幾十年來， PRA保證了美國反應堆機組的安全運行。

1、風險焦點

PRA(概率風險評估)的風險見解，從許多不同的角度提供了有用信息，從設施維護最重要內容到更好地理解如何解決有關安全問題。

支持創建和增強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《反應堆安全研究》開始，到今天使用的綜合工廠特定模型。

實踐證明，PRA技術的使用，一直是實現工廠安全明顯改善的關鍵因素。

在核能研究所最近的一項研究，分析了核電站PRA模型更新的數據，數據顯示，在核電站過去30年運行中，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，發生在平均發電廠容量系數從約70%增加到90%以上的一段時間內。

此外，使用PRA的風險焦點，是美國多個應用程序中使用的風險指引監管框架的重要組成部分，包括以下內容：

■ 維護規則程序，包括在線維護活動的電廠配置風險管理程序。

■使用風險指引方法更改工廠許可基礎。

■ 通過風險評估確保工廠的總體基線安全。

■ 消防計劃。

■ 風險管理技術規范，包括完成時間和監督頻率控制程序。

■ 允許對使用風險指引分類過程的結構、系統和組件進行替代監管處理的程序。

由于PRA模型被用于支持廣泛的工廠決策，現在被應用于分析工廠越來越多樣化的方面，這遠遠超出了20世紀70年代設想的最初意圖。

對PRA方法和工具的這些要求，導致了進一步擴大PRA使用的挑戰，并提高了未來研究如何應對這些挑戰以確保持續核安全的潛力。

除了PRA的需求外，計算機科學領域還帶來了計算方法的進步，這些方法可能有助于核電站PRA的應用。這些新技術在提高PRA的有效性和經濟性方面具有巨大潛力，目前正在探索其對PRA和核電界的潛在優勢。

2、PRA類型

PRA是一個概念，而不是一種工具或方法。

PRA是一種風險評估方法，它依賴于定量風險建模，由額外的定性輸入提供信息，用于評估當前設計或操作的風險，以及識別性能不足。

■ 傳統的、經典的或遺留的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。

核電站傳統PRA的結果是一組最小割集(即，將導致事故工況建模的組合)，反映了經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物的大量早期釋放。

術語“安全案例”有時與PRA混淆。安全案例是一種結構化的方法，依靠證據來證明系統是安全的。

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通常采用PRA的形式。

研究表明，使用概率方法可以補充確定性方法，加強整體核安全方法。

■ 動態PRA：創建這些PRA通常是為了將定時信息捕獲到通常的靜態模型中。

動態PRA最初創建于20世紀70年代末和80年代初，隨著時間的推移，已經擴展到將物理現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態PRA，包括故障樹和事件樹隨時間的擴展、基于圖的模型、基于馬爾可夫方法和各種模擬技術。

■ 計算風險評估(CRA)：這些模擬代表了場景的操作、時間、可能性和物理性。

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

由于CRA可以提供豐富的信息，包括操作設施的物理信息，因此可以用于進行詳細的工程設計、支持安全案例、識別重要的物理現象、不確定性量化和風險知情應用。

3、擴大風險評估和管理工具方面的挑戰

人力可靠性分析中，建模的不同類型依賴關系說明。

通過努力接觸一系列行業PRA用戶，以確定當前PRA方法和工具的潛在問題，最終確定在及時有效的風險知情決策方面，哪些問題最為重要。

根據反饋，確定了幾個挑戰，這些挑戰可能會阻礙基于當前PRA實踐的PRA模型中風險的進一步使用：

■ 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小時才能解決許多模型。

這源于模型的復雜性和細節的增加，需要更大的計算能力和內存。

一個例子，火災概率風險評估模型所需的時間，量化可能長達幾天。在過去的二十年里，解決PRA模型所需的漫長時間問題一直是一個持續的問題，需要進一步改進。

■ 相關性分析。另一個經常提到的問題是，如何表示依賴性以進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場景中可能存在多個人類行為。

然而，這些事件之間可能存在依賴關系，例如同一團隊執行多個動作，或者執行不同活動之間共享的動作所需的時間。

目前的做法是在PRA模型中創建復雜的關系來尋找這些依賴關系，然后根據需要修改結果。

這些依賴關系模型不僅復雜且難以理解，而且會減慢分析速度，增加總體量化時間。

■ 模型開發、維護和更新。管理和更新PRA模型的過程大多是一項手動、勞動密集型和專業化的活動，在許多情況下，必須維護多個PRA模型，以代表不同的風險知情應用程序。

提供、管理和檢查PRA模型的自動化方式，將有利于許多日常風險相關活動。

■ 風險集合。風險集合包括將PRA的不同要素相結合的活動，以開發見解和指標來支持決策。

風險集合在決策方面具有挑戰性(例如，如何理解具有不同細節、置信度和不確定性水平的不同輸入的含義)。

隨著PRA模型擴展到多種類型的危險，包括內部火災、外部洪水、管道破裂、大風和地震事件，并考慮單個危險(或危險組合)對具有多個機組和多個潛在放射釋放源的現場的可能影響，適當比較總體集體風險，以及個人危險的貢獻可能具有挑戰性。

■ 不確定性分析。使用風險評估的一個好處是，能夠解決我們理解狀態中固有的不確定性。

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

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

鑒于物理現象的不確定性可能會導致當前PRA的不確定性，改進方法以綜合理解總體貢獻至關重要。

■ 風險見解的溝通。商業核電站是復雜的，因此，其相關的PRA模型變得越來越復雜。

此外，創建、維護和部署PRA的過程需要高水平的專業知識和經驗，這限制了風險洞察和結果驅動因素背后的溝通便利性。

此外，目前使用的計算機支持工具依賴于幾十年前的基本可視化方法和理論。

PRA模型的結果及其影響的溝通，對于包括工廠經理和監管機構在內的廣泛利益相關者進行有效決策至關重要。

這一點尤為關鍵，因為許多利益相關者和決策者都不是PRA理論細節方面的專家。因此，通過開發改進的方法來顯示PRA的數據和結果，可以獲得實質性的進步。

使用核管理委員會事故序列前體程序儀表板的可視化進行風險溝通的示例如下所示。

顯示核管理委員會事故序列前體計劃風險見解的示例儀表盤。

■ 新技術和現有模型的集成。現有的PRA方法依賴于一個框架，該框架主要在20世紀70年代開發的方法構建的。

隨著新的先進技術的發展(例如，并行處理的使用、現象的多物理建模和模擬來捕捉時間)，需要考慮這些先進方法的集成和接受度，以增強當前的實踐狀態并繼續促進創新。

4、研究需求和路線圖

目前提出的挑戰突出了需要研究的關鍵領域，提高PRA技術的技術能力和成本效益變得困難。

我們注意到，一些挑戰可能在短期內(在未來一到兩年內)難以解決。

盡管如此，我們相信，來自核工業界的風險研究，可以為當今具有挑戰性的PRA問題帶來改進和解決方案。

我們的研究機構一直在就一系列優先問題進行合作。

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

5、量化速度

以堆芯損傷組合數量和相關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，支持風險知情決策的最重大挑戰。量化速度影響PRA如何使用、修改和檢查的各個方面。

因此，在保持可接受的準確性水平的同時，減少量化時間的研究，可以為PRA社區和核工業帶來最大的進步。

作為核電站PRA中復雜性類型的一個例子，見右圖，隨著通過將PRA模型量化截斷水平降低到越來越小的值來捕獲額外的細節，最小割集的數量(即，電廠可能經歷堆芯損傷方式的不同組合)變得非常大，其中組合不被認為低于該頻率水平。

有幾個潛在的選項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斷值，從而減少量化時間。

另一種方法是更好地理解PRA結構的細節及其對量化時間的影響。

第三個潛在的選擇是利用計算機科學對高性能計算的投資，并推進軟件開發，以使用新方法解決PRA模型。

6、與人相關的基本事件的依賴性建模

人的可靠性分析建模是傳統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，當多個人類行為出現在一個場景中(這種情況經常發生)時，就會面臨重大挑戰。

一個關鍵問題是，這些單獨的事件如何通過時間相近的事件或依靠同一工廠員工完成多項所需任務等因素相互作用。

目前人類可靠性分析的方法，側重于通過應用簡單的“如果-那么”類型的規則來手動確定依賴程度。

這種方法是次優的，因為它可能不得不依賴于保守的假設，規則本身可能會變得復雜，外部評審員的審查可能會導致進一步的保守性和/或復雜性，這可能會也可能不會產生額外的見解。

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，一種方法可以是創建自動的基于規則的過程來識別和應用依賴因素。

另一種方法是，應用機器學習來尋找和應用依賴因素。

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

7、多危險要素模型集成

PRA中的綜合風險包括核電站內部和外部的幾種不同類型的危險要素。

越來越多的人正在開發和使用多種危險模型來支持工廠的運營需求。

評估所有潛在危險所產生的風險，了解其個人行為在其中影響，并認識到哪些風險見解最適合解決，這對于正確實施風險知情決策至關重要。

然而，多危險模型的完全集成，在執行、維護和使用方面可能很麻煩。

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

一項有用的研究活動，可以集中在如何更有效地將各種危險因素整合到現有的PRA模型中，而不會使原始模型過于復雜。

此外，這項研究與量化速度問題和相關研究有關，因為添加額外的元素有時會大大增加總體分析時間。

8、接下來方向

PRA為核工業提供了一種有效的工具，可以在運行核電站等復雜設施時管理風險。

然而，就PRA的使用擴展和風險知情決策改進方面的持續進展而言，這一過程并非沒有挑戰和限制。

通過行業從業者的反饋，我們在開發和使用風險知情應用程序的PRA時，確定了當前的問題并將其列為優先事項。

我們現在正在運用資源來調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建，它們將被整合到當前和新的PRA方法中，用于進一步加強美國在風險技術方面的投資，同時繼續確保核反應堆機組的安全。

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