5 АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Важнейшим звеном анализа безопасности наряду с анализом мер по предотвращению нарушений в работе ЯЭУ является исследование потенциально возможных аварий ситуаций. Аварийная ситуация (авария) характеризуется исходным событием, путями развития и последствиями. В настоящем разделе будут рассмотрены главным образом подходы к анализу

путей развития аварий. В процессе такого анализа для различных исходных событ

рассматриваются возможные зависимые и независимые отказы устройств	безопасности,
ошибки персонала для того, чтобы проследить сценарий развития аварий	и определить

достаточность или необходимость принятия дополнительных организационно-технических мер для приведения установки в конечное безопасное состояние.

5.1 Детерминистический подход
Детерминистический		анализ безопасности (ДАБ)		определяется		как	, анал
устанавливающий	причинно-следственные		связи, использующие		единичные	численные

значения для ключевых параметров и приводящие в результате к единой величине(критерию оценки). Такой анализ безопасности выполняется в соответствии с заранее установленными допущениями по эксплуатационным состояниям и исходным , событиямсогласно специфическому набору требований и критериев приемлемости. Детерминистический анализ может быть как консервативным, так и улучшенной оценки. В рамках детерминистического метода анализа безопасности идентифицируются и анализируютсяпроектные события, охватывающие целый спектр возможных исходных событий аварий (ИСА), которые могли бы угрожать безопасности энергоблока. Под ИСА понимается событие, приводящее к нарушению нормальной эксплуатации энергоблока и требующее защитных действий для предотвращения (или ограничения) нежелательных последствий.

Основная цель ДАБ — показать, что отклик систем безопасности на проектные события соответствует заранее определенным требованиям как в части характеристик собствен энергоблока, так и в части решения задач безопасности. В детерминистском методе используется инженерно-технический анализ для предсказания хода событий и их последствий.

В сложившейся практике проектирования важнейшим элементом детерминистического подхода является принцип единичного отказа, в соответствии с которым составляется перечень проектных аварий.

Рассмотрим некоторые особенности применения принципа единичного отказа согласно требованиям нормативов.

Анализ системы на соответствие принципу единичного отказа начинается с определения полного перечня исходных событий, рассматриваемых при обосновании безопасности ЯЭУ. При этом в качестве исходного события должно рассматриваться любое, но только единичное нарушение: отказ в системах, внешнее воздействие, ошибочное действие персонала. Возникновение дополнительного исходного события во время протекания аварийной ситуации

до	окончательного	выполнения	системами	безопасности	своих	функций	не
учитываться.
	Так, в качестве исходного события не должен рассматриваться одновременный разрыв
двух трубопроводов независимых петель первого контура установки ВВЭР:
			Исходное событие — единичное			нарушение (не
		рассматриваются независимые разрывы одновременно двух
		трубопроводов)

71

В то же время, все зависимые от исходного события нарушения на АЭС являются составной частью рассматриваемого исходного события(см. рис.). Так, исходное событие — падение самолета на AЭС — включает разрушение петли второго контура, потерю внешнего электропитания станции, разрушение всех несейсмостойких систем и сооружений.

Исходное событие и зависимый от него отказ канала системы безопасности.

Наряду с исходным событием при анализе аварийной ситуации должен рассматриваться независимый от исходного события дополнительный отказ активного устройства безопасности или пассивного устройства, имеющего механические движущиеся части:

Исходное событие и независимый от него	Исходное событие и независимый от него
дополнительный отказ активного устройства	отказ пассивного устройства, имеющего
безопасности.	механические движущиеся части.

При анализе аварии с разрывом трубопровода первого контура ВВЭР прим дополнительного отказа активного устройства является отказ насоса системы активн впрыска, а пассивного устройства — отказ обратного клапана на трубопроводе подачи воды от гидроаккумуляторов.

Системный детерминистический анализ

Принцип единичного отказа представляет собой один из возможных способов выделения в рамках детерминистического подхода классов вероятных и маловероятных авари исключением последних из числа рассматриваемых. Ограниченность этого принципа при всей

его технической целесообразности состоит в директивно устанавливаемой глубине анализа аварийных ситуаций. В общем случае детерминистический подход предпола последовательное исследование всевозможных путей развития аварий с учетом отказо элементов и систем безопасности, ошибок персонала без ограничения числа рассматриваемых совместных отказов.

В качестве критерия ограничения круга анализируемых аварий выступает их техническая возможность или, другими словами, техническая целесообразность рассмотрения. В рамках такого анализа не рассматриваются последовательности событий, противоречащие известным физическим законам или практически невероятные с позиции этих законов. Последнее должно подтверждаться также многолетним мировым опытом эксплуатации изделий в различны

72

областях техники. Данный подход обеспечивает полноту учета возможных ситуации и снижает долю субъективизма в решениях по обеспечению безопасности.

В рамках системного анализа для каждой аварийной ситуации рассматрив технически возможные цепочки от исходного события до конечного состояния, отражаются функционирование систем безопасности, действия персонала и оцениваются последствия.

Выявляются	пути	развития	аварийной	ситуации	с	учетом	взаимодействия	сис
закономерностей протекания физических процессов, а также отказов систем безопасности.

Для окончательного выявления возможных отказов по общей причине проводя специальные исследования. При этом тщательно изучаются критические пути развития аварии для выявления специфической зависимости, которая могла остаться незамеченной при первоначальных исследованиях.

Системное рассмотрение аварий позволяет выявить критические	пути их развит
(например, по наименьшему числу отказов, приводящих к неблагоприятным	последствиям),

уяснить и проанализировать взаимосвязь различных систем, участвующих в обеспечении безопасности, роль и значение персонала в осуществлении защитных мер, выявить возможные отказы по общей причине, «глубину» обеспечения безопасности АЭС.

Выделение важных систем и компонентов, наиболее значимых ошибок имеет большое значение для совершенствования проекта и для подготовки персонала.

Рассмотрим пример аварии с потерей электропитания собственных , нуждразвитие которой выходит за рамки принципа единичного отказа.

На рис. 5.1 представлены некоторые пути развития рассматриваемой аварийной ситуации. По сигналу обесточивания срабатывает аварийная защита реактора, запускаются дизельгенераторы системы аварийного электроснабжения, включается система аварийного отвода тепла и установка переводится в режим расхолаживания.

РИС. 5.1. ПУТИ РАЗВИТИЯ АВАРИИ С ПОТЕРЕЙ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СОБСТВЕННЫХ НУЖД

(ЕЦ – естественная циркуляция; ПЦ – принудительная циркуляция).

73

Путь 1	соответствует проектному	протеканию режима,	обеспечивается	при единичном
отказе устройства безопасности и		рассматривается	в рамках	проектного обосно
безопасности.
Путь 2	характеризуется отказом	системы аварийного	отвода тепла	с принудительной

циркуляцией (ПЦ) охлаждающей воды. Отвод тепла от реактора в этом случае осуществляется (если такая возможность предусмотрена) выпариванием имеющихся запасов воды при естественной циркуляции теплоносителя.

Вядерных энергетических установках с ВВЭР, благодаря запасам воды в горизонтальных парогенераторах, реактор может поддерживаться в безопасном состоянии в течение нескольких часов. В указанное время персонал должен восстановить принудительную циркуляци охлаждающей воды или по меньшей мере восполнить запас воды на выпаривание.

Если в установке не предусмотрен отвод тепла на основе естественной циркуляции(путь 3), то возможна переопрессовка реактора или потеря теплоносителя через предохранительные клапаны с последующим расплавлением активной зоны.

Пути 4 и 5 характеризуются отказом системы надежного электроснабжения и зависимым от него отказом системы отвода тепла с принудительной циркуляцией охлаждающей воды. В остальном пути 4 и 5 близки к путям развития аварии 2 и 3 соответственно.

Потенциально возможно развитие аварии без срабатыванияA3 реактора. При несрабатывании A3 и включении системы аварийного отвода тепла за счет разбалан генерируемой и отводимой мощностей происходят разогрев теплоносителя первого контура и рост давления в нем.

Вреакторах с развитым свойством самоограничения мощность активной зоны снижается

до уровня мощности, отводимой от реактора. При этом разрушения элементов конструкции
первого	контура	не происходит. Если отказывает система аварийного отвода тепла							или
установка	не	обладает	развитым	свойством самоограничения, то авария			приводит		к
разрушению активной зоны.
Детерминистический подход способен охватить многие вопросы анализа и обоснования
безопасности ЯЭУ. В то же время остается ряд принципиальных затруднений.
Во-первых,		стремление	выделить	критические	пути	развития	аварий	в	р

детерминистского системного анализа приводит к необходимости сопоставления , пут характеризующихся различным количеством отказов активных и пассивных устройств, ошибок персонала, т.е. к необходимости их количественного сравнения при отсутствии единой меры осуществимости (возможности) аварий.

К этому следует добавить, что даже два однотипных устройства, имеющих одинаковое назначение, могут существенно различаться по частоте отказов вследствие особенносте конструкции, технологии изготовления, условий эксплуатации. Неготовность системы может существенным образом зависеть от регламента проверок и ремонтопригодности элементов.

Кроме того, в рамках детерминистического анализа возможно рассмотрение только полностью зависимых систем (устройств), когда отказ одной системы неизбежно приводит к отказу другой. В то же время имеют место ситуации, когда несколько однотипных устройств

могут отказать по общей причине, а могут и не отказать, т. е. когда зависимые отказы являются
случайными	событиями. Перечисленные	обстоятельства	с	неизбежностью	треб

привлечения вероятностных методов, где вероятность выступает единой мерой возможности осуществления различных событий.

5.2 Вероятностная оценка безопасности

Общие положения

В рамках вероятностного анализа выполняется качественная и количественная оценка безопасности АЭС, состоящая в оценке вероятности возникновения и путей развития ИСА, а

74

также в определении частот возникновения нежелательных событий(повреждение активной зоны, предельный аварийный выброс радиоактивных веществ, радиационное воздействие на персонал, население и окружающую природную среду). Результаты вероятностного анализа сравниваются с установленными вероятностными критериями безопасности.

Вероятностная оценка безопасности представляет собой системный анализ прич возникновения, всевозможных путей развития и последствий аварий на АЭС с использованием широкого спектра физических, теплотехнических методов, методов анализа прочности конструкций, механики разрушения и ряда других, дополненных анализом надежности средств обеспечения безопасности и вероятностной оценкой развития событий. Последствия аварий для окружающей среды определяются выбросом радиоактивных продуктов за пределы АЭС.

Уровни ВАБ

ВАБ 1—го уровня. Это ВАБ по отношению к целостности второго физического барьера

на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ в окружающую

среду (оболочка

твэл). В

рамках

ВАБ1—го уровня

анализируются последствия

событий

(внутренних исходных событий аварий, внутренних и внешних экстремальных воздействий)

для всех эксплуатационных состояний АЭС(работа реакторной установки на номинальном и

сниженном

уровне

мощности, планово—предупредительные

ремонты), которые

могут

привести к повреждению активной зоны(или ядерного топлива в бассейнах выдержки и

перегрузки), оценивается

частота

повреждения

активной

зоны(топлива), анализируется

эффективность

и

достаточность

систем, оборудования

и

действий

персонала

д

предотвращения повреждения активной зоны(топлива). Количественной характеристикой

результатов ВАБ1—го уровня является частота повреждения активной зоны(или частота

повреждения топлива) — ЧПАЗ.

ВАБ 2-го уровня. Это ВАБ по отношению к целостности четвертого

физического

барьера на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ

окружающую среду (герметичная оболочка реакторной установки). В рамках ВАБ 2-го уровня

идентифицируются

причины, источники,

события,

пути

возникновения

радиоактивных

выбросов и оцениваются их величины и частоты. Такой анализ дает дополнительные выводы об

относительной значимости аварии, о защитных мерах и барьерах безопасности, таких как

гермооболочка реактора. Количественная характеристика результатов ВАБ2-го уровня—

частота предельного аварийного выброса(ЧПАВ) радиоактивных веществ и долговременная

целостность герметичных ограждений реакторной установки.

ВАБ 3—го

уровня оценивает

последствия

аварий

за

пределами

площадки АЭС

п

отношению к

аварийным

последовательностям, выявленным

в

ВАБ2—го

уровня. Целью

анализа является оценка риска радиационного воздействия на население и окружающу природную среду.

Вероятностный анализ применяется для оценки величины риска реализации какой—либо конкретной последовательности событий и ее последствий. Такая оценка может учитывать влияние мер по подавлению или ослаблению последствий аварий на энергоблоке АЭС или на площадке АЭС. Кроме того, вероятностный анализ применяется для оценки профиля риска, выявления любых возможных слабых меств проекте или в эксплуатации, которые могли бы внести чрезмерный вклад в риск. Вероятностный метод может использоваться в качестве дополнительного инструмента при выборе событий, для которых необходимо проведение детерминистического анализа.

	С точки	зрения вероятности отказа	количественной оценке могут быть подвергнуты
уровни	и барьеры глубокоэшелонированной защиты. Результатом такого анализа является
более	ясное и	углубленное понимание	возможных недостатков глубокоэшелонированно

защиты. С	другой стороны, детерминистическая		оценка позволяет определить запасы до
нарушения	барьеров	глубокоэшелонированной	защиты. В	соответствии с определением
культуры	безопасности	к надежности функционирования		глубокоэшелонированной защиты

75

требуется повышенное внимание, в то время как внимание к другим областям риска может быть ослаблено. Такая философия находит свое отражение в различных аспектах эксплуатации АЭС. Фактически можно говорить о ,томчто применение методологии оценок риска автоматически способствует повышению культуры безопасности, так как соответствует ее определению: внимание распределяется в соответствии со значимостью для безопасности, которая определяется методами ВАБ.

Одним из основных отличий ВАБ от детерминистического анализа безопасности является систематизированный и реалистичный подход к полному анализу последовательностей для широкого спектра исходных событий аварий. Рис. 5.2 иллюстрирует область действия указанных двух инструментов. ВАБ подтверждает, что риск от аварий на АЭС возникает в результате событий вне проектной области, также вследствие множественных отказов, ошибочных действий персонала и внешних опасностей.

РИС. 5.2. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АНАЛИЗОВ БЕЗОПАСНОСТИ

В целом, для принятия решения по безопасности АЭС с использованием оценок риска применяются следующие результаты ВАБ:

—количественная оценка мер риска (ЧПАЗ, ЧПАВ и др.);

—профиль риска — графическое или численное представление соотношения между значениями риска от отдельных составляющих;

—оценка изменения величин ЧПАЗ, ЧПАВ;

—идентификация и осмысление доминантных вкладчиков в результаты(значимые аварийные последовательности, системы, оборудование, физические процессы, функции безопасности и т.п.);

—идентификация и осмысление источников неопределенности ЧПАЗ, ЧПАВ и их влияния на результаты.

76