автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Применение вероятностного анализа безопасности в инспекционной деятельности на АС

Хижняк Сергей Анатольевич

ПРИМЕНЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНОГО АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ В ИНСПЕКЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА АС

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по энергетике)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

13 НОЯ 2014

0бнинск-2014

005555120

005555120

Работа выполнена в Федеральном бюджетном учреждении «Научно-технический центр п ядерной и радиационной безопасности» (ФБУ «НТЦ ЯРБ»)

Научный руководитель - Доктор технических наук, профессор, профессор кафедр

АСУ Обнинского института атомной энергетики - филиал НИЯУ МИФИ Антонов Александр Владимирович

Официальные оппоненты - Доктор технических наук, профессор, начальник управлени

главных инженерных проектов (ГИП) отделени технологии ВВЭР ОАО «Атомпроект

Ершов Геннадий Алексеевич

Кандидат технических наук, начальник отдела системнь разработок по надежности и безопасности ядерных установо ОАО «Опытное конструкторское бюро машиностроения и Африкантова» (ОАО «ОКБМ Африкантов> Былов Игорь Александрович

Ведущая организация - ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт

эксплуатации атомных электростанци

(ОАО «ВНИИАЭС»), г. Москва

Защита состоится «24» декабря 2014 г. в 14 часов на заседании диссертационного сове Д 212.130.10 при Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» по адрес 249040, г. Обнинск Калужской обл., Студгородок, 1, зал заседаний ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Обнинского института атомн энергетики НИЯУ МИФИ и на сайте Национального исследовательского ядерного университе «МИФИ» http://www.mephi.ru.

Автореферат разослан « 5У »0^7^^2014 г.

Ученый секретарь / _ г-у

диссертационного совета Д 212.130.10 /

доктор физико-математических наук, профессор Шаблов Владимир Леонидови

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В 1999 году необходимость разработки вероятностного анализа безопасности (ВАБ) ровня один была отмечена в заявлении о политике Госатомнадзора России "Применение ероятностного анализа безопасности действующих энергоблоков атомных станций". Спустя венадцать лет, с учетом накопленного опыта применения ВАБ как в Российской Федерации, ак и за рубежом, и необходимостью выполнения полномасштабных ВАБ-1 и ВАБ-2 для всех идов инициирующих событий (ИС), включая внешние воздействия природного и техногенного арактера (подтверждается уроками аварии на АЭС Фукусима Дай-ити), было подписано аявление о политике по применению вероятностного анализа безопасности и риск-нформативных методов для атомных станций. В данном заявлении Ростехнадзор как орган осударственного регулирования безопасности при использовании атомной энергии заявляет о шобходимости углубленного и широкого использования ВАБ и риск-информативных методов методов, основанных на совместном учёте результатов вероятностных и детерминистических геследований) как комплексных инструментов оценки безопасности блоков АС.

Особое внимание в заявлении о политике уделяется практическому применению ВАБ, так ак мировая практика показывает высокую эффективность использования ВАБ как надзорными рганами, так и эксплуатирующими организациями в целях обеспечения безопасности блоков

Необходимо отметить, что ОАО «Концерн Росэнергоатом» применяет ВАБ для задач ксплуатации. Так, на нескольких энергоблоках АЭС успешно функционирует основанная на одели ВАБ система мониторинга риска, с использованием ВАБ выполняются обоснования ювышения уровня мощности и изменения топливного цикла. При этом практика прикладного фименения ВАБ регулирующим органом в России отсутствует, и в настоящей работе впервые федставлены решения задач по использованию ВАБ регулирующим органом. Актуальность работы

Современное состояние науки и практики регулирования безопасности АС в мире емонстрирует высокую эффективность применения ВАБ как надзорными органами, так и ксплуатирующими организациями в целях обеспечения безопасности АС, в том числе и при нспекционной деятельности. Эксплуатирующая организация передает в Ростехнадзор ВАБ в оставе комплекта документов, обосновывающих обеспечение ядерной и радиационной езопасности блока АС. ВАБ используется Ростехнадзором при лицензировании наряду с радиционными детерминистическими подходами для оценки и регулирования безопасности С. Кроме того, ВАБ применяется Ростехнадзором при оценке безопасности модернизаций АС, о в инспекционной деятельности практика применения ВАБ в настоящее время отсутствует, то обуславливает актуальность работы.

Целью диссертационного исследования является комплексное развитие направления рименения ВАБ в инспекционной деятельности.

гя достижения данной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

Предложена система индикаторов безопасности для оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС, которая базируется на обработке результатов, поступающих в Ростехнадзор при лицензировании материалов ВАБ.

Разработан метод обработки и предоставления информации на основе ВАБ для планирования и проведения инспекций. В основе метода лежит идея о выявлении наиболее значимых с точки зрения безопасности систем (элементов систем), базисных событий, аварийных последовательностей и их ранжирование.

Предложен метод определения оптимальных периодов инспекций систем, при которых характеристики безопасности и надежности принимают экстремальные значения. Метод базируется на исследовании функционалов безопасности и надежности.

\С.

- Сформулирован подход по упрощенной оценке значимости нарушений для специалистов без специфических знаний в области ВАБ. В основе подхода лежит идея формализации модели ВАБ, основанная на применении значений порядков вероятностей показателей безопасности.

Результатом работы над каждой из задач стали разработанные с учетом российских

особенностей и апробированные на российских энергоблоках АС методики, позволяющие

решить актуальную задачу по применению ВАБ в инспекционной деятельности. Научная новизна

Основным научным достижением диссертации является разработка методов и моделей

применения ВАБ в инспекционной деятельности. Впервые были получены:

- система индикаторов безопасности, которая дает возможность оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС на основе материалов ВАБ, поступающих в Ростехнадзор при лицензировании;

- метод обработки и предоставления информации из модели ВАБ, который заключается в выявлении наиболее значимых с точки зрения безопасности систем (элементов систем), базисных событий, аварийных последовательностей и их ранжирование для планирования и проведения риск-информативных инспекций АС;

- метод определения оптимальных периодов инспекций систем, основанный на исследовании функционалов безопасности и надежности, использующий информацию об эксплуатации объектов;

- формализованная модель ВАБ для упрощенной оценки значимости нарушений, основанная на применении значений порядков вероятностей показателей безопасности. Практическая значимость работы состоит в том, что:

- Разработана методика расчета на основе ВАБ индикаторов безопасности для оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС. Индикаторы безопасности могут быт использованы специалистами Ростехнадзора при выборе объектов и определени периодичности целевых и комплексных инспекций согласно административному регламенту по исполнению Ростехнадзором функций по федеральному государственном надзору в области использования атомной энергии. По разработанной методик рассчитаны индикаторы безопасности для оценки тенденции изменения ядерной безопасности на 12 энергоблоках АС России.

- Разработана методика применения ВАБ для планирования и проведения инспекций. Создаваемые с помощью методики справочники, содержащие результаты ранжировали по значимости для безопасности АС систем, элементов АС, а также возможных ошибо персонала, позволяют инспекторам Ростехнадзора проводить риск-информативны инспекции и тем самым повысить эффективность регулирования безопасности. На основ разработанной методики создан справочник для планирования и проведения риск информативных инспекций на 5-м энергоблоке Нововоронежской АС.

- Разработана методика формализации модели ВАБ, которая позволяет создават инструкции для оценки значимости нарушений. Инструкции смогут использовать ка специалисты Ростехнадзора, так и специалисты эксплуатирующей организации, не обладающие навыками работы с моделью ВАБ. Полученные с помощью инструкций результаты оценки значимости нарушений могут использоваться для следующих целей:

- ранжирование нарушений по степени влияния на безопасность и наглядное представление тенденции изменения безопасности;

- оценка значимости нарушений с помощью ВАБ в соответствии с требованиями п.4.1 приложения 2 НП-004-08;

- демонстрация уровня безопасности АС населению в соответствии с требованием ФЗ-170 "Об использовании атомной энергии".

В соответствии с методикой разработана инструкция, содержащая формализованную модель ВАБ для оценки значимости нарушений на 1-м энергоблоке Калининской АС. Достоверность научных положений обеспечена применением широко известных етодов теории вероятности, математической статистики; использованием известных подходов рименения вероятностного анализа безопасности; результатами сравнения разработанных етодик с методиками, используемыми в других странах; результатами апробации и опытом ¡спользования полученных результатов; применением моделей ВАБ, прошедших экспертизу остехнадзора.

Личный вклад автора

Представленная диссертационная работа является результатом научных исследований, роводимых с 2008 по 2012 гг. в отделе анализов риска Федерального бюджетного учреждения Научно технический центр по ядерной и радиационной безопасности» (ФБУ «НТЦ ЯРБ»). сего было выпущено 8 отчетов в рамках федеральной целевой программы «Обеспечение дерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» и в рамках осударственного задания ФБУ «НТЦ ЯРБ» по проведению научных исследований по рименению действующих нормативных документов в области регулирования ядерной и адиационной безопасности.

Автор участвовал в качестве исполнителя и ответственного исполнителя на всех этапах аботы. Лично автором выполнены апробации разработанных методик. На защиту выносятся следующие положения:

Система индикаторов безопасности и метод их расчета для оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС на основе материалов ВАБ, поступающих в Ростехнадзор при лицензировании, и рассчитанные на ее основе индикаторы безопасности для оценки тенденции изменения ядерной безопасности на 12 энергоблоках АС России. Методы обработки информации из модели ВАБ для планирования и проведения риск-информативных инспекций, основанные на выявлении и ранжировании наиболее значимых с точки зрения безопасности элементов модели ВАБ и на исследовании функционалов безопасности и надежности, а также разработанный на основе этих методов справочник для планирования и проведения риск-информативных инспекций на 5-м энергоблоке Нововоронежской АС.

Подход по упрощенной оценке значимости нарушений с помощью формализованных моделей ВАБ, основанных на применении значений порядков вероятностей показателей безопасности, и разработанная на основе подхода инструкция, содержащая формализованную модель ВАБ для оценки значимости нарушений на 1-м энергоблоке Калининской АС. Апробация результатов работы

Основные результаты диссертации опубликованы в российских научных журналах, вкладывались и обсуждались на международных конференциях и совещаниях, получили добрение российских и зарубежных специалистов.

Среди международных конференций и совещаний, на которых представлялись результаты аботы:

Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров-2009» (Обнинск, 29 сентября 2 октября 2009г.);

Совещание по реализации проекта МАГАТЭ ЫЖ.9095 «Совершенствование технологий по анализу безопасности АЭС» на период 2012-2013гг.( Чехия, Прага, Институт ядерных исследований Ржеж А.О., 3-6 октября 2010г.);

Совещание по реализации проекта МАГАТЭ ЯЕЯ9095 «Совершенствование технологий по анализу безопасности АЭС» (Словения, Порторож, Администрация по ядерной безопасности Словении, 26-29 сентября 2011г.);

Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров-2011» (Обнинск, 3-4 октября 2011г.);

5. Ежегодный научно-практический семинар с инспекторами МТУ ЯРБ (Москва, ФБУ «НТЦ ЯРБ», ноябрь 2011г.);

6. Ежегодный научно-практический семинар с инспекторами МТУ ЯРБ (Москва, ФБУ «НТЦ ЯРБ», ноябрь 2012г.);

7. Совещание по гармонизации оценок безопасности, синергии вероятностного и детерминистического анализов безопасности в рамках регионального проекта МАГАТЭ RER/9/126 «Совершенствование и гармонизация оценок безопасности, синергия вероятностного и детерминистического анализов безопасности» (Хорватия, Дубровник, 25-31 марта 2012г.);

8. VIII Международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (МНТК-2012) (Москва, 23-25 мая 2012г.);

9. Семинар по вероятностному анализу безопасности 1 и 2 уровня в рамках регионального проекта МАГАТЭ RER/9/125 «Совершенствование оценок безопасности» (Италия, г. Триест, 30 сентября -13 октября 2012г.);

10. Научно-техническая конференция по ядерной и радиационной безопасности в Европе, Евросейф (Германия, Кёльн, 4-5 ноября 2013г.).

Результаты, полученные в рамках работы, были использованы при разработке, находящихся на утверждении, руководств по безопасности (РБ) «Рекомендации по использованию вероятностного анализа безопасности при оценке нарушений в работе атомных станций» и РБ «Применение ВАБ для задач эксплуатации». Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в девяти работах, в том числе в четырех статьях в российских рецензируемых научно-технических журналах, в которых должны быт опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Кроме того, на материалы, представленные в диссертации, авторо\ получено два свидетельства о государственной регистрации базы данных. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и 2 приложений. Работа изложен на 199 страницах, в том числе основного текста 123 страницы, включая 7 рисунков, 11 таблиц список литературы из 95 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная новизна и практическая ценность работы сформулированы цели и задачи диссертационного исследования, а также представлень положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору современного состояния НИР и практике применени ВАБ в инспекционной деятельности.

В разделе 1.1 представлен обзор мировой практики вероятностной оценки ядерно безопасности АС. Проанализированы целевые ориентиры России, США, а также рекомендаци: МАГАТЭ.

Представлен анализ следующих целей выполнения ВАБ:

- комплексная качественная и количественная оценка уровня ядерной и радиационной безопасности блока АС;

- оценка обеспечения достаточной надежности важных для безопасности систем;

- разработка рекомендаций по мероприятиям, направленным на обеспечение безопасности;

- установление в соответствии с п.1.2.16 ОПБ-88/97 окончательного перечня запроектны аварий (ЗПА);

- разработка руководств по управлению ЗПА;

- получение данных для разработки планов мероприятий по защите населения в случае радиационных аварий;

- зонирование территории вокруг АС, разработка планов защитных мероприятий.

В разделе 1.2 представлен обзор мировой практики использования ВАБ для планирования проведения инспекций.

Приведен анализ практики внедрения ВАБ в инспекционную деятельность комиссии по дерному регулированию (КЯР) США. В результате изучения содержания различных процедур нспекций КЯР США было установлено, что наилучший способ внедрения ВАБ в программу нспекции состоит в оказании содействия при планировании программы инспекции, а не в зменении содержания существующей процедуры инспекции.

Проанализирована практика создание КЯР США справочника по проведению основанного а концепции риска контроля типовых АС, состоящих из реакторов с водой под давлением PWR).

Из анализа опыта США сделаны выводы, что основные цели применения ВАБ для тланирования и проведения инспекций, сформулированные в различных документах, ыпущенных Брукхэвенской национальной лабораторией по заказу КЯР США, в основном, динаковы. Ранжирование систем и элементов по важности для безопасности на основе ВАБ ыполняется, главным образом, для того, чтобы оказать содействие в выборе направления, в отором должен работать инспектор после выбора типа инспекции и направлять свои ресурсы а исследование проблем, являющихся наиболее важными для безопасности конкретной АС и 4Сключить или сократить требования в отношении менее важных вопросов. Результаты анжирования систем и элементов АС на основе ВАБ используются регулирующим органом три принятии решений о выделении ресурсов на поддержание и усиление безопасности нергоблоков АС путем привлечения внимания к системам и элементам систем, отказы которых носят наибольший вклад в общую частоту повреждения активной зоны. Кроме того, результаты ранжирования систем и элементов АС на основе ВАБ используются при оценке тодготовки операторов.

Сделаны выводы, что Ростехнадзор может использовать результаты ранжирования систем элементов АС на основе ВАБ для планирования инспекционной деятельности, направлять вой ресурсы на исследование проблем, являющихся наиболее важными для безопасности онкретной АС, и исключить или сократить требования в отношении менее важных вопросов.

В разделе 1.3 представлен обзор мировой практики использования ВАБ для оценки начимости результатов инспекций.

Представлен анализ идеологических основ надзорной деятельности в области оценки езопасности АС в США. Проанализирована процедура определения значимости инспекций Significance Determination Process, или сокращенно SDP), в основе которой и лежит идея оздания формализованных моделей ВАБ.

В рассмотренной процедуре анализируются только те факторы безопасности, для которых озможна оценка их влияния на частоту повреждения активной зоны (ЧПЗ) или частоту раннего ыброса радиоактивных веществ за пределы защитной оболочки. К ним относятся следующие акторы безопасности:

инициирующие события;

системы ограничения последствий;

целостность барьеров.

В разделе 1.4 представлены выявленные направления возможного успешного применения АБ в инспекционной деятельности.

Направление 1

Согласно РД-04-18-99 периодичность целевых инспекций определяется Ростехнадзором на снове анализа деятельности АС и инспекционной деятельности, а периодичность комплексной нспекции должна быть не реже одного раза в пять лет. Следовательно, Ростехнадзор имеет екоторую степень свободы при определении частоты целевых и комплексных инспекций на азличных АС. Индикаторы обеспечения ядерной безопасности АС, основанные на анализе редставляемых в Ростехнадзор при лицензировании материалов ВАБ, могут свидетельствовать

о том, насколько эксплуатирующая организация стремится к обеспечению безопасности на каждом энергоблоке АС. Направление 2

Исходя из административного регламента, инспекторы Ростехнадзора при проведении ряда инспекций имеют возможность планирования и выбора объектов инспекции по своему усмотрению. ВАБ при планировании и проведении инспекций позволяет выявить наиболее чувствительные к риску элементы, требующие пристального внимания, что позволяет повысить эффективность решения задач по обеспечению безопасности. Кроме того, информация, полученная из ВАБ, поможет направить человеческие и финансовые ресурсы регулирующего органа на наиболее важные для безопасности направления и исключить или сократить требования и затраты ресурсов в отношении менее важных вопросов. Направление 3

В п.4.1 приложения 2 НП-004-08 содержится требование об оценке нарушения с помощью ВАБ. Для этих целей разработана методика по применению компьютерной модели ВАБ, однако использовать данную методику могут только специалисты в области ВАБ при наличии специального программного обеспечения и компьютерной модели ВАБ.

Согласно ФЗ-170 "Об использовании атомной энергии" и ФЗ-8 "Об обеспечении доступа к информации о деятельности государственных органов и органов местного самоуправления" Ростехнадзор должен наглядно предоставлять информацию об уровне безопасности АС для населения. При оценке результатов инспекций применение ВАБ позволяет выполнить количественную оценку выявленных нарушений с целью их ранжирования по степени влияния на безопасность при эксплуатации энергоблока АС, а также оценить и наглядно представить тенденцию изменения безопасности АС с учетом выявленных нарушений.

В разделе 1.5 представлена широко известная из литературы информация по оценкам значимости:

- оценка значимости по Фусселлу - Веселы (1-'У);

- оценка значимости по Бирнбауму (Б);

- оценки значимости достижения и снижения риска (Ы1 и МП);

- оценка значимости элементов модели ВАБ.

Вторая глава посвящена разработке методики расчета на основе ВАБ индикаторов безопасности для оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС.

В разделе 2.1 проанализированы следующие определения безопасности из нормативных документов РФ:

- радиационная безопасность населения;

- ионизирующее излучение;

- ядерная и радиационная безопасность АС;

- ядерная безопасность.

Предложена структура понятия «безопасность при использовании атомной энергии» (Рис. 1). Из неё видно, что безопасность при использовании атомной энергии обеспечивается не только ядерной и радиационной безопасностью АС (ЯРБ АС), но и комплексом мер по физической защите ядерных материалов и установок (ЯМ и ЯУ), учёту и контролю ЯМ, названных на рисунке «нераспространение», мероприятиями по аварийному реагированию, а также государственной инфраструктурой органов управления использованием атомной энергии и регулирования безопасности._

Безопасность при использовании атомной энергии

Нераспространение

Аварийная готовность

Государственная инфраструктура,

Рис. 1 Структура понятия «безопасность при использовании атомной энергии»

Предложенный Рис. 1 по своей сути очень похож на структуру факторов, влияющих на 'езопасность АС, принятую в США и представленную во многих нормативных документах ША. Однако имеется серьезное отличие: в структуре факторов, влияющих на безопасность С, в США совершенно не учтено то, что на Рис. 1 понимается под государственной нфраструктурой.

В разделе 2.2 представлен анализ возможных индикаторов для оценки тенденции зменения ядерной безопасности АС.

Все три типа ВАБ анализируют последствия ядерной аварии, которая может произойти в езультате конкретного набора исходных событий с различной глубиной аварийного оздействия. Хотя величина оценки ядерной и радиационной безопасности для разных остояний и режимов эксплуатации АС будет различна, методика оценки состоит из общих этапов, которые, в конечном счете, можно довести до уровня ВАБ-2. А если имеются езультаты ВАБ-2, сделанного в два момента времени, например, при выдаче двух оследовательных лицензий на эксплуатацию, то в качестве индикатора безопасности елесообразно, используя выражение (2.1), рассмотреть изменение вероятности предельного варийного выброса от энергоблока АС, оцененное за период действия лицензии на ксплуатацию АС или иной временной промежуток, Дт:

Р -Р

д = —Ц——

10 • Дг > (2.1)

де Р/, Р,-/ - значения вероятностей предельного аварийного выброса, рассчитанных в разные оменты времени, а 10"7 - целевой ориентир, установленный в ОПБ-88/97.

К сожалению, в настоящее время ВАБ-2 выполнен не для всех энергоблоков. Поэтому пока качестве первого приближения вполне можно использовать результаты ВАБ-1, которые меются практически для всех энергоблоков. При этом объем выполненных исследований ВАБ-для основной части энергоблоков АС, эксплуатируемых в России, по большей части граничивается рассмотрением только внутренних инициирующих событий при работе нергоблоков на номинальном уровне мощности. Тогда вместо (2.1) для оценки ядерной езопасности можно использовать выражение:

Р -Р

К = , '

10 ■ Дг ) (2.2)

В разделе 2.3 приведена поэтапная методика расчета и предоставления информации об ндикаторах для оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС, которая может быть толезна специалистам Ростехнадзора при определении частоты целевых и комплексных нспекциях на различных АС.

Третья глава посвящена методике применения ВАБ для планирования и проведения нспекций.

В разделе 3.1 представлены цели и область применения разработанной методики.

Разработанная методика позволяет создавать справочники для планирования и проведения иск-информативных инспекций. В основе справочников лежат результаты ранжирования .истем, элементов АС, а также возможных ошибок персонала на основе ВАБ. Результаты анжирования систем и элементов АС на основе информации из ВАБ могут быть также спользованы в различных сферах эксплуатации АС для обеспечения её безопасности при:

- оптимизации программы планово-предупредительного технического обслуживания;

- планировании модернизаций;

- подготовке персонала АС.

В разделе 3.2 приведены теоретические основы, использованные в методике применения АБ для планирования и проведения инспекций.

Для оценки значимости элементов модели ВАБ используется показатель инспекционной значимости элементов модели ВАБ - "ИЗН". Показатель инспекционной значимости "ИЗН" рассчитывается по вкладу элементов модели ВАБ в ЧПЗ или в частоту аварийной последовательности.

Вклад аварийной последовательности в ЧПЗ равен логическому произведению частоты инициирующего события этой последовательности и логической суммы вероятностей минимальных сечений этой последовательности. Поэтому инспекционную значимость аварийных последовательностей рационально определять по их вкладу в ЧПЗ. Ранжирование аварийных последовательностей (АП) по их вкладу в ЧПЗ является прямым процессом оценки частот аварийных последовательностей и их последующего упорядочивания по убыванию/ возрастанию:

ИЗИАП = РА„, (3.1)

где 1'лп - частота повреждения активной зоны, рассчитанная для одной аварийной последовательности (частота аварийной последовательности).

Инспекционная значимость базисных событий может быть определена в пределах всей модели ВАБ на уровне ЧПЗ или на уровне аварийных последовательностей. Определим инспекционную значимость базисного события по его вкладу в ЧПЗ. Инспекционная значимость базисного события на уровне ЧПЗ - это суммарный вклад в ЧПЗ всех минимальных сечений, в которых появляется базисное событие с номером п -"БС(п)":

изнБС{п) = чпз-чпз1Вк[(32)

где: ЧПЗ - частота повреждения активной зоны, рассчитанная в рамках модели ВАБ, ЧПЗ/в1СМ - о - частота повреждения активной зоны, рассчитанная при условии, что вероятность базисного события равна нулю.

Инспекционная значимость конкретной системы представляет собой вклад в ЧПЗ группы минимальных сечений, включающих все базисные события, принадлежащие к этой системе:

изнс=чпз-чпз(33)

где 5теСбС - вероятность любого базисного события, принадлежащего системе "С".

Инспекционная значимость системы определяется суммой вкладов минимальных сечений, содержащих одно или более базисных событий, привязанных к данной системе. Инспекционная значимость систем требует привязки различных базисных событий к конкретным системам.

Инспекционная значимость показывает абсолютное изменение ЧПЗ в зависимости от изменения параметров надёжности элементов модели ВАБ. Также для элементов модели ВАБ целесообразно рассчитать относительные значения показателей инспекционной значимости, которые позволяют оценить инспекционную значимость исследуемых элементов модели ВАБ по отношению к верхней границе минимальных сечений. Полученные таким образом относительные показатели инспекционной значимости удобно использовать при ранжировании по выбранному вероятностному показателю для системы, аварийной последовательности или ЧПЗ.

Относительная инспекционная значимость базисного события с номером "1" в пределах модели ВАБ (на уровне ЧПЗ) может быть представлена следующим образом:

ИЗН^^ИЗН^/ЧПЗ, (3.4)

где ИЗНвси) - инспекционная значимость базисного события с номером "1".

Относительная инспекционная значимость системы "С" в пределах модели ВАБ может быть представлена следующим образом:

ИЗН? = ИЗНС / ЧПЗ (3.5)

где ИЗНс - инспекционная значимость системы "С".

Относительная инспекционная значимость аварийной последовательности в пределах модели ВАБ будет определяться по формуле:

ИЗН% =ИЗНЛП 1ЧПЗ = Fm /ЧПЗ, (3.6)

где ИЗНап - инспекционная значимость аварийной последовательности.

Определённая таким образом относительная инспекционная значимость совпадает с ценкой значимости по Фусселлу - Веселы.

В разделе 3.3 представлена методика разработки справочников для планирования и роведения риск-информативных инспекций. В представленной методике содержатся указания о применению формул (3.1-3.6) для расчета всех необходимых данных наполнения правочников для планирования и проведения риск-информативных инспекций энергоблоков С.

В разделе 3.4 содержится ссылка на приложение к диссертационной работе, содержащее азработанный справочник для планирования и проведения риск-информативных инспекций на шергоблоке № 5 НвАЭС. Представленный справочник разработан на основе ВАБ первого ровня для внутренних исходных событий энергоблока № 5 НвАЭС. Используемая модель ВАБ нергоблока № 5 НвАЭС была разработана специалистами отдела анализов риска ФБУ «НТЦ РБ» в рамках проекта Swisrus.

В разделе 3.5 представлен подход, позволяющий с помощью математических моделей пределять оптимальные периоды инспекций на основе ВАБ.

Для определения оптимальных периодов инспекций отдельных систем на основе ВАБ ыла выбрана стратегия, в которой предполагается, что полное восстановление системы роводится либо в момент отказа, либо в заранее назначенный календарный момент времени, о есть можно говорить о полной исправности и готовности системы после восстановительных абот, проведенных под надзором инспектора либо после запланированной инспекции данной истемы.

Задача определения оптимального периода инспекции то, для которого коэффициент отовности системы оказывается максимальным, была сведена к исследованию на экстремум ункции

= -F(t) + A(r)¡F(x)dx t (3 7)

1 а" 1 пи О

де:

Тпп - средняя длительность инспекции системы;

Tan - средняя длительность внепланового аварийно-профилактического ремонта;

F(t) - функция распределения времени безотказной работы системы или F(t) = 1 - F(t);

X(t) = F'{t)l F(t) - опасность отказов системы.

В качестве примера был рассчитан оптимальный период инспекции системы подпитки-родувки (СПП) на 5-ом энергоблоке Нововоронежской АЭС. Было получено ф(т) = 0,108, где

ерез ф(т) обозначена правая часть формулы (3.7) при Т„„= 7 час, Та„= 72 час,

1(0 = 0,00004t, F(t-) = е-0'00002'2, где t в часах.

Рис. 2 Определение оптимального периода инспекции системы подпитки-продувки

Исходя из построенного графика (Рис. 2), получаем оптимальный период инспекции системы подпитки-продувки приблизительно 10 суток.

Четвертая глава посвящена методике разработки и использования формализованной модели ВАБ для оценки значимости нарушений.

В разделе 4.1 представлены цели и область применения разработанной методики.

Оценка значимости нарушений с помощью ВАБ направлена на достижение следующих целей:

- выполнение количественной оценки значимости нарушений с целью их ранжирования по

степени влияния на безопасность эксплуатации энергоблока АС;

предоставление информации для инспекторов с целью планирования в случае

необходимости дополнительных инспекций;

- предоставление информации населению об уровне безопасности АС.

В 2008 году в ФБУ «НТЦ ЯРБ» была разработана методика вероятностной оценки значимости нарушений на АС с использованием компьютерных моделей ВАБ. Указанная методика предназначена для использования специалистами в области ВАБ и не может быть использована специалистами АС и Ростехнадзора, не обладающими специальными знаниями и навыками работы с компьютерной моделью ВАБ.

Приводимая в диссертационной работе методика позволяет трансформировать компьютерную модель ВАБ в инструкции, содержащие формализованную модель ВАБ дл? оценки значимости нарушений. С помощью подобных инструкций специалисты, не обладающие навыками работы с моделями ВАБ, смогут упрощенно оценивать значимость каждого конкретного нарушения в терминах вероятностных показателей безопасное» энергоблоков АС.

В разделе 4.2 приведены теоретические основы, использованные в методике разработки г использования формализованной модели ВАБ для оценки значимости нарушений.

Для оценки значимости нарушения с помощью формализованной модели ВАБ применяется не величина вероятности, а порядок её величины. Данная величина получилс название «Порядок вероятности показателя безопасности (ПВПБ)». Если вероятносп реализации аварийной последовательности (АП) оценивается 1*10"9, то это означает, что ПВПБ АП в терминах порядков вероятностей равна 9.

Основная информация из компьютерной модели ВАБ представляется в виде набора «рабочих» таблиц. Для каждого ИС, моделируемого в ВАБ, разрабатывается своя «рабочая» аблица, в которую вносятся все АП, приводящие к повреждению топлива в активной зоне реактора при данном ИС. При расчете значимости нарушения производится оценка вклада всех П, обусловленных нарушением, в ЧПЗ.

Выражение для описания вклада в ЧПЗ от АП в величинах ПВПБ выглядит следующим бразом:

SCCD = SC,E + SCsm + SCREC, (4.1)

де:

SCCD ~ —Lg(fco) - значение ПВПБ для вклада аварийной последовательности в ЧПЗ;

SCIE ~ —Lg(flE) - значение ПВПБ частоты исходного события;

SCMrr ~ ~Lg(PMIT ) - значение ПВПБ для вероятности отказа систем, выполняющих функции безопасности;

SC!i/r ~ —Lg(Pwr) - значение ПВПБ для вероятности невыполнения оператором осстанавливающих действий (если применяются).

Для оценки значимости нарушения производится суммирование вклада в ЧПЗ от всех АП, бусловленных нарушением.

Суммирование выполняется в величинах ПВПБ по специально разработанному алгоритму, котором используются следующие приближения:

Разность вкладов от двух АП с ПВПБ m и (т-1) будет равняться (т-1), чему соответствует ледующая математическая интерпретация:

10-(т-])_ 10-Гт-О (4.2)

Сумма вкладов от трех АП одного порядка с ПВПБ т, приравнивается к вкладу одной АП о значением ПВПБ (т-1), чему соответствует следующая математическая интерпретация:

10т + 10т +10т= 10(т1), (4.3)

Для удобства определения вероятности повреждения активной зоны за время уществования нарушения определены три временных периода:

ДТ < 3 дней;

ДТ= 3 - 30 дней;

ДТ > 30 дней.

Изменение частоты ИС в каждом временном интервале оценивается количеством баллов, оторые рассчитываются на основании пересчитанных вероятностей возникновения ИС по ормуле:

ПВПБ (ИС) =-lg(4acTOTa ИС*ДТ), (4.4)

де:

ПВПБ (ИС) - порядок вероятности показателя безопасности конкретного ИС с учетом уществования нарушения;

Частота ИС - частота конкретного ИС;

ДТ - время существования нарушения.

Наиболее значимому для риска АС инициирующему событию соответствует наименьшее начение показателя запаса безопасности энергоблока АС. Ему присваивается наименьшее оличество баллов.

В разделе 4.3 представлена методика разработки и использования формализованной юдели ВАБ для оценки значимости нарушений. С помощью подходов, изложенных в данной етодике и компьютерных моделей ВАБ специалисты в области ВАБ смогут разрабатывать нструкции, содержащие формализованную модель ВАБ для оценки значимости нарушений, 'нструкции, содержащие формализованную модель ВАБ для оценки значимости нарушений остоят из формализованной модели ВАБ и пошагового алгоритма по её использованию.

Формализованная модель ВАБ разрабатывается для каждого энергоблока АС, на основе разработанной для этого энергоблока компьютерной модели ВАБ-1.

Используемые материалы, в том числе и модель ВАБ, должны соответствовать требованиям и рекомендациям российских нормативных документов, методических документов, а также рекомендациям международных документов. Формализованная модель ВАБ состоит из следующих таблиц:

- категории инициирующих событий;

- зависимости ИС, СВБ, компонентов СВБ и обеспечивающих систем;

- рабочие таблицы для определения значимости нарушений;

- функции безопасности.

В разделе 4.4 содержится инструкция, содержащая формализованную модель ВАБ для оценки значимости нарушений на энергоблоке №1 Калининской АС.

Представленная инструкция разработана на основе ВАБ первого уровня для внутренних исходных событий энергоблока №1 Калининской АС.

На первом шаге инструкции с помощью опросного листа проводится проверка возможности оценки значимости нарушения с помощью ВАБ. Далее выполняются следующие шаги:

- анализ влияния нарушения на готовность систем;

- анализ влияния нарушения на готовность СВБ;

- анализ влияния нарушения на изменение частоты ИС;

- заполнение рабочих таблиц.

Перечисленные шаги содержат алгоритм по использованию формализованной модели ВАБ, информация о разработке которой представлена в разделе 4.3.

На последнем шаге с помощью Табл. 1 производится оценки изменения уровня безопасности АС, обусловленного нарушением.

Табл. 1 Таблица оценки значимости нарушений

№ шага Инструкция Промежуточный результат

1. Количество АП со значимостью для риска в «9» баллов

2. Результат деления Шага 1 на 3

3. Количество АП со значимостью для риска в «8» баллов

4. Результат сложения Шага 3 и Шага 2

5. Результат деления и округления в меньшую сторону Шага 4 на 3

6. Количество АП со значимостью для риска в «7» баллов

7. Результат сложения Шага 6 и Шага 5

8. Результат деления и округления в меньшую сторону Шага 7 на 3

9. Количество АП со значимостью для риска в «6» баллов

10. Результат сложения Шага 9 и Шага 8

11. Результат деления и округления в меньшую сторону Шага 10 на 3

12. Количество АП со значимостью для риска в «5» баллов

13. Результат сложения Шага 12 и Шага 11

14. Результат деления и округления в меньшую сторону Шага 13 на 3

15. Количество АП со значимостью для риска в «4» балла

16. Результат сложения Шага 15 и Шага 14

1. Если результат Шага 16 «1», то для нарушения ДЧПЗ оценивается значением 1* 10"4.

2. Если результат Шага 16 «2», то для нарушения ДЧПЗ оценивается значением 5*10"4.

3. Если результат Шага 13 «1», то для нарушения ДЧПЗ оценивается значением 1* 105.

4. Если результат Шага 13 «2», то для нарушения ДЧПЗ оценивается значением 5* 10"5.

5. Если результат Шага 10«1»,тодля нарушения АЧПЗ оценивается значением 1*10"6.

6. Если результат Шага 10 «2», то для нарушения ДЧПЗ оценивается значением 5* 10"6.

7. Если результат Шага 7 «1», то для нарушения ДЧПЗ оценивается значением 1 * 10"7.

8. Если результат Шага 7 «2», то для нарушения ДЧПЗ оценивается значением 5* 10"7. Если результаты Шагов 7, 10, 13 и 16 равны 0, то для нарушения ДЧПЗ оценивается

начением меньше, чем 1* 10'8.

Пятая глава посвящена апробации представленных в работе методик. В разделе 5.1 изложены результаты апробации методики расчета на основе ВАБ ндикаторов безопасности для оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС.

Для апробации методики были проанализированы результаты ВАБ для 12 российских знергоблоков АС. Такое количество рассмотренных энергоблоков АС обусловлено тем, что только 12 энергоблоков АС проходили в ФБУ «НТЦ ЯРБ» экспертизу материалов ВАБ два раза л оба раза получали положительное заключение о результатах ВАБ.

Полученные данные следует применять весьма аккуратно, так как изменение значений ПЗ, а, следовательно, и индикатора по формуле 2.2, может быть обусловлено следующими ричинами:

учет в модели ВАБ выполненных модернизаций (конструктивных, организационных и других изменений, направленных на обеспечение ядерной и радиационной безопасности энергоблока АС);

исправление допущенных при выполнении ВАБ недостатков;

учет новых исходных событий (ИС) (внутренние пожары и затопления, внешние события) и иных эксплуатационных состояний (стояночные режимы, эксплуатация на пониженной мощности).

Дтя оценки ядерной безопасности АС, прежде всего, является важным изменение ЧПЗ, бусловленное первой причиной.

Для рассмотренных энергоблоков АС минимальный срок между разрабатываемыми ВАБ авен трем годам, и за этот срок в модель ВАБ вносились существенные изменения.

Вместе с тем значения ЧПЗ для более поздних версий ВАБ, несомненно, возрастали из-за справления недостатков, допущенных при выполнении первоначальных версий ВАБ. За оследние десять лет качество выполнения ВАБ для российских энергоблоков АС существенно овысилось, и можно надеяться, что в будущем вклад данной причины в изменение ЧПЗ будет езначительным, так как уже сейчас большинство замечаний, выявленных при экспертизах АБ, учтено и существенно на ЧПЗ не влияет.

Вклад в ЧПЗ от учета новых ИС, а также иных эксплуатационных состояний для ассмотренных результатов ВАБ пока ещё не актуален, так как все результаты представлены сключительно для внутренних ИС при работе блока на мощности. Однако для оценки ядерной езопасности АС впоследствии, безусловно, необходимо выполнение полномасштабных ВАБ-1 ВАБ-2 для всех типов событий и для всех режимов работы энергоблоков.

Для трех проанализированных энергоблоков АС значения Дп оказались отрицательны, что, озможно, свидетельствует не о снижении безопасности АС, а о повышении качества ВАБ и об странении замечаний экспертов.

Для остальных проанализированных энергоблоков АС, несмотря на устранение замечаний, риводящих к росту ЧПЗ, значение Дп имеет положительную величину, что свидетельствует об беспеченности безопасности АС.

В разделе 5.2 изложены результаты апробации методики применения ВАБ для ланирования и проведения инспекций.

Для апробации методики совместно со специалистами Ростехнадзора был проведен анализ ; возможных направлений использования справочника для планирования и проведения риск-информативных инспекций на энергоблоке № 5 НвАЭС в повседневной деятельности инспекторов, которая регламентируется действующими нормативно правовыми актами и разработанными на их основе программами инспекций. По результатам анализа было сформулированы следующие рекомендации по возможным вариантам применения разрабатываемых на основе методики справочников для планирования и проведения риск-информативных инспекций:

- рекомендации с точки зрения подхода к анализу аварийной последовательности;

- рекомендации с точки зрения подхода к анализу систем или элементов систем;

- рекомендации для инспекции готовности блока к пуску;

- рекомендации для инспекции ремонтных работ;

- рекомендации для инспекции ремонтных работ;

- рекомендации для периодических инспекций;

- рекомендации для инспекции технического обслуживания.

Сформулированные подходы и рекомендации должны быть впоследствии включены во все разрабатываемые справочники.

В разделе 5.3 изложены результаты апробация методики разработки и использованию формализованной модели ВАБ для оценки значимости нарушений.

Для апробации методики была использована инструкция, содержащая формализованную модель ВАБ для оценки значимости нарушений на энергоблоке №1 Калининской АС

С помощью разработанной инструкции была произведена оценка девяти наиболее представительных нарушений, произошедших на Калининской АС за период с 1991 по 2005 гг.

Результаты оценки значимости нарушений с помощью инструкций были соотнесены с& результатами оценки значимости нарушений, полученными по методике, позволяющей; провести точные расчеты с использованием оригинальной компьютерной модели ВАБ.

На Рис. 3 представлены графики, полученные по результатам оценки значимости} нарушений с помощью компьютерной модели ВАБ и с помощью инструкций, содержащих формализованную модель ВАБ. Графики показывают величину приращения (увеличения) ЧПЗ,| обусловленную анализируемым нарушением относительного базового значения ЧПЗ. Оценки1 значимости нарушений, полученные с помощью инструкций, отличаются от оценок,; полученных с помощью компьютерной модели ВАБ в среднем на один порядок в сторону, увеличения значимости, то есть инструкции дают более консервативный результат. При этом для всех рассмотренных событий общая картина оценок значимости нарушений сохраняется. ;

Полученные различия в результатах оценок можно объяснить тем, что инструкции разрабатываются для выполнения упрощенной оценки нарушений. Это означает, что расчеты значимости нарушений проводятся в терминах порядков вероятностей, то есть с точностью д0 порядка. Также инструкции не позволяют учитывать все сложные комбинации событий] которые могут происходить в ходе нарушения, и возможные временные зависимости между событиями и не позволяют переоценивать вероятности отказа по общей причине для, однотипного оборудования, выполняющего функции резервирования.

Но, несмотря на сказанное выше, можно констатировать, что инструкции, содержащий формализованную модель ВАБ, могут быть успешно использованы при оценки нарушений при отсутствии оперативной возможности использования оригинальной компьютерной модели ВАБ.

модели ВАБ

ис. 3 Сопоставление результатов оценки нарушений с помощью компьютерной модели ВАБ и с помощью инструкций, содержащей формализованную модель ВАБ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В процессе работы был разработан системный подход по применению ВАБ в нспекционной деятельности, в основе которого лежат следующие результаты:

Сформулирована проблема необходимости разработки методов применения ВАБ регулирующим органом в России, в том числе и в инспекционной деятельности. Выявлены основные возможные направления применения ВАБ в инспекционной деятельности. Проведен анализ существующих источников информации по данной проблеме. Предложена система индикаторов безопасности для оценки тенденции изменения ядерной безопасности АС на основе результатов ВАБ, которая дает возможность оценить тенденции изменения ядерной безопасности АС на основе поступающих в Ростехнадзор при лицензировании материалов ВАБ. По разработанному методу рассчитаны индикаторы безопасности для 12 энергоблоков АС России.

Разработан метод обработки и предоставления информации на основе ВАБ для планирования и проведения инспекций, который заключается в выявлении наиболее значимых с точки зрения безопасности систем (элементов систем), базисных событий, аварийных последовательностей и их ранжирование для планирования и проведения риск-информативных инспекций АС. Метод позволил разработать справочник для планирования и проведения риск-информативных инспекций на 5-м энергоблоке Нововоронежской АС.

Предложен метод определения оптимальных периодов инспекций, основанный на исследовании функционалов безопасности и надежности, использующий информацию о реальной эксплуатации объектов.

5. Сформулирован подход по упрощенной оценке значимости нарушений для специалистов без специфических знаний в области ВАБ. В основе подхода лежат разработка и применение формализованных моделей ВАБ, которые используют не величину вероятности, а порядок её величины. На основе сформулированного подхода разработана методика, которая позволила создать инструкцию, содержащую формализованную модель ВАБ для оценки значимости нарушений на 1-м энергоблоке Калининской АС.

6. Результаты, полученные в рамках работы, были использованы при разработке РБ «Рекомендации по использованию вероятностного анализа безопасности при оценке нарушений в работе атомных станций» и РБ «Применение ВАБ для задач эксплуатации».

Основные публикации по теме диссертации

В российских рецензируемых научно-технических журналах, в которых должны быть

опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней

доктора и кандидата наук:

1. Хижняк С.А. Определения и индикаторы безопасности атомных станций / С.А. Хижняк, Б.Г. Гордон // Проблемы анализа риска. -2013. -том 10. -№4. -С.58-66.

2. Хижняк С.А. Применение вероятностного анализа безопасности для планирования инспекций / С.А. Хижняк, A.B. Антонов, В.А. Бредова // Ядерная и радиационная безопасность. -2011. -№62. -С.35-41.

3. Хижняк С.А. Применение формализованной модели ВАБ для оценки выявленных на АС нарушений / С.А. Хижняк. В.А. Бредова // Ядерная и радиационная безопасность. -2013. -№70. -С.53-59.

4. Мирошниченко М.И. О заявлении о политике по применению вероятностного анализа безопасности и риск-информативных методов для атомных станций / М.И. Мирошниченко, В.А. Манаков, С.А. Хижняк // Проблемы анализа риска. -2012 -том 9. -№4. -С.86-90.

В других изданиях:

5. Хижняк С.А. Применение вероятностного анализа безопасности для планировали инспекций / С.А. Хижняк // Тезисы докладов XI Международной конференци «Безопасность АЭС и подготовка кадров - 2009», том №1, г. Обнинск, 2009. -С. 112-113.

6. Хижняк С.А. Использование процедурных таблиц разработанных на основе ВАБ дл определения значимости нарушений, выявленных при проведении инспекций на АЭС С.А. Хижняк // Тезисы докладов XII Международной конференции «Безопасность АЭС подготовка кадров-2011», Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ, 2011 -С.201-202.

7. Хижняк С.А. Применение формализованной модели ВАБ для оценки выявленных на А' нарушений / С.А. Хижняк// Научная сессия НИЯУ МИФИ-2013, 2013. -С.239.

8. Справочник для планирования и проведения риск-информативных инспекций свидетельство о государственной регистрации базы данных №2013621447 Российскг Федерация; правообладатель и автор Хижняк С.А.; заявка №2013621204; заявл. 25.09.13 зарег.20.11.13г.

9. Формализованная модель вероятностного анализа безопасности: свидетельство государственной регистрации базы данных №2013620511 Российская Федерация правообладатель и автор Хижняк С.А.; заявка №2013620193; заявл. 19.02.13 зарег. 15.04.13г.

Подписано в печать: 22.10.2014

Объем: 1,0 усл. п.л. Тираж: 100 экз. Заказ № 2034 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, Мясницкие Ворота д. 1, стр. 3 (495)971-22-77; vwvw.reglet.m