幾十年來， PRA保證了美國反應(yīng)堆機(jī)組的安全運(yùn)行。

1、風(fēng)險(xiǎn)焦點(diǎn)

PRA(概率風(fēng)險(xiǎn)評估)的風(fēng)險(xiǎn)見解，從許多不同的角度提供了有用信息，從設(shè)施維護(hù)最重要內(nèi)容到更好地理解如何解決有關(guān)安全問題。

支持創(chuàng)建和增強(qiáng)PRA模型的方法和工具，是通過幾十年的研究建立的，從1975年出版的WASH-1400《反應(yīng)堆安全研究》開始，到今天使用的綜合工廠特定模型。

實(shí)踐證明，PRA技術(shù)的使用，一直是實(shí)現(xiàn)工廠安全明顯改善的關(guān)鍵因素。

在核能研究所最近的一項(xiàng)研究，分析了核電站PRA模型更新的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，在核電站過去30年運(yùn)行中，平均堆芯損傷頻率顯著降低。

值得注意的是，這些安全性的改善，發(fā)生在平均發(fā)電廠容量系數(shù)從約70%增加到90%以上的一段時(shí)間內(nèi)。

此外，使用PRA的風(fēng)險(xiǎn)焦點(diǎn)，是美國多個(gè)應(yīng)用程序中使用的風(fēng)險(xiǎn)指引監(jiān)管框架的重要組成部分，包括以下內(nèi)容：

■ 維護(hù)規(guī)則程序，包括在線維護(hù)活動(dòng)的電廠配置風(fēng)險(xiǎn)管理程序。

■使用風(fēng)險(xiǎn)指引方法更改工廠許可基礎(chǔ)。

■ 通過風(fēng)險(xiǎn)評估確保工廠的總體基線安全。

■ 消防計(jì)劃。

■ 風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)規(guī)范，包括完成時(shí)間和監(jiān)督頻率控制程序。

■ 允許對使用風(fēng)險(xiǎn)指引分類過程的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和組件進(jìn)行替代監(jiān)管處理的程序。

由于PRA模型被用于支持廣泛的工廠決策，現(xiàn)在被應(yīng)用于分析工廠越來越多樣化的方面，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了20世紀(jì)70年代設(shè)想的最初意圖。

對PRA方法和工具的這些要求，導(dǎo)致了進(jìn)一步擴(kuò)大PRA使用的挑戰(zhàn)，并提高了未來研究如何應(yīng)對這些挑戰(zhàn)以確保持續(xù)核安全的潛力。

除了PRA的需求外，計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域還帶來了計(jì)算方法的進(jìn)步，這些方法可能有助于核電站PRA的應(yīng)用。這些新技術(shù)在提高PRA的有效性和經(jīng)濟(jì)性方面具有巨大潛力，目前正在探索其對PRA和核電界的潛在優(yōu)勢。

2、PRA類型

PRA是一個(gè)概念，而不是一種工具或方法。

PRA是一種風(fēng)險(xiǎn)評估方法，它依賴于定量風(fēng)險(xiǎn)建模，由額外的定性輸入提供信息，用于評估當(dāng)前設(shè)計(jì)或操作的風(fēng)險(xiǎn)，以及識別性能不足。

■ 傳統(tǒng)的、經(jīng)典的或遺留的PRA：這些是基于事件樹的PRA，用于定義潛在的事故序列和概率，以及基于故障樹的PRA，用于表示在事件樹中遵循序列的分支點(diǎn)。

核電站傳統(tǒng)PRA的結(jié)果是一組最小割集(即，將導(dǎo)致事故工況建模的組合)，反映了經(jīng)歷所分析工況的方式，對于核電站來說，這通常是堆芯損傷和裂變產(chǎn)物的大量早期釋放。

術(shù)語“安全案例”有時(shí)與PRA混淆。安全案例是一種結(jié)構(gòu)化的方法，依靠證據(jù)來證明系統(tǒng)是安全的。

雖然PRA不需要成為安全案例的一部分，但支持安全案例的證據(jù)通常采用PRA的形式。

研究表明，使用概率方法可以補(bǔ)充確定性方法，加強(qiáng)整體核安全方法。

■ 動(dòng)態(tài)PRA：創(chuàng)建這些PRA通常是為了將定時(shí)信息捕獲到通常的靜態(tài)模型中。

動(dòng)態(tài)PRA最初創(chuàng)建于20世紀(jì)70年代末和80年代初，隨著時(shí)間的推移，已經(jīng)擴(kuò)展到將物理現(xiàn)象包括在場景建模中。

歷史上，許多不同的方法被用來表示動(dòng)態(tài)PRA，包括故障樹和事件樹隨時(shí)間的擴(kuò)展、基于圖的模型、基于馬爾可夫方法和各種模擬技術(shù)。

■ 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)評估(CRA)：這些模擬代表了場景的操作、時(shí)間、可能性和物理性。

CRA的輸出包括場景信息，如物理參數(shù)(如堆芯溫度和壓力)、詳細(xì)的時(shí)間歷史、失敗或成功的裕度，以及經(jīng)歷從成功到失敗的各種結(jié)果的概率。

由于CRA可以提供豐富的信息，包括操作設(shè)施的物理信息，因此可以用于進(jìn)行詳細(xì)的工程設(shè)計(jì)、支持安全案例、識別重要的物理現(xiàn)象、不確定性量化和風(fēng)險(xiǎn)知情應(yīng)用。

3、擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)評估和管理工具方面的挑戰(zhàn)

人力可靠性分析中，建模的不同類型依賴關(guān)系說明。

通過努力接觸一系列行業(yè)PRA用戶，以確定當(dāng)前PRA方法和工具的潛在問題，最終確定在及時(shí)有效的風(fēng)險(xiǎn)知情決策方面，哪些問題最為重要。

根據(jù)反饋，確定了幾個(gè)挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)可能會(huì)阻礙基于當(dāng)前PRA實(shí)踐的PRA模型中風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)一步使用：

■ 量化速度和效率。被引用最多的問題之一是，目前的PRA軟件方法和工具需要數(shù)小時(shí)才能解決許多模型。

這源于模型的復(fù)雜性和細(xì)節(jié)的增加，需要更大的計(jì)算能力和內(nèi)存。

一個(gè)例子，火災(zāi)概率風(fēng)險(xiǎn)評估模型所需的時(shí)間，量化可能長達(dá)幾天。在過去的二十年里，解決PRA模型所需的漫長時(shí)間問題一直是一個(gè)持續(xù)的問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

■ 相關(guān)性分析。另一個(gè)經(jīng)常提到的問題是，如何表示依賴性以進(jìn)行人力方面的可靠性分析。

通常，在PRA模型中，代表核心損傷的單個(gè)場景中可能存在多個(gè)人類行為。

然而，這些事件之間可能存在依賴關(guān)系，例如同一團(tuán)隊(duì)執(zhí)行多個(gè)動(dòng)作，或者執(zhí)行不同活動(dòng)之間共享的動(dòng)作所需的時(shí)間。

目前的做法是在PRA模型中創(chuàng)建復(fù)雜的關(guān)系來尋找這些依賴關(guān)系，然后根據(jù)需要修改結(jié)果。

這些依賴關(guān)系模型不僅復(fù)雜且難以理解，而且會(huì)減慢分析速度，增加總體量化時(shí)間。

■ 模型開發(fā)、維護(hù)和更新。管理和更新PRA模型的過程大多是一項(xiàng)手動(dòng)、勞動(dòng)密集型和專業(yè)化的活動(dòng)，在許多情況下，必須維護(hù)多個(gè)PRA模型，以代表不同的風(fēng)險(xiǎn)知情應(yīng)用程序。

提供、管理和檢查PRA模型的自動(dòng)化方式，將有利于許多日常風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)活動(dòng)。

■ 風(fēng)險(xiǎn)集合。風(fēng)險(xiǎn)集合包括將PRA的不同要素相結(jié)合的活動(dòng)，以開發(fā)見解和指標(biāo)來支持決策。

風(fēng)險(xiǎn)集合在決策方面具有挑戰(zhàn)性(例如，如何理解具有不同細(xì)節(jié)、置信度和不確定性水平的不同輸入的含義)。

隨著PRA模型擴(kuò)展到多種類型的危險(xiǎn)，包括內(nèi)部火災(zāi)、外部洪水、管道破裂、大風(fēng)和地震事件，并考慮單個(gè)危險(xiǎn)(或危險(xiǎn)組合)對具有多個(gè)機(jī)組和多個(gè)潛在放射釋放源的現(xiàn)場的可能影響，適當(dāng)比較總體集體風(fēng)險(xiǎn)，以及個(gè)人危險(xiǎn)的貢獻(xiàn)可能具有挑戰(zhàn)性。

■ 不確定性分析。使用風(fēng)險(xiǎn)評估的一個(gè)好處是，能夠解決我們理解狀態(tài)中固有的不確定性。

大多數(shù)PRA模型包括明確納入故障參數(shù)考慮的不確定性的能力，包括常見原因故障概率、故障率和啟動(dòng)事件頻率。

然而，大多數(shù)PRA通過敏感性、邊界評估、專家啟發(fā)和其他方法，以不同的方式處理與物理現(xiàn)象相關(guān)的不確定性(成功標(biāo)準(zhǔn)、成功與失敗之間的差距以及失敗的因果機(jī)制)。

鑒于物理現(xiàn)象的不確定性可能會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前PRA的不確定性，改進(jìn)方法以綜合理解總體貢獻(xiàn)至關(guān)重要。

■ 風(fēng)險(xiǎn)見解的溝通。商業(yè)核電站是復(fù)雜的，因此，其相關(guān)的PRA模型變得越來越復(fù)雜。

此外，創(chuàng)建、維護(hù)和部署PRA的過程需要高水平的專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)，這限制了風(fēng)險(xiǎn)洞察和結(jié)果驅(qū)動(dòng)因素背后的溝通便利性。

此外，目前使用的計(jì)算機(jī)支持工具依賴于幾十年前的基本可視化方法和理論。

PRA模型的結(jié)果及其影響的溝通，對于包括工廠經(jīng)理和監(jiān)管機(jī)構(gòu)在內(nèi)的廣泛利益相關(guān)者進(jìn)行有效決策至關(guān)重要。

這一點(diǎn)尤為關(guān)鍵，因?yàn)樵S多利益相關(guān)者和決策者都不是PRA理論細(xì)節(jié)方面的專家。因此，通過開發(fā)改進(jìn)的方法來顯示PRA的數(shù)據(jù)和結(jié)果，可以獲得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

使用核管理委員會(huì)事故序列前體程序儀表板的可視化進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)溝通的示例如下所示。

顯示核管理委員會(huì)事故序列前體計(jì)劃風(fēng)險(xiǎn)見解的示例儀表盤。

■ 新技術(shù)和現(xiàn)有模型的集成。現(xiàn)有的PRA方法依賴于一個(gè)框架，該框架主要在20世紀(jì)70年代開發(fā)的方法構(gòu)建的。

隨著新的先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展(例如，并行處理的使用、現(xiàn)象的多物理建模和模擬來捕捉時(shí)間)，需要考慮這些先進(jìn)方法的集成和接受度，以增強(qiáng)當(dāng)前的實(shí)踐狀態(tài)并繼續(xù)促進(jìn)創(chuàng)新。

4、研究需求和路線圖

目前提出的挑戰(zhàn)突出了需要研究的關(guān)鍵領(lǐng)域，提高PRA技術(shù)的技術(shù)能力和成本效益變得困難。

我們注意到，一些挑戰(zhàn)可能在短期內(nèi)(在未來一到兩年內(nèi))難以解決。

盡管如此，我們相信，來自核工業(yè)界的風(fēng)險(xiǎn)研究，可以為當(dāng)今具有挑戰(zhàn)性的PRA問題帶來改進(jìn)和解決方案。

我們的研究機(jī)構(gòu)一直在就一系列優(yōu)先問題進(jìn)行合作。

最近，在美國能源部輕水反應(yīng)堆可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃和電力研究所的支持下，我們一直專注于三項(xiàng)近期研究活動(dòng)：(1)支持決策的量化速度，(2)人力相關(guān)基本事件的依賴性建模，以及(3)多危險(xiǎn)模型的集成。

5、量化速度

以堆芯損傷組合數(shù)量和相關(guān)堆芯損傷頻率表示的核電站PRA輸出。

PRA量化速度仍然是更高效使用這些模型，支持風(fēng)險(xiǎn)知情決策的最重大挑戰(zhàn)。量化速度影響PRA如何使用、修改和檢查的各個(gè)方面。

因此，在保持可接受的準(zhǔn)確性水平的同時(shí)，減少量化時(shí)間的研究，可以為PRA社區(qū)和核工業(yè)帶來最大的進(jìn)步。

作為核電站PRA中復(fù)雜性類型的一個(gè)例子，見右圖，隨著通過將PRA模型量化截?cái)嗨浇档偷皆絹碓叫〉闹祦聿东@額外的細(xì)節(jié)，最小割集的數(shù)量(即，電廠可能經(jīng)歷堆芯損傷方式的不同組合)變得非常大，其中組合不被認(rèn)為低于該頻率水平。

有幾個(gè)潛在的選項(xiàng)可以解決量化速度問題。一種選擇是采用量身定制的、針對具體情況的方法來獲得更高的截?cái)嘀担瑥亩鴾p少量化時(shí)間。

另一種方法是更好地理解PRA結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)及其對量化時(shí)間的影響。

第三個(gè)潛在的選擇是利用計(jì)算機(jī)科學(xué)對高性能計(jì)算的投資，并推進(jìn)軟件開發(fā)，以使用新方法解決PRA模型。

6、與人相關(guān)的基本事件的依賴性建模

人的可靠性分析建模是傳統(tǒng)PRA中可接受和必需的元素，代表作為PRA場景一部分的人的行為。

然而，當(dāng)多個(gè)人類行為出現(xiàn)在一個(gè)場景中(這種情況經(jīng)常發(fā)生)時(shí)，就會(huì)面臨重大挑戰(zhàn)。

一個(gè)關(guān)鍵問題是，這些單獨(dú)的事件如何通過時(shí)間相近的事件或依靠同一工廠員工完成多項(xiàng)所需任務(wù)等因素相互作用。

目前人類可靠性分析的方法，側(cè)重于通過應(yīng)用簡單的“如果-那么”類型的規(guī)則來手動(dòng)確定依賴程度。

這種方法是次優(yōu)的，因?yàn)樗赡懿坏貌灰蕾囉诒Ｊ氐募僭O(shè)，規(guī)則本身可能會(huì)變得復(fù)雜，外部評審員的審查可能會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的保守性和/或復(fù)雜性，這可能會(huì)也可能不會(huì)產(chǎn)生額外的見解。

與量化速度研究的情況類似，人類依賴問題有多種潛在的解決方案。

例如，一種方法可以是創(chuàng)建自動(dòng)的基于規(guī)則的過程來識別和應(yīng)用依賴因素。

另一種方法是，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)來尋找和應(yīng)用依賴因素。

第三種方法是在可能的情況下將依賴關(guān)系模型直接移動(dòng)到故障樹或事件樹中，從而完全繞過基于規(guī)則的方法。

7、多危險(xiǎn)要素模型集成

PRA中的綜合風(fēng)險(xiǎn)包括核電站內(nèi)部和外部的幾種不同類型的危險(xiǎn)要素。

越來越多的人正在開發(fā)和使用多種危險(xiǎn)模型來支持工廠的運(yùn)營需求。

評估所有潛在危險(xiǎn)所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，了解其個(gè)人行為在其中影響，并認(rèn)識到哪些風(fēng)險(xiǎn)見解最適合解決，這對于正確實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)知情決策至關(guān)重要。

然而，多危險(xiǎn)模型的完全集成，在執(zhí)行、維護(hù)和使用方面可能很麻煩。

此外，將風(fēng)險(xiǎn)見解匯總到單個(gè)輸出中往往會(huì)導(dǎo)致額外的溝通挑戰(zhàn)，而無法更好地了解各個(gè)PRA模型是如何集成的，以及是什么特定的組成部分、場景或不確定性導(dǎo)致了風(fēng)險(xiǎn)。

一項(xiàng)有用的研究活動(dòng)，可以集中在如何更有效地將各種危險(xiǎn)因素整合到現(xiàn)有的PRA模型中，而不會(huì)使原始模型過于復(fù)雜。

此外，這項(xiàng)研究與量化速度問題和相關(guān)研究有關(guān)，因?yàn)樘砑宇~外的元素有時(shí)會(huì)大大增加總體分析時(shí)間。

8、接下來方向

PRA為核工業(yè)提供了一種有效的工具，可以在運(yùn)行核電站等復(fù)雜設(shè)施時(shí)管理風(fēng)險(xiǎn)。

然而，就PRA的使用擴(kuò)展和風(fēng)險(xiǎn)知情決策改進(jìn)方面的持續(xù)進(jìn)展而言，這一過程并非沒有挑戰(zhàn)和限制。

通過行業(yè)從業(yè)者的反饋，我們在開發(fā)和使用風(fēng)險(xiǎn)知情應(yīng)用程序的PRA時(shí)，確定了當(dāng)前的問題并將其列為優(yōu)先事項(xiàng)。

我們現(xiàn)在正在運(yùn)用資源來調(diào)查和解決一些更令人煩惱的懸而未決的問題。

隨著這些解決方案的創(chuàng)建，它們將被整合到當(dāng)前和新的PRA方法中，用于進(jìn)一步加強(qiáng)美國在風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)方面的投資，同時(shí)繼續(xù)確保核反應(yīng)堆機(jī)組的安全。

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