Основные положения
Необходимость применения вероятностного метода анализа безопасности объясняется тем, что возможные пути развития аварийных событий, их наиболее полное выявление и прогнозирование, качественная и количественная оценка всех возможных последствий этих событий и методов их предупреждения возможны лишь на вероятностной основе.
Физический смысл использования ВАБ можно объяснить следующим образом.
Возникновение и развитие аварии на АЭС происходит в результате последовательности различных случайных событий во времени. Поэтому для определения путей развития аварий, их частоты и последствий необходимо применять итерационный метод выделения и последовательного перебора многочисленных комбинаций случайных событий - аварийных последовательностей (АП), вследствие отказов оборудования, систем, ошибок персонала, внешних и внутренних воздействий.
При этом пути прохождения АП могут зависеть от различных случайных событий и не отвечать сценарию логического развития аварии. Более реальным здесь следует считать вероятностное протекание аварийных процессов.
Таким образом, основой ВАБ является системный анализ всех возможных сценариев развития аварий за счет последовательного исследования аварий и их исходных событий с учетом функционирования всех технических средств и СБ, участвующих в локализации процесса, и действий персонала. При ВАБ необходимо также рассматривать все возможные пути
развития аварийных процессов с учетом наложения отказов в СБ; количественно оценивать частоту и вероятностные последствия аварии. Следует подчеркнуть основной принцип ВАБ: выделять не то, что есть, а то, что может быть при развитии аварийных последовательностей, и давать вероятностную количественную оценку случайным событиям (отказам и АП), связанным с возникновением и протеканием аварии.
С помощью ВАБ и учета опыта эксплуатации устанавливается необходимый уровень безопасности АЭС.
В настоящее время опыт эксплуатации АЭС показывает, что ИСА, приводящие к тяжелым радиологическим последствиям, становятся более редкими благодаря модернизации технических средств и СБ, которая производится после запроектной аварии на ЧАЭС,
Однако значимость и необходимость проведения ВАБ не утратили своего значения в связи с возможными очень тяжелыми последствиями таких ядерных аварий. Поэтому проведение количественного анализа ядерных аварий на основе ВАБ является обязательным как на проектной стадии создания АЭС, так и в процессе эксплуатации.
В целом ВАБ является системным подходом к выполнению теоретического анализа ИСА с использованием опыта эксплуатации в нормальных и аварийных условиях. Он позволяет выявлять основные источники тяжелых аварий, определять наиболее вероятные аварии, приводящие к наихудшим последствиям, прогнозировать различные пути их развития, разрабатывать необходимые средства и мероприятия для достижения приемлемого уровня безопасности в процесс проектирования и поддержания достигнутого уровня безопасности при эксплуатации АЭС.
Существующие методы выполнения ВАБ позволяют определять в основном вероятностные показатели уровня безопасности АЭС. В качестве вероятностных показателей безопасности принимаются обычно вероятности возникновения тяжелых аварий и радиационные последствия с превышением установленных норм для персонала, населения и окружающей среды.
ВАБ применяется на всех этапах жизненного цикла АЭС: от проектирования, когда разрабатывается концепция безопасности, до снятия АЭС с эксплуатации, в том числе при разработке проектов модернизации АЭС.
Основные цели выполнения ВАБ
Первоначальное применение вероятностного подхода к оценке ядерной безопасности было направлено на формирование вероятностного критерия приемлемости вообще развития ядерной энергетики. Уже первые анализы показали возможность выявлять слабые и сильные стороны проектов и эксплуатации АЭС и определять на этой основе возможные пути повышения безопасности.
Известные недостатки детерминистического подхода к оценке безопасности АЭС ускорили применение и развитие вероятностной методологии для этой цели. Наиболее известные работы, в которых достаточно полно излагаются основные положения, цели, принципы и методы использования ВАБ, представлены в перечне использованной литературы [15, 18, 22]. Используя указанную литературу, основные цели выполнения ВАБ можно сформулировать следующим образом:
-формирование требований к надежности и эффективности разрабатываемого оборудования и систем, важных для безопасности АЭС;
-оценка уровня детерминистических принципов обеспечения безопасности, изложенных в действующей НТД, и определение условий их эффективного применения, а также определение соответствия проекта АЭС этим принципам и критериям (выполнение качественной оценки уровня безопасности АЭС;
- количественная оценка уровня безопасности АЭС и путей его повышения, для чего необходимы:
-разработка вероятностных моделей безопасности (ВМБ) и доминантных аварийных последовательностей (АП), вносящих наибольший вклад в развитие аварий;
- определение вероятностных показателей безопасности;
- оценка вероятностей реализации АП с нарушением безопасности;
- определение пределов и условий безопасной эксплуатации АЭС;
- выполнение количественной оценки уровня безопасности путем сравнения полученных показателей безопасности с критериями, установленными в НТД или принятыми на действующих АЭС;
- определение основных причин реализации доминантных АП с учетом нарушений и отказов оборудования и систем, в том числе отказов по общей причине ошибочных действий персонала, недостатков технического обслуживания и внешних воздействий;
- проведение сравнительного анализа технических решений в процессе проектирования РУ и СБ в целях выбора оптимального варианта по безопасности;
- оценка состояния АЭС при нарушениях, установленных в проекте пределов безопасности, размеров последствий или степени нарушения безопасности;
- комплексная оценка вклада различных факторов и систем в последствия аварий и определение на этой основе приоритетных направлений для разработки новых проектных решений по повышению безопасности;
- разработка дополнительных мер по обеспечению безопасности АЭС, если полученные значения вероятностных показателей являются недостаточными или неприемлемыми;
- выявление и оценка новых проблем безопасности;
- оптимизация регламентных проверок, ремонта и замены элементов и оборудования, в том числе систем обеспечения безопасности, в целях повышения надежности;
- оценка опыта эксплуатации с учетом данных по нарушениям и авариям в целях корректировки процесса эксплуатации;
- разработка мер по управлению тяжелыми (запроектными) авариями на основе результатов ВАБ с учетом детерминистического подхода и использованием в том числе симптомно-ориентированных аварийных действий персонала (СОАД).
В целом основными практическими целями ВАБ являются:
- определение и описание возможных комбинаций событий, которые могут привести к тяжелым авариям;
- оценка ожидаемой вероятности каждой комбинации событий;
- качественная и количественная оценка последствий аварий.
Реализация основных целей ВАБ позволяет выявлять недостатки и уязвимые места АЭС и оценивать широкий спектр проблем обеспечения безопасности.
Объем и содержание ВАБ
При возникновении тяжелых аварий на АЭС возможно большое число путей ее развития. В общем случае это число может быть равно 2-n путей, если за "n" принять число систем и устройств, влияющих на данную аварию. При этом ЭБ АЭС может принимать множество возможных состояний, которые могут возникать в результате различных событий, сопутствующих аварии и вызванных отказами оборудования и систем, ошибками персонала или внешними воздействиями. Учитывая множество возможных событий, состояний и путей развития аварии, ВАБ включает в себя несколько стадий или уровней. Они различаются между собой по объему, содержанию, глубине выполняемых анализов и решаемых задач, а также по видам и характерам последствий аварий. Кроме того, уровни ВАБ связаны с этапами жизненного цикла АЭС.
Объем, содержание и глубина ВАБ определяют значимость и достоверность полученных результатов, реальность разработанных ВМБ, определяющих поведение АЭС при авариях. Таким образом, в зависимости от содержания, целей и возможного использования результатов анализа предусматривается 4 уровня ВАБ: нулевой, первый, второй и третий. Каждому уровню ВАБ отвечают соответствующее содержание, решаемые задачи, цели, глубина исследования и характер последствий аварии.
ВАБ-0 и ВАБ-1 обычно решают аналогичные задачи. Но ВАБ-0 разрабатывается для этапа проектирования совместно с проектами систем и оборудования, а его результаты используются в нормативных документах.
Содержание ВАБ-0 обычно включает следующие вопросы:
- выбор проектных исходных событий для анализа аварийных процессов;
- выполнение качественных и количественных анализов надежности оборудования и систем, важных для безопасности;
- оценка влияния отказов по общей причине, внешних и внутренних воздействий и действий персонала на возникновение ИСА и выполнение функций безопасности;
- анализ соответствия проекта АЭС действующим НТД, принципам и критериям по безопасности;
- последовательности протекания аварий, включая построения деревьев отказов.
Полученные результаты ВАБ-0 используются для обоснования оптимальных решений по составу, структуре, схемам систем, защите от внешних и внутренних воздействий и т.п.
ВАБ-1 решает задачи и выполняет цели, изложенные в гл. 15 и 20.2.2. На этом уровне разрабатываются ВМБ, на основе которых определяется состояние ЭБ при возникновении повреждений источников радиоактивности, содержащих ядерное топливо или РАВ. При этом производится оценка причин и размеров повреждения источника, количество выбрасываемых РАВ, а также определяются частоты таких аварий (значения вероятностей).
Основной объем анализа выполняется в первую очередь для РУ. При этом значительное внимание уделяется анализу процессов повреждения и разрушения (плавления) активной зоны. Производится оценка вероятности и величины выхода РАВ при нарушении герметичности 1-го контура и связанных с ним систем и оборудования. Должны быть рассмотрены также и другие источники радиоактивности:
- хранилище отработанного ядерного топлива (ХОЯТ) и радиоактивных отходов (РАО);
- системы перегрузки, временного хранения и транспортирования ядерного топлива.
Вероятностному анализу в общем случае должны подвергаться все проектные ИСА. В процессе проектирования в целях уменьшения объема расчетных работ возможно выполнение ВАБ лишь для внутренних ИСА и для основных эксплуатационных режимов:
- режима полной или частичной мощности;
- плановых и технических обслуживании и ремонтов.
Для получения полных и достоверных результатов при создании АЭС обычно ВАБ-1 выполняется в два этапа: на стадии разработки технического проекта (предварительный анализ в связи с недостаточной информацией по эксплуатационным данным) и при вводе АЭС в эксплуатацию.
Конечным результатом выполнения ВАБ-1 является описание характерных АП с оценкой частоты их реализации. Пример таких результатов ВАБ-1, определяющих в качестве количественной цели безопасности частоту ИСА и повреждений аз, для ЭБ ЮУАЭС представлен в прил. 2.
Результаты анализов реализуются в соответствии с установленными целями и могут использоваться в качестве исходных данных для выполнения ВАБ-2.
В настоящее время ВАБ-1 является основным рекомендуемым нормативным документом и уровнем для практической реализации на АЭС на всех этапах ее жизненного цикла.
Так, например, практическая реализация ВАБ-1 на стадии проектирования позволяет оптимизировать оборудование и проектные режимы эксплуатации с точки зрения безопасности АЭС, а также предоставить исходные необходимые данные для аварийных инструкций.
ВАБ-2 предусматривает разработку ВМБ применительно к запроект- ным авариям. На этом этапе выполняется анализ выхода РАВ за пределы 1-го контура и поведения их в защитной оболочке реакторной установки и за пределами ее. Рассматривается поведение системы локализации аварии с учетом герметичности защитного ограждения РУ. Изучается повреждение активной зоны ЯР и защитной оболочки. Определяется количество и состав выбрасываемых РАВ в окружающую среду и дается оценка частот (вероятностей) таких событий.
ВАБ-2 обычно разрабатывается на стадии технического проекта и на стадии ввода АЭС в эксплуатацию.
ВАБ-3 также связан с анализом запроектных аварий при разрушении ГО, распространении РАВ в окружающей среде и воздействии их на население и окружающую среду. При этом выполняется оценка доз облучения населения, оцениваются комплексные показатели безопасности. В целом ВАБ-3 завершается оценкой риска от АЭС. Результаты ВАБ-3 используются для разработки планов мероприятий по защите населения при возникновении запроектных аварий. ВАБ-3 может выполняться на стадии ввода АЭС в эксплуатацию.
