概率安全分析中不确定性的识别和评估

概率安全分析中不确定性的识别和评估

摘要:概率安全分析作为系统化的安全分析方法,在核电厂安全分析和风险管理中发挥着重要的作用。由于该分析方法中诸多因素的复杂性,使得概率安全分析的结果存在较大的不确定性,需要对这些不确定性进行识别和评估,以确信相关风险的可接受性。概率安全分析中的不定性分为三类:参数不确定性、建模不确定性和完备不确定性,本文对这些不确定性进行了研究,给出了三类不确定性的识别和评估方法,并结合实际的工作对特定模型进行了较为完整的不确定性分析。

关键词:概率安全不确定性识别和评估

概率安全分析标准ASME/ANS PRA标准中明确要求对概率安全分析中的不确定性进行识别和评估。美国核管会(NRC)和美国电力研究院(EPRI)在发布的报告中将概率安全分析中的不确定性归纳为三类:参数不确定性、建模不确定性和完备不确定性。这些不确定性的来源不同,处理方式也不同。合理的处理这些不确定性,对于概率安全分析结果的可信性具有重要意义,为概率安全分析在核电厂设计和运行中的应用奠定基础。

1 参数不确定性的识别和评估

参数不确定性主要分为两个方面:基本事件的不确定性和风险计算的不确定性。

基本事件的不确定性主要包括始发事件、人误事件和设备可靠性数据等的不确定性。在始发事件分析、人误分析以及设备可靠性数据分析时,一般都会给出不确定性分析结果,它们的不确定性处理归入到相应的分析中。

风险计算的不确定性来源于认知相关性。割集中的所有事件如果独立,则输出的点估计值即为均值。但通常情况并非如此,对于割集中相似的设备,它们之间存在某些联系,导致点估计值与考虑了这种联系的均值是不同的,有时还区别较大。一般把这种联系称作认知相关性。由于认知相关性的普遍存在,在风险计算中需要处理这种不确定性。ASME/ANS PRA标准对风险计算的不确定性给出了不同的能力类别。满足能力类别I的方法是计算点估计值,通过设定案例计算不确定度;满足能力类别II和III的方法是计算点估计值,确定并建立认知相关组,传递不确定性,最终给出均值和概率分布,不同的是能力类别II 只对重要的认知相关组进行分析。

2 建模不确定性的识别和评估

建模不确定性是指:没有一致认可的方法或模型去处理,并且方法或模型的选取不同会对概率安全分析结果有影响的事项,例如,成功准则变化、新增始发事件等。

识别建模不确定性来源及相应假设可以以通用的建模不确定性

清单为基础,结合电厂特定的特征和建模方式,最终来确定清单。ASME/ANS PRA标准、美国NRC发布的相关报告以及电厂特定概率安全分析报告等,可用以形成通用清单。

在给出建模不确定性来源及相应假设清单后,需要对这些来源和假设,针对特定的模型进行详细的分析和描述,主要包括事项的描述、影响模型的地方、特定建模方式、所作的假设、对模型的影响程度和分析评估等。最终对于确定为建模不确定性的事项进行定性筛选,筛选出重要的事项开展详细的敏感度分析。

3 完备不确定性的识别和评估

完备不确定性是指概率安全分析的范围和详细程度是否能够支持所得的结论。由于核电厂的风险来源很多,不同运行模式下对不同的风险响应也不同,使得概率安全分析的对象、内容、方法等方面都很宽泛,就目前的技术水平和发展状况,通过概率安全分析完整的评估核电厂风险是难以实现的。

可通过如下的途径来处理完备不确定性:升级概率安全分析模型,使得范围和深度能够满足;使用筛选分析,确定范围和深度不满足的部分是不重要的;使用保守分析,确定范围和深度不满足的部分的风险值。

4 特定模型的不确定性分析

本节结合具体的PSA工作,以国内某三环路压水堆核电厂功率运行工况一级PSA(以下简称功率工况一级PSA模型)为分析对象,给出特定模型的不确定性分析过程和结果。

4.1 参数不确定性

功率工况一级PSA模型的始发事件频率采用通用数据和电厂特定分析得到,人误概率通过细致的人员可靠性分析给出,设备随机失效概率采用通用数据及贝叶斯更新的方式给出,绝大部分数据都给出了不确定性的度量,能够满足ASME/ANS PRA标准的能力类别II的要求。

功率工况一级PSA模型采用国际及国内较为通用的RiskSpectrum建模,该软件通过基本事件与参数的关联自动建立认知相关组,通过蒙特卡罗仿真的方法进行不确定性的传递,能够给出均值和不确定性分布,基本满足能力类别II的要求。

4.2 建模不确定性

首先建立压水堆核电厂功率运行工况一级PSA的建模不确定性的通用清单,可以从ASME、EPRI和NRC等发布的报告中,以及以往的PSA报告中得到。得到的通用清单包括支持系统始发事件分析方

法、轴封破口处理方式等共44项。

对通用清单的各项不确定性来源针对该功率工况一级PSA模型进行特定分析,分析过程见表1(示例)。

通过表1可总结出功率工况一级PSA模型的建模不确定性清单,对于重要的建模不确定性需要开展敏感性分析。

4.3 完备不确定性

本功率工况一级PSA模型是在核电厂设计阶段为满足法规的要求而开展。从上面的要求来看,仅有功率运行工况一级PSA是不够的,这也限于当前国内PSA的发展情况。针对缺少的部分,采取不同的方式予以补充或说明。

(1)升级分析模型:停堆工况PSA,功率工况二级PSA,停堆工况二级PSA,乏燃料贮存池PSA;

(2)进行筛选分析:外部事件PSA,地震PSA/抗震裕量分析(SMA);

(3)进行保守分析:内部火灾PSA,内部水淹PSA。

5 结语

本文通过对参数不确定性、建模不确定性和完备不确定性的研究,给出了三类不确定性的识别和评估方法,并结合实际的工作对特定模型进行了较为完整的不确定性分析,初步给出了分析结果,为后续概率

安全分析及其应用的不确定性分析提供了一定基础。在特定模型的不确定性分析中发现,参数不确定性的分析是最为简单和直接的,但认知不确定性的处理需要进一步细致和精确才能达到ASME能力类别III 的要求;建模不确定性的通用清单需要进一步补充,以期更加完善;完备不确定性方面,目前还存在较大的空缺,更多是通过定性筛选和保守分析的方式给出,但随着国内PSA的进一步发展会逐步填补,这方面的不确定性分析也会更加完善。

参考文献

[1] 核动力厂安全评价与验证HAD102/17[Z].国家核安全局,2006.

[2] U.S. Nuclear Regulatory Commission. Guidance on the Treatment of Uncertainties Associated with PRAs in Risk-Informed Decision Making,NUREG-1855[Z].2009.

[3] Electric Power Research Institute. Treatment of Parameter and Modeling Uncertainty for Probabilistic Risk Assessments,1016737[Z].2008.

[4] The American Society of Mechanical Engineers.Standard for Level 1/Large Early Release Frequency Probabilistic Risk Assessment for Nuclear Power Plant Applications,ASME/ANS RA-Sa-2009[Z].2009.