Ydinvoimalaitoksen järjestelmien, rakenteiden ja laitteiden riskitietoinen luokittelu

Ydinvoimalaitoksen järjestelmien, rakenteiden ja laitteiden riskitietoinen luokittelu Ilkka Männistö, Jan-Erik Holmberg, VTT Tuotteet ja tuotanto

Johdanto 1/2 • Riskitietoinen lähestymistapa tarkoittaa riskianalyysin tulosten käyttämistä päätöksenteon apuna • Ydinvoimaloihin liittyviä riskejä arvioidaan PSA:lla (probabilistic safety assessment) • PSA on matemaattinen malli laitoksen luotettavuudelle • Riskitietoinen luokittelu tarkoittaa tässä yhteydessä PSA:n käyttämistä luokittelun tukena • PSA:ssa määritellään erilaisia negatiivisia tapahtumia (TOP-tapahtuma) joiden todennäköisyyksiä lasketaan, kuten reaktorisydämen vaurioituminen (taso 1), tai radioaktiivisten aineiden leviäminen ympäristöön (taso 2)

Johdanto 2/2 • Työn aiheena selvittää riskiluokittelun soveltamista ydinvoimalaitosten järjestelmiin, rakenteisiin ja komponentteihin • Luokittelua käytetään yleisesti riskin rajoittamisessa ja kontrolloinnissa • Riskin määritelmä P*C • P = tapahtuman todennäköisyys • C = seurauksen suuruus • Ei-ydinvoimaan liittyviä sovelluksia: padot, dokumenttien salaisuusluokat, vankien riskiluokat • Luokiteltavan asian ominaisuudet määräävät riskiluokan (negatiivisten seurausten tn., seurausten suuruus) • Luokkaan liittyy toimenpiteitä jotka pienentävät riskiä (vahvemmat rakenteet, kalliimpi vakuutus, etc.)

Menetelmä • Järjestelmien vikaantuminen vaikuttaa voimalaitoksen turvallisuuteen • Yleisesti vikaantumisen vaikutusta riskin suhteen mitataan erilaisilla tärkeysmitoilla, esim: • Riskin nousu laitteen ollessa epäkäytettävänä • Riskin lasku laitteen toimiessa aina • Todennäköisyys että ko. komponentti on syynä, kun sydänvaurio on tapahtunut • Tärkeysmitat riippuvat TOP-tapahtumasta; eri komponentit tärkeitä kun verrataan sydänvauriota ja radioaktiivisten aineiden vapautumista

Riskitärkeysmitat 1/3 • Yleisesti komponenttien ja järjestelmien riskitärkeyttä on kuvattu kahdella mitalla: • Riskin nousukerroin, RIF: kerroin jolla riski nousee kun laite on epäkäytettävä • Fussel-Vesely: komponentin aiheuttama suhteellinen osuus kokonaisriskistä (ehdollinen tn. komponentin epäkäytettävyydelle kun TOP tapahtuu) • Työssä valittiin kuitenkin todennäköisyyspohjaiset riskitärkeysmitat näiden sijaan

Riskitärkeysmitat 2/3 • Vikaantumistodennäköisyys P(X) • Tn. että järjestelmä tai komponentti ei toimi • Ehdollinen sydänvauriotodennäköisyys (CCDP) • Todennäköisyys sydänvauriolle ehdolla että järjestelmä tai komponentti ei toimi • Nämä kaksi mittaa kuvaavat riskin, joka liittyy komponentin tai järjestelmän vikaantumiseen, koska riski määriteltiin todennäköisyys * seuraus

Riskitärkeysmitat 3/3 • Riskimittojen tulkintoja: • Korkea CCDP: heikko defense-in-depth tai suurella taajuudella turvallisuushaasteita jotka vaativat komponentin tai järjestelmän toimintaa • Korkea vikaantumistodennäköisyys: laite on epäluotettava • Komponentin tai järjestelmän korkea riskimerkitys voi siis muodostua korkeasta CCDP:stä tai P(X):stä

Menetelmä • Menetelmät CCDP:n ja luotettavuuden parantamiseksi ovat erilaisia, joten luokittelussa tarvitsee huomioida molemmat • Korkeata CCDP:tä voidaan alentaa lisäämällä redundanssia, tai diversifioimalla turvallisuustoimintoa • Korkeata vikaantumistodennäköisyyttä voidaan alentaa vaihtamalla laite luotettavammaksi tai laadunvarmennuksella • Riskiluokittelun periaate: • Riskitieto eli tärkeysmitat määräävät luokan • Luokkaan liittyy riskejä alentavia menetelmiä

Menetelmän soveltaminen • Työssä kehitetty kahdenlaista käyttöä riskiluokitukselle • Tärkeiden komponenttien tunnistaminen riskin alentamista varten. • Tavoitteena resurssien tehokas käyttö, vaikka eksplisiittisesti ei ole kyse optimointiongelmasta • YVL-ohjeen vaatimien turvallisuusluokkien arviointi • Tavoitteena turvallisuusluokkien tasapainoisuus • Mahdollisuus asettaa luotettavuusvaatimuksia järjestelmille ja laitteille • Reunaehtona kaikille näille on sydänvauriotaajuudelle asetettu tavoite (10-5/vuosi uusille laitoksille)

Laitteiden vs. järjestelmien luotettavuus • PSA antaa helposti tiedon laitteiden tärkeydestä, mutta luokituksessa kiinnostaa järjestelmien (toimintojen) merkitys • Samaan toimintoon kuuluvilla laitteilla on lähes sama CCDP • yksinkertainen menetelmä päätellä järjestelmätoiminnon tärkeys tarvitsematta laskea PSA:ta uudestaan • Toiminnon luotettavuus riippuu yleensä epäluotettavimpien komponenttien luotettavuudesta => suuruusluokka • tarkkaa arviota varten pitäisi ratkaista vikapuu • Järjestelmien tärkeys voidaankin karkeasti arvioida laitteiden riskitärkeyksien perusteella • toki tarkemmat arviot voidaan tuottaa PSA-mallilla, mutta se vaatii paljon laskentaa

YVL 2.1-turvallisuusluokittelu • YVL ohjeet vaativat kaikkien järjestelmien, rakenteiden ja komponenttien turvallisuusluokittelua • Luokitteluperusteena käytettävä determinististä turvallisuusmerkitystä • Determinististen perusteiden tukena täytyy käyttää myös riskianalyysin tietoja • Turvallisuusluokituksen tulee perustua toiminnalliseen tärkeyteen, eli järjestelmän tärkeys suhteessa turvallisuustoimintoon / toimintoihin joita järjestelmä on toteuttamassa • Pelkästään riskitärkeysmittojen käyttäminen turvallisuusluokitteluun ei siis onnistu, koska toiminnot eivät ole suoraviivaisesti määritelty PSA:ssa, eivätkä riskitärkeysmitat suoraan mittaa niiden toteutumista

XY-riskikuvaaja • Luokiteltavat järjestelmät ja komponentit voidaan havainnollistaa XY-tasokuvaan valittujen riskitärkeysmittojen suhteen • Kuvaajaa voi käyttää apuna tärkeiden komponenttien tunnistamisessa • Kuvaaja voidaan nähdä ALARA-mielessä, eli on liiallisen ja mitättömän riskin alueet, ja alue jossa riskiä tulee alentaa jos mahdollista • Käytettäessä luokittelun apuna tietyt alueet kuvassa vastaavat tiettyä luokkaa. Voidaan muodostaa yhteys näiden luokkien ja turvallisuusluokkien välille • --> Mahdollisuus määrätä luotettavuusvaatimuksia turvallisuusluokille

log P(TOP=1|X=1) Area of unacceptable risk Class 1 Class 2 Class 3 Area of insignificant risk log P(X=1) Hahmotelma riskiluokitukselle(Class 1,2,3 eri kuin YVL 2.1 turvallisuusluokitus)

Riskiluokkien eräs tulkinta Class 1 • liittyvät välttämättömiin toimintoihin harvinaisissa alkutapahtumissa • liittyvät lähes välttämättömiin toimintoihin yleisissä alkutapahtumissa • voivat aiheuttaa erittäin vakavan alkutapahtuman Class 2 • liittyvät varmentaviin toimintoihin • voivat aiheuttaa melko vakavan alkutapahtuman Class 3 • liittyvät varmentaviin toimintoihin • voivat aiheuttaa yleisen alkutapahtuman Näettekö yhteyttä turvallisuusluokkiin?

Komponentteja ja alkutapahtumia Loviisan voimalaitoksesta [Jänkälä]

Yhteenveto • Valitut riskitärkeysmitat, vikaantumistodennäköisyys ja ehdollinen sydänvaurio tn. ovat komplementaarisia riskin määritelmän suhteen • Valitut riskitärkeysmitat mahdollistavat vikaantumistapahtumien vertailun erityyppisten parannusehdotusten suhteen • Komponenttien tärkeyttä ja turvallisuusluokitusta on arvioitu paljolti erilaisilla riskitärkeysmitoilla, mutta tässä työssä tarkastellaan myös järjestelmien tärkeyttä, ottaen huomioon toiminnallinen tärkeys • Järjestelmätoimintojen tärkeys päätellään yksinkertaisesti laitteiden tärkeydestä • Mutta kuinka paljon turvallisuusluokitus (YVL-2.1) vaikuttaa laitteiden luokitukseen? • Jos turvallisuusluokituksen ja riskiluokituksen välillä halutaan nähdä yhteys, tulisi varmistua siitä että turvallisuusluokitus johtaa asetettuihin luotettavuustavoitteisiin

Ydinvoimalaitoksen järjestelmien, rakenteiden ja laitteiden riskitietoinen luokittelu