PSA 手法による経済的リスク情報の保守管理への活用
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カテゴリ: 第2回
1.はじめに
原子力プラントにおける確率論的安全評価 (PSA)の利用は、従来から、安全関連機器、 特に蒸気供給系(NSSS)のシステム・機器を対 象に、炉心損傷頻度を評価することを主目的と して行われてきた。これに対し、NSSS 以外の いわゆる Balance Of Plant(BOP)システムも評 価対象に含めたプラントトリップ及び出力低 下事象の発生頻度の定量的評価は、炉心損傷頻度と比較し数オーダー大きな現実的な数値算 出を目的とする事、且つ通常運転で使用するシ ステム・機器を評価対象とする事から、実際的 なプラント保守活動に重要で有意義な評価と なると考えられる。また、プラントトトリップ 及び出力低下による出力損失を経済的リスク 指標とすることで、プラントの稼働率や機器の 保守費用を勘案した保守計画策定時の意志決 定ツールとしての使用も期待できる。
本検討においては、原子力プラントにおける プラントトリップ頻度・出力低下頻度を評価す るPSA モデルを構築し、これに基づいて算出さ れる機器の経済的リスク情報を、プラントの実 際的な保守管理に活用する方法を検討した。2. PSA 手法による経済的リスク評価 2.1 評価手法の概要 - 国内代表的 PWR プラントにおいて、BOP シ ステムを対象に PSA モデルを構築し、BOP が 原因となって発生するプラントトリップ・出力 低下頻度を評価して、この結果から、出力損失 量をインデックスとする機器単位の経済的リ スク重要度を算出する。PSA 手法による経済的 リスク評価手法の全体的な流れを、Fig.1 に示す。2.2 プラントトリップ・出力低下頻度の評価手法 - 機能毎に分類したサポートシステム及び BOP システムをトップイベントとして定義し、 それらのシステムの成功/失敗の組み合わせ99による各シーケンスにおいて、ツリーの終状態 でプラントトリップ或いは出力低下度合を定 義するイベントツリーを構築して、フォールト ツリー解析により、トップイベント間の依存に 応じた分岐確率を算出する。それぞれの終状態 に至るシーケンス頻度であるプラントトリッ プ・出力低下頻度の定量化は、プラントトリッ プ・出力低下に至る可能性のある起因事象或い は予兆事象を選定し、その発生頻度をイベント ツリーに入力する事で評価する。トリップ頻度及び出力低下頻度評価手法トップイベントの成功/失敗を 終状態に至る可能性のイベントツリーに展開 ある BOP システムの機能 喪失確率(1炉年)を評価イベントツリー 起因象予兆真集「サポートシステム 「BOP システム イベントリーレイベントリーA4終状態 システム機器喪失シナリオ に応じた出力低下 状態によりトリップ・ 出力低下頻度(1炉 年)を評価フォールトツリー経済的リスク重要度評価手法機器毎, 終状態毎の F-V塩要度 を評価機器毎の 出力損失量 (kWh 損失) として経済 的リスクを評価Fig.1 PSA手法による経済的 リスク評価手法の全体的な流れ2.3 経済的リスク重要度評価手法 - 2.2の評価結果に基づいて、出力損失量を インデックスとする機器毎の経済的リスク重 要度を、以下の評価式で算出する。A、の出力(%) P(出力) 100 * p ×FV出力損失量炉年) - Q× 100-x 1 ×FVan × Taolp :終状態の出力(%) 1 10:100%出力時のプラント電気出力(MW)TA。:機器A、終状態pにおける平均修理時間(hr) f。:終状態りの頻度(/炉年) FVAp:機器Aの終状態りに対する Fussell-Vesely重要度本手法の適用により、BOP システムにおける 機器の経済的リスク重要度が、機器の1年あた りの潜在的な出力損失量(MWh)の形で定量的 に表現され、各機器の経済性に与える影響度が 相対的にランク付けされる事となる。3.経済的リスクの保守管理への活用 1-2で得られる経済的リスク重要度(機器の1 年あたりの潜在的な出力損失量評価値)を、保 守管理における意志決定への定量的情報とし て活用する方法としては、以下の様な事が考え られる。3.1 定例保守要件変更への情報提供 * 対象 BOP 機器の経済的リスク重要度(出力 損失量評価値)を、各々の機器の点検周期や保 守管理重要度と比較する事により、定例保守要 件(点検方法や周期等)変更の可能性を提示す る事ができる。 * Fig.2 に、各々の機器に対する出力損失量評価 値を点検周期と比較する場合の例を示す。ここ で、出力損失量評価値が大きい機器ほど点検周 期が短く、出力損失量評価値が小さい機器ほど 点検周期が長いというプロットプロファイル となる事が理想的であると考え、本比較よりそ れから外れる対象機器を抽出して、点検周期の 増減の可能性を提示する。出力損失量点検周期(年)Fig.2 機器の出力損失量と点検周期の比較例機器の点検周期等の保守要件は、本リスク評 価のみで決める事のできるものではなく、他の 要件との兼ね合いで最終的に決定する事にな るが、本手法は、保守(点検)資源の効果的な 配分に資する経済的リスクを指標とした有用 な情報を提供する事ができるものと考えられ る。特にリスク重要度ランキングの下位の機器 に対して、点検周期緩和等を提示する事による 保守コスト削減が期待できる。1003.2 非定例保守優先順位付けへの情報提供 - 非定例工事等において必要と考えられる保 守(工事)において、各工事に掛かる費用と工 事対象の機器の経済的リスク重要度(出力損失 量評価値) より、下式により各工事の効果(価値) を評価する。工事価値(MWh損失/万円)=工事対象機器の潜在的出力損失量(MWh 損失)工事費用(万円)保守(工事)の優先順位は、本リスク評価の みで決決める事のできるものではなく、他の要 件との兼ね合いで最終的に決定する事になる が、本手法は、保守(工事) 資源の効果的な配 分に資する経済的リスクを指標とした有用な 情報を提供する事ができるものと考えられる。4. おわりにPSA 手法を用いて、国内代表的 PWR プラン トにおける BOP システム・機器を対象に、プ ラントトリップ頻度・出力低下頻度を評価する PSA モデルを構築し、これに基づいて算出され る機器の経済的リスク情報の保守管理への活 用に関して、定例保守要件緩和等の意志決定へ の情報提供及び非定例保守優先順位付けへの 情報提供の方法の検討を行った。 - 今後は、PSA モデルにおいて使用するデータ ベース(機器故障率・トラブル後復旧時間等) の整備及び精緻化の検討を行う等の評価モデ ル改良を行うと同時に、本手法の実際の保守管 理作業への適用性を見極めていく予定である。参考文献[1] Loh, et al., Proceedings of PSAM5 held onNovember 27 - December 1, 2000“ A Study Balance of Plant System Component ImportanceWith Respect to Plant Megawatt-Hour Loss” [2] 倉本他、日本原子力学会 2003 年春の大会 LA101“ “PSA 手法による経済的リスク情報の保守管理への活用“ “友澤 孝司,Takashi TOMOZAWA,倉本 孝弘,Takahiro KURAMOTO,豊嶋 謙介,Kensuke TOYOSHIMA
原子力プラントにおける確率論的安全評価 (PSA)の利用は、従来から、安全関連機器、 特に蒸気供給系(NSSS)のシステム・機器を対 象に、炉心損傷頻度を評価することを主目的と して行われてきた。これに対し、NSSS 以外の いわゆる Balance Of Plant(BOP)システムも評 価対象に含めたプラントトリップ及び出力低 下事象の発生頻度の定量的評価は、炉心損傷頻度と比較し数オーダー大きな現実的な数値算 出を目的とする事、且つ通常運転で使用するシ ステム・機器を評価対象とする事から、実際的 なプラント保守活動に重要で有意義な評価と なると考えられる。また、プラントトトリップ 及び出力低下による出力損失を経済的リスク 指標とすることで、プラントの稼働率や機器の 保守費用を勘案した保守計画策定時の意志決 定ツールとしての使用も期待できる。
本検討においては、原子力プラントにおける プラントトリップ頻度・出力低下頻度を評価す るPSA モデルを構築し、これに基づいて算出さ れる機器の経済的リスク情報を、プラントの実 際的な保守管理に活用する方法を検討した。2. PSA 手法による経済的リスク評価 2.1 評価手法の概要 - 国内代表的 PWR プラントにおいて、BOP シ ステムを対象に PSA モデルを構築し、BOP が 原因となって発生するプラントトリップ・出力 低下頻度を評価して、この結果から、出力損失 量をインデックスとする機器単位の経済的リ スク重要度を算出する。PSA 手法による経済的 リスク評価手法の全体的な流れを、Fig.1 に示す。2.2 プラントトリップ・出力低下頻度の評価手法 - 機能毎に分類したサポートシステム及び BOP システムをトップイベントとして定義し、 それらのシステムの成功/失敗の組み合わせ99による各シーケンスにおいて、ツリーの終状態 でプラントトリップ或いは出力低下度合を定 義するイベントツリーを構築して、フォールト ツリー解析により、トップイベント間の依存に 応じた分岐確率を算出する。それぞれの終状態 に至るシーケンス頻度であるプラントトリッ プ・出力低下頻度の定量化は、プラントトリッ プ・出力低下に至る可能性のある起因事象或い は予兆事象を選定し、その発生頻度をイベント ツリーに入力する事で評価する。トリップ頻度及び出力低下頻度評価手法トップイベントの成功/失敗を 終状態に至る可能性のイベントツリーに展開 ある BOP システムの機能 喪失確率(1炉年)を評価イベントツリー 起因象予兆真集「サポートシステム 「BOP システム イベントリーレイベントリーA4終状態 システム機器喪失シナリオ に応じた出力低下 状態によりトリップ・ 出力低下頻度(1炉 年)を評価フォールトツリー経済的リスク重要度評価手法機器毎, 終状態毎の F-V塩要度 を評価機器毎の 出力損失量 (kWh 損失) として経済 的リスクを評価Fig.1 PSA手法による経済的 リスク評価手法の全体的な流れ2.3 経済的リスク重要度評価手法 - 2.2の評価結果に基づいて、出力損失量を インデックスとする機器毎の経済的リスク重 要度を、以下の評価式で算出する。A、の出力(%) P(出力) 100 * p ×FV出力損失量炉年) - Q× 100-x 1 ×FVan × Taolp :終状態の出力(%) 1 10:100%出力時のプラント電気出力(MW)TA。:機器A、終状態pにおける平均修理時間(hr) f。:終状態りの頻度(/炉年) FVAp:機器Aの終状態りに対する Fussell-Vesely重要度本手法の適用により、BOP システムにおける 機器の経済的リスク重要度が、機器の1年あた りの潜在的な出力損失量(MWh)の形で定量的 に表現され、各機器の経済性に与える影響度が 相対的にランク付けされる事となる。3.経済的リスクの保守管理への活用 1-2で得られる経済的リスク重要度(機器の1 年あたりの潜在的な出力損失量評価値)を、保 守管理における意志決定への定量的情報とし て活用する方法としては、以下の様な事が考え られる。3.1 定例保守要件変更への情報提供 * 対象 BOP 機器の経済的リスク重要度(出力 損失量評価値)を、各々の機器の点検周期や保 守管理重要度と比較する事により、定例保守要 件(点検方法や周期等)変更の可能性を提示す る事ができる。 * Fig.2 に、各々の機器に対する出力損失量評価 値を点検周期と比較する場合の例を示す。ここ で、出力損失量評価値が大きい機器ほど点検周 期が短く、出力損失量評価値が小さい機器ほど 点検周期が長いというプロットプロファイル となる事が理想的であると考え、本比較よりそ れから外れる対象機器を抽出して、点検周期の 増減の可能性を提示する。出力損失量点検周期(年)Fig.2 機器の出力損失量と点検周期の比較例機器の点検周期等の保守要件は、本リスク評 価のみで決める事のできるものではなく、他の 要件との兼ね合いで最終的に決定する事にな るが、本手法は、保守(点検)資源の効果的な 配分に資する経済的リスクを指標とした有用 な情報を提供する事ができるものと考えられ る。特にリスク重要度ランキングの下位の機器 に対して、点検周期緩和等を提示する事による 保守コスト削減が期待できる。1003.2 非定例保守優先順位付けへの情報提供 - 非定例工事等において必要と考えられる保 守(工事)において、各工事に掛かる費用と工 事対象の機器の経済的リスク重要度(出力損失 量評価値) より、下式により各工事の効果(価値) を評価する。工事価値(MWh損失/万円)=工事対象機器の潜在的出力損失量(MWh 損失)工事費用(万円)保守(工事)の優先順位は、本リスク評価の みで決決める事のできるものではなく、他の要 件との兼ね合いで最終的に決定する事になる が、本手法は、保守(工事) 資源の効果的な配 分に資する経済的リスクを指標とした有用な 情報を提供する事ができるものと考えられる。4. おわりにPSA 手法を用いて、国内代表的 PWR プラン トにおける BOP システム・機器を対象に、プ ラントトリップ頻度・出力低下頻度を評価する PSA モデルを構築し、これに基づいて算出され る機器の経済的リスク情報の保守管理への活 用に関して、定例保守要件緩和等の意志決定へ の情報提供及び非定例保守優先順位付けへの 情報提供の方法の検討を行った。 - 今後は、PSA モデルにおいて使用するデータ ベース(機器故障率・トラブル後復旧時間等) の整備及び精緻化の検討を行う等の評価モデ ル改良を行うと同時に、本手法の実際の保守管 理作業への適用性を見極めていく予定である。参考文献[1] Loh, et al., Proceedings of PSAM5 held onNovember 27 - December 1, 2000“ A Study Balance of Plant System Component ImportanceWith Respect to Plant Megawatt-Hour Loss” [2] 倉本他、日本原子力学会 2003 年春の大会 LA101“ “PSA 手法による経済的リスク情報の保守管理への活用“ “友澤 孝司,Takashi TOMOZAWA,倉本 孝弘,Takahiro KURAMOTO,豊嶋 謙介,Kensuke TOYOSHIMA