核电厂运行技术规格书及其改进综述

核电厂运行技术规格书及其改进综述

核心提示：1 运行技术规格书的重要性核电厂运行技术规格书（以下简称技术规格书）（OTS）是核电厂运行阶段必须遵循的极其重要的文件，可以认为它是运行核电厂的“宪法”。如果在运行中发现偏离了技术规格书某一要求，如某一参数超出了规定范围、某一台处于备用的设备发生故障

1 运行技术规格书的重要性

核电厂运行技术规格书（以下简称技术规格书）（OTS）是核电厂运行阶段必须遵循的极其重要的文件，可以认为它是运行核电厂的“宪法”。如果在运行中发现偏离了技术规格书某一要求，如某一参数超出了规定范围、某一台处于备用的设备发生故障、某一定期试验未能按规定的时间和频度进行等，机组就必须按技术规格书规定的后撤时间撤到规定的某一安全停堆工况。除非在此期间纠正了偏离，或者针对这项偏离的特许申请获得了国家核安全当局的批准。

广东大亚湾核电站1995年2～7月发生的落棒时间超差事件就是体现技术规格书重要性的一个例证。该事件曾引起国内外，特别是核电界的普遍关注，给广东大亚湾核电站造成了巨大的经济损失。起因是1995-02-14该电站1号机组在热停堆工况下进行落棒试验时发现53组控制棒中有7组落棒时间（从控制棒组开始下落到达导向管缓冲段入口的时间）超出了技术规格书监督要求中不大于2.15s的要求。尽管2.15s这个数据在安全上定得未必完全合理，而且随着安全分析技术和评价模型的改进，这一限值有可能适当放宽，但一旦作为技术规格书的要求被确定下来，即使付出再大代价也必须予以遵守。

技术规格书是运行和设计的接口文件之一，由电力公司设计部门编写，国家核安全当局审批，电厂运行部门执行。技术规格书规定了机组在正常运行期间的技术要求，以及在故障和事故期间必须遵守的相应事故处理规程。

技术规格书的出发点是认为设计是足够安全的（“基准工况”）。其任务是维持“基准工况”的安全水平，一旦发现偏离安全基准，必须指出纠正措施。如果设计基准发生变化，技术规格书也要作相应的修改。由于技术规格书的文件质量关系到运行核电厂的安全水平，其要求是否合理得当，对核电厂可用率、经济性影响极大。因此，世界上主要核电国家均花费很大人力、财力用于技术规格书的改进和发展。

技术规格书的主要目的有：

（1）实现核电厂的安全目标，即建立并保持对辐射危害的有效防御，保护厂区人员、公众和环境的安全；

（2）防止核电厂偏离正常运行，以及在偏离正常运行的情况下,防止预计运行事件升级为事故工况；

（3）保证正常运行期间或中等频率事件下实体屏障（燃料芯块、燃料包壳、反应堆冷却剂系统压力边界）的完整性。

技术规格书的作用是：

（1）规定正常运行限值，以保证安全限值和设计假设不被超过，使核电厂运行在设计阶段确定的安全水平上；

（2）规定保护系统和安全设备设施满足单一故障准则的可用性要求，规定运行限制条件，保证事件和事故操作规程的可实施性并维持安全分析报告的有效性；

（3）规定在安全功能不可用或当反应堆状态超过正常运行限值时要采取的行动，以便保证核电厂不在低于设计确定的安全水平下运行并防止设计预期事件发展成事故；

（4）确定监督要求、内容和频度，以便及时监测对技术规格书要求的偏离。

2 运行技术规格书的主要内容

2.1 安全限值

设计中采用的或按安全准则确定的限值。在正常运行期间或中等频率的故障情况下不得超过安全限值。压水堆核电厂技术规格书一般规定与3道屏障有关的安全限值：

（1）燃料包壳，如偏离泡核沸腾比（DNBR）和燃料棒最大线功率密度；

（2）反应堆冷却剂边界，如反应堆冷却剂系统的最大绝对压力以及反应堆冷却剂系统的最高温度；

（3）安全壳，如相对压力、最高平均温度和LOCA峰值压力下的最大泄漏率。

2.2 保护阈值

触发主要保护系统和安全系统自动动作的整定值，以保证不达到安全限值。

保护阈值包括：

（1）触发反应堆紧急停堆的整定值；

（2）反应堆紧急停堆保护系统的允许信号和连锁信号的整定值；

（3）触发专设安全系统（如安注、安全壳喷淋、主蒸汽管道隔离、主给水隔离、辅助给水启动）的保护系统整定值；

（4）限制一回路冷却剂系统和二回路系统压力的安全阀整定值。

2.3 运行限制条件

对每种运行模式和每个安全相关系统规定相应的运行限制条件，以便当某一安全重要物项不可用或某一安全重要参数偏离正常时，要求机组在规定的时间内（后撤时间）处于特定的运行模式（后备模式），从而防止事故发生或在发生事故时能缓解事故后果。

2.4 监督要求

规定了对安全相关物项和参数在适当的深度和频度范围内进行试验、检定、监测和检查的监督要求，以保证技术规格书规定的安全限值、保护阈值和运行限制条件的有效性。

对技术规格书内容，有几点说明：

（1）安全限值、保护阀值和运行限制条件之间的关系是互留裕度、多层设防的，从而防止在正常运行状况以及中等频率事件工况下发生突破设计规定的限值的事件，为防止和缓解事故提供必要的保证。

（2）不可用事件按其对安全的影响分为2组。大亚湾核电站与法国新标准技术规格书的分组原则见表1。（3）当出现某一不可用事件，后撤时间的确定一般采用基于风险评价的方法。（4）由于机组状况要求，如果严格遵守OTS可能对安全反而不利时，电厂可做出机组运行暂时偏离OTS某项要求的决定，如：在部分不可用性超过容许限值情况下维持反应堆运行在初始运行模式下；带有在运行期间能够修理的不可用性情况下启动反应堆。但在决定实施之前电厂必须向核安全当局提交特许申请，并经审批后方可严格按照申请中的承诺（如期限、预防措施、补充安全措施等）执行。

3 运行技术规格书的改进

核电厂技术规格书是随着核电的发展而不断补充完善的，如法国电力公司（EDF）的技术规格书，开始仅仅涉及满功率运行状态以及与满功率运行状态有关的保护系统（如反应堆紧急停堆和专设安全系统触发）和专设安全系统，然后逐渐增加了运行限制条件的内容，涵盖了认为需要可用的所有的系统和设备，以及不可用事件出现时的后备模式和后撤时间，并在事故后研究的基础上增加了维修冷停堆模式下以及事故规程可操作性方面的要求。由于传统的技术规格书是增补拼凑的产物，因而存在以下缺陷：

（1）结构零乱松散，格式不科学合理，不太适合电厂运行人员的理解和应用；

（2）内容的选取和要求的制定缺乏明确一致的规则，因此技术规格书内容难免存在一些遗漏、多余和不协调；

（3）没有充分反馈运行经验，没有充分利用先进的设计方法和思想；

（4）其要求制定得不尽合理、合适，因此造成了特许申请较多，影响了机组运行的灵活性

和可利用率，进而影响了电厂的安全运行和经济效益。

鉴于技术规格书的重要性以及原来技术规格书存在的一些缺陷，一些主要核电国家，如美国、法国等十几年来一直致力于技术规格书的改进。改进的主要方面有：

（1）对制定技术规格书的原则进行改进。

美国核管会（NRC）在1993-07-22颁布的《核电厂技术规格书改进的最终方针声明》（58FR39132）和10CFR50.36的1996年版中规定了确定运行限制条件（LCD）的4条准则：准则1：用于主控室探测、指示反应堆冷却剂压力边界性能明显异常恶化的仪表；

准则2：作为设计基准事故或瞬态分析初始条件的过程变量、设计特征或运行限制，这些事故或瞬态能使某个裂变产物的屏障失效，或者危及其完整性；

准则3：作为主要成功途径一部分的构筑物、系统或部件，它们的功能或触发能缓解一个设计基准事故或瞬态，这些设计基准事故或瞬态能使某个裂变产物屏障失效或危及其完整性；准则4：运行经验或概率风险评价已经证明对公众健康和安全重要的构筑物、系统或部件。法国电力公司1998年制定了《压水堆核电厂运行技术规格书总的原则》，文件中规定了技术规格书的作用，事故处理规程、核安全相关设备监督要求以及预防性维修大纲之间的接口，以及技术规格书要求的编写原则等。该文件作为审查技术规格书内容选取的依据。

（2）对技术规格书的格式进行改进。

①同类型的核电厂制定一份标准的运行技术规格书。

例如，美国NRC于1992年9月颁布了分别由巴布寇克与威尔柯克斯公司、西屋公司、燃烧工程公司和通用电气公司NSSS业主集团对他们的PWR和BWR核电厂编制的5份标准技术规格书。

又如，法国EDF分别按1 300MW系列（P4），1 400MW系列（N4）和900MW系列（CPY，CPO）制定了标准技术规格书。法国核安全当局分别于1994，1995,1997年批准了这些标准的技术规格书。

②美国和法国标准技术规格书都分成技术规格书要求和依据2个部分。这样划分既有利于理解和使用，也减少了核安全当局审评的工作量，因为技术规格书要求的依据不属于送审文件。

③技术规格书每一部分内容的编写都尽量格式化，尽量简洁，以便于运行时的查找和使用。

例如，美国标准技术规格书第1卷“技术规格书”由应用和适用、安全限值、运行限制条件（保护阀值包含在§3.3“仪表”中）、设计特征以及行政管理5章组成。第2、3卷“依据”仅对第1卷中各项要求逐条加以论证。标准技术规格书中，PWR电厂分成6个运行模式（功率运行、启动、热备用、热停堆、冷停堆和换料），并按9个系统或方面（反应性控制系统、功率分布限制、仪表、反应堆冷却剂系统、应急堆芯冷却系统、安全壳系统、电厂系统、电力系统和换料操作）给出运行限制条件。每款运行限制条件包括运行限制条件适用的运行模式，违背运行限制条件要求采取的行动及其完成的时间，以及保证运行限制条件有效性的监督要求（监督内容和监督频度）。

又如，法国标准技术规格书由8章组成，除第1章“总则”（给出与整个技术规格书有关的说明、原则及规定）和第8章“定义”外，其它则是每个运行模式一章，相互独立，自成体系。对于每一个运行模式，均按反应性控制、余热导出、放射性物质的屏蔽、辅助支持功能（包括动力电源、控制电源、压缩空气气源、反应堆保护通道、火灾监测及保护和现场通风空调）和出现随机不可用时采取的措施5个方面给出技术规格书的要求。法国标准技术规格书的格式优点明显，每个运行模式独立一章，自成体系，运行人员使用时只需查看机组所在模式的技术规格书章节，非常便利。其运行模式划分吸取了状态导向（State Orientation）的先进思想，比较科学、合理。

④电厂在编写技术规格书时只要在同类型核电厂标准技术规格书的基础上增加或修改少数的不同点，而核安全当局也只需审查该电厂与该类型电厂标准技术规格书不同的方面即可，

大大简化了技术规格书的编写和核安全审评的工作量。

（3）对技术规格书的内容进行精简。

由于技术规格书是国家核安全当局必审的文件，核电厂的运行一旦偏离技术规格书要求，必须按要求停堆并后撤到规定的安全停堆模式。如果能按照技术规格书的内容确定准则删除技术规格书中的一些内容，对于核电厂运行的机动性将是很有意义的。

美国根据前面提到的NRC的4条准则，将传统的运行技术规格书内容精简了40%。法国新技术规格书也根据其编写原则精简了不少内容，如原技术规格书中的化学规范。有些精简的内容将作为电厂管理文件的一部分予以控制，这些文件修改不需要国家核安全当局的审批。（4）将概率风险评价（PRA）方法应用在技术规格书的制定中。

传统的技术规格书是建立在确定论基础上的，在其改进和发展中，PRA方广泛而深入的应用是一个显著特点，它在选择技术规格书内容、确定安全有关限值、优化纠正措施、合理制定监督计划和预防性维修大纲、提高电厂安全性和可用率方面都起了相当大的作用。

①NRC要求电力公司在改进技术规格书时尽量广泛地应用PRA方法，同时要求NRC工作人员应用风险观点和PRA方法评价技术规格书，并就此NRC发布了一系列文件；

②EDF应用风险的概念重新定义了第1组不可用事件和第2组不可用事件；

③发展了一些利用PRA改进技术规格书的方法，如在线风险评价手段；

④PRA方法用于许多技术规格书要求的改进，例如：确定后撤时间和监督试验频度，分析停堆工况和运行模式转换的风险，检查并修改运行限制条件和保护阀值，安排预防性维修（计划不可用），缩短换料大修时间等。

（5）对限制条件和限值进行修改。

由于应用了新的设计方法和思想，充分考虑了运行经验的反馈，在技术规格书的改进中对一些与运行安全性、可靠性和经济性相关的重要限制条件和限值做了修改，放宽了某些要求。例如：美国西屋公司标准技术规格书对一些紧急停堆阈值做了修改：除紧急停堆整定值外增加了适当放宽的可允许的阈值，只要电厂分析证明可允许的阈值满足了安全要求，就可用可允许的阈值代替作为紧急停堆整定值。这些保护阈值的修改有利于运行的灵活性，有利于减少非计划停堆的次数和提高核电厂的可利用率。

（6）加强沟通与交流。

在技术规格书改进中注意技术规格书制定者（设计部门）、审批者（核安全当局）和使用者（运行部门）之间的沟通和交流。

4 核电厂运行技术规格书编制和改进工作需要注意的方面

（1）消化理解安全分析报告、系统设计手册、事故和瞬态分析报告、事故处理规程等文件，以确定技术规格书所要求的安全功能和安全水平，事故分析的初始条件以及缓解事故后果的控制、保护和设备的可用性要求。

（2）深入理解和思考运行限制条件和限值的论证和依据，每款限值和限制条件往往都有其深刻的背景和内涵。必要时，也可利用经验反馈、先进的设计思想和评价方法，对论证和依据，进而对限值和限制条件本身作必要的修改。

（3）对于一个具体的核电站，其技术规格书编制的重点应放在该电站与其标准系列及参考电站不一致的方面。

（4）应重视技术规格书条款之间的一致性，特别是监督要求与限制条件和限值、定期试验文件、事故处理规程等文件之间的一致性。在这一方面，既要注重相关文件的研究，也要注意运行经验的反馈。

（5）在改进中应该充分应用PSA，特别是建立在设备可靠性数据库基础上的在线风险评价技术，核电厂的运行经验反馈，国际上技术规格书改进的经验和动向。先进的分析方法和思想的借鉴和跟踪尤为重要。