Ydinvoimalaitoksen luotettavuustietojen laskentamenetelmät

Abstract

Todennäköisyysperusteista riskianalyysiä eli PRA:ta käytetään ydinvoimalassa ydinturvalli suuden tarkastelussa, ylläpitämisessä ja kehittämisessä. Yhtenä PRA:n lähtötietona on järjes telmän komponenttien luotettavuustietojen määrittäminen. Komponentin luotettavuustiedot ovat arvioita sen vikaantumistodennäköisyydestä ja ne lasketaan sen käyttöhistorian aikana kerätys tä vikadatasta tilastotieteen menetelmillä.

Ydinvoimalan komponentit ovat tyypillisesti niin luotettavia, että vikaantumishistoriasta ei saa klassisilla tilastotieteen menetelmillä riittävän konservatiivisia luotettavuusarvioita PRA:ta var ten. Suppean vikadatan vuoksi laskentaan on kehitetty hienostuneita bayeslaisia menetelmiä, joissa hyödynnetään laajemman homogeenisen komponenttiryhmän vikadataa apriorisena in formaationa yksittäisen ryhmään kuuluvan komponentin tietoja laskettaessa.

Tässä työssä tarkastellaan erilaisia käytössä olevia laskentamenetelmiä. Työ on osa Olki luodon ydinvoimalan omistavan TVO:n (Teollisuuden Voima Oyj) projektia, jossa tutkitaan vaih toehtoisia menetelmiä käyttöönottovaiheessa olevan Olkiluoto 3 -yksikön luotettavuustietojen laskentaan. Olkiluodon yksiköissä 1 ja 2 on käytetty 1990-luvulta alkaen ns. Pörnin menetel mää, joka ei kuitenkaan OL3-laitoksen tapauksessa ole sellaisenaan välttämättä paras mah dollinen metodi. TVO tekee luotettavuustietojen laskennassa yhteistyötä ruotsalaisten ydinvoi maloiden kanssa muodostaen TUD-organisaation. TUD:ssa ei kuitenkaan ole OL3:n kaltaisia EPR-reaktoreja, minkä takia TUD ei välttämättä pysty tarjoamaan hyödyllistä referenssidataa OL3:n kaikkien komponenttien kohdalla.

Työn kirjallisuuskatsauksessa esitellään keskeisiä vikadatapankkeja ja niissä käytettäviä me netelmiä. Kirjallisuuden ja aiempien vertailututkimusten perusteella saksalainen ZEDB ja Lovii sassa käytettävä PREB tuottavat samankaltaisia tuloksia kuin Pörnin menetelmä.

Työn soveltavassa osiossa implementoidaan Pörnin mallia yksinkertaisempi PEB-menetelmä, jossa pystytään myös hyödyntämään homogeenisen komponenttiryhmän vikadataa yksittäisen komponentin kohdalla. PEB-menetelmää testataan kahdella eri datapaketilla. Vuoden 1996 vi kadatalla PEB tuottaa erilaisia tuloksia kuin Pörnin menetelmä, ZEDB ja PREB. 1990-luvun jälkeen vikadatan määrä on moninkertaistunut, ja vuoden 2018 datapaketilla PEB:llä saadaan melko samanlaisia tuloksia kuin Pörnin menetelmällä.

Käytetyissä datapaketeissa on vikadataa kolmesta eri komponenttiryhmästä. Näistä kolmes ta dieselgeneraattoreiden datalla saadaan parhaat tulokset, mikä on uskottavaa, sillä niiden da tassa on suurin määrä vikoja suhteessa käyttöaikaan. Yleisesti komponenttiryhmän vikamäärän ja estimoinnissa tapahtuneen virheen välillä havaitaan selvä käänteinen korrelaatio. Jatkotutki muksena PEB-menetelmää olisi hyvä testata kaikilla tietokannassa käytettävissä olevilla 179:llä komponenttiryhmällä.

PRA (Probabilistic Risk Assessment) is used in nuclear power plants to examine, maintain and improve nuclear safety. A starting point of PRA is to determine realiability parameters of the components in the system. Reliability parameters of a component describe its probability of failure. With statistical methods they are estimated from the failure data which is collected during the operation history of the component.

The components in nuclear power plant are typically so reliable, that with only classical statistical tools the operation history doesn’t give sufciently conservative estimates for PRA. Therefore, very sophisticated Bayesian methods have been developed for calculations. With them it is possible to use failure data of a larger homogeneous component group as a priori information when calculating the parameters of a single component.

In this thesis diferent calculation methods are discussed. The work is a part of larger project of TVO (Teollisuuden Voima Oyj), the company owning Olkiluoto NPP. In the project, diferent alternatives are studied in order to fnd a suitable method to calculate the reliability parameteres of Olkiluoto 3 unit, which is currently under commissioning stage. Since the 1990s the so called Pörn’s method is used in Olkiluoto units 1 and 2. However, it isn’t necessarily the best possible alternative for OL3 unit. In reliability parameter calculation, TVO cooperates with a few Swedish nuclear power plants, forming TUD organization. However, in TUD there currently isn’t any EPR-reactors like OL3. Thus, TUD framework isn’t necessarily able to provide any useful reference data for all components of OL3 unit.

The literature review section of the work presents a few signifcant failure data banks and their methods. Based on the literature and previous comparative studies, German ZEDB and PREB method used in Loviisa NPP produce similar results as Pörn’s method.

In the second part of the work a PEB method is implemented. PEB is simpler than Pörn’s method but it uses data of a homogeneous component group as well. PEB is tested with two diferent datasets. Failure data from year 1996 produces slightly diferent results than Pörn’s method, ZEDB and PREB. The amount of failure data has multiplied since the 1990s, and with the year 2018 dataset the results are similar with Pörn’s method.

In the datasets there are failure data from three separate component groups. The group containing the most failures relative to operation time, the diesel generators, produces the best results. That is credible, as more generally the error in estimation is inversely proportional to the amount of failures in the data of a group. As a future work it would be convenient to examine the results with the whole dataset containing 179 separate component groups.