所有设备，然后分析故障模式对功能的影响和产生的后果。

(4)MR设备的判定

确定设备的故障模式和故障概率后，进一步分析故障模式对系统功能的影响，如果某一设备的某一故障模式影响到了该系统的维修规则功能，则该设备即为维修规则范围设备。

(5)结合MR设备状态，提出维修优化任务

针对维修规则范围设备所处的监测状态——“a(1)：状态是不可接受的，对其实施的维修有效性不足，需采取相应的纠正行动”或“a(2)：状态是可接受的，对其实施的预防性维修能有效的控制该SSCs”——提出不同的预防性维修任务，经维修规则专家组审查通过，生效维修导则。

(6)优化预防性维修大纲

依据维修导则，开展设备预防性维修大纲优化。

4 结语

核电厂实施维修规则，核电厂对维修有效性以及维修活动的风险得到监测和有效管理，核电厂预防性维修大纲优化工作的开展有了维修规则作为边界，获得了开展设备预防性维修优化的灵活性；核电厂可以在满足维修规则安全性要求的前提下，基于维修规则实施预防性维修优化，实现核电厂降本增效。