日本關西電力核能電廠安全
強化措施—加強設備老化的管理
唐子富譯
台電核安處
前言
2004年8月9日日本關西電力公司美濱核電廠三號機，因為飼水管路破裂蒸汽外洩，造成5名員工吸入蒸汽死亡，另有6名員工遭到嚴重燙傷事件後，關西電力公司為了防止再發生同類事件，特別成立了「事件對策委員會」，針對11部核能機組異常事件發生原因進行分析並擬定多項改善措施，而於2008年1月30日，提出一份名為「強化核電廠安全」的報告，內容包括(1)減少異常事件的發生、(2)加強設備老化的管理及(3)提高設備耐震強度等三部分。其中(1)減少異常事件的12項策略譯文，已刊登在台電核安處「安全文化」專欄第203期及204期(台電核能月刊第313期及314期)，除了引起廣大迴響外，並由副總經理指示列入97年第6次（97/11/14）「核能營運高階主管會議」討論，核發處亦根據會議結論，將文章內容轉換成「技術處理資訊表」（97-051）要求各電廠參考。
本篇內容則是介紹(2)加強設備老化管理，至於(3)提高設備耐震強度將於下期持續刊登。
本公司核能電廠即將邁入運轉30年的機齡，也面臨到設備老化問題帶來的挑戰，而關西電力公司所採取以「提早更換」為主的策略，應可做為本公司解決老化問題的借鏡。日本柏崎刈羽電廠（東京電力）在地震時因為周邊設備所發生的諸多問題，引發外界要求檢討的聲浪和核能界廣泛的討論，本公司各核能電廠亦已根據柏崎刈羽電廠的回饋經驗，做過檢討和改進，現在或許可參考關西電力的做法，再做一次檢討。
一、日本核電廠的現狀與面臨的挑戰
關西電力公司運轉年齡超過30年的核能機組有五部，這些機組在進入第30年運轉以前，都接受過設備老化的評估，並根據評估結果擬定長期的設備維護計畫，以確保電廠在第30年以後的運轉安全。關西電力公司為了處理核電廠設備老化的問題，特別成立了一個專門負責解決設備老化問題的「設備老化對策小組」，另外在日本關西電力轉投資成立的「原子力安全研究所」裏面也設置有一個「設備老化研究中心」，這個機構的主要任務就是針對各核電廠所發生設備劣化的事件原因進行分析研究及設備老化新診斷技術的開發，並提供各核電廠技術方面的諮詢和協助。
在研擬設備老化對策時，不但參考關西電力本身所發生過設備老化問題的檢討結果，並蒐集日本國內其他公司及國外電廠處理類似設備老化問題的經驗，及防止設備老化的最新研究成果，做為檢討原有保養計畫是否適當的依據，而最常被關西電力公司採用的對策就是提早將設備更新。
因為國外電廠發生反應爐蓋腐蝕的事件及反應爐冷端及熱端管嘴異質銲道腐蝕龜裂的問題，所以關西電力到目前為止所採取的防止設備老化的主要對策，包括提早更換反應爐蓋及儘早將反應爐冷端及熱端管嘴異質銲道改為較不易發生腐蝕龜裂的材料。因為國外電廠也發生反應爐內上部組件Baffle Former的螺栓因為中子照射而出現龜裂的問題，根據評估美濱電廠一、二號機的Baffle Former也可能發生同樣的問題，所以也已在龜裂發生前更換完畢。
除了上述二項更新計畫外，運轉年齡超過30年的五部機組迄2008年1月，為了防止設備老化所更換的主要設備實績列表如下，這五部機組在滿30年機齡時都制定了一套確保未來持續安全運轉的長期設備維護計畫，這些計畫特點也以列表方式說明如下。
從這個設備更換的實績表可以發現，關西電力公司早在日本政府於1996年提出「核電廠設備老化處理基本原則」之前，即已參考國外的事例和經驗進行設備更換，主要更換的設備包括整個蒸汽產生器，根據汽機葉片斷裂的事故經驗及設備老化研究所預估，低壓汽機動葉片發生龜裂的時間，將低壓汽機改為轉軸與動葉片根部一體成型的新設計，這也是日本國內第一個範例，後來其他公司的機組也都陸續跟進採用，這些設備的更新計畫都是為了確保從組件到整體設備的安全，達成事先防止設備老化發生的目標。
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機組
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運轉年數
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更新的年度
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更新的重要設備名稱
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美濱一號機
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38年
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1994~1995
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蒸汽產生器
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1998
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RWST（燃料更換水槽）
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1999
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低壓汽機
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2001
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反應爐蓋
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2001
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主控制室控制盤
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2002
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反應爐內上部組件Baffle Former
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2005
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二次側熱交換器
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美濱二號機
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36年
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1991~1994
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蒸汽產生器
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1991~1994
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RWST（燃料更換水槽）
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1991~1994
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低壓汽機
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1999
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反應爐蓋
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2000~2001
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主控制室控制盤
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2000~2001
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反應爐內上部組件Baffle Former
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2007
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二次側熱交換器
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高濱一號機
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34年
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1992~1994
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低壓汽機
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1995~1996
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蒸汽產生器
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1995~1996
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反應爐蓋
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2002~2004
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二次側熱交換器
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2004
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RWST（燃料更換水槽）
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2004
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主變壓器
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高濱二號機
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33年
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1993~1994
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蒸汽產生器
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1993~1995
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低壓汽機
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1996~1997
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反應爐蓋
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2003
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RWST（燃料更換水槽）
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2003~2004
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二次側熱交換器
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美濱三號機
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32年
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1994~1996
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低壓汽機
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1996
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蒸汽產生器
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|
1996
|
反應爐蓋
|
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2001
|
RWST（燃料更換水槽）
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2004~2006
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二次側熱交換器
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機組
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設備維護長期保養計畫
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執行狀況
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計畫訂定時期
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具代表性的措施
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美濱一號機
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1999年2月
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針對反應爐上部組件Baffle Former螺栓腐蝕增訂超音波檢測
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2002年已完成Baffle Former螺栓的更換（為提高設備可靠度提早更換）
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針對RCP Thermal Barrier熱疲勞龜裂現象，增訂超音波檢測
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預定2007~2008更換（為提高設備可靠度提早更換）
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美濱二號機
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2001年6月
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針對燃油儲存槽外表面全面腐蝕現象，增訂槽壁厚度檢測
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2005~2007已完成全部檢測
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高濱一號機
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2003年12月
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針對RWST外表面應力腐蝕現象，更換為較不易腐蝕的材質
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RWST槽體已完成更換。
一號機：2004年
二號機：2003年
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高濱二號機
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美濱三號機
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2006年1月
（同年7月修正）
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針對電纜絕緣劣化的現象，根據國立研究機構的研究結果，增加對電纜長期可用性執行再評估
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仍在對電纜敷設環境進行調查之中（預定2007~2008）
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二、未來的對策 參考附表一
1.根據日本國內外處理設備老化的經驗，擬定更完整的設備安全管理計畫
(1)個別電廠的對策
由每一個電廠根據他們自己多年的運轉經驗及蒐集到的日本國內外的技術和經驗，自行訂定設備的更新計畫、配合設備老化的程度增加保養檢查的頻次、監測設備老化的程度、在維持足夠安全餘裕的原則下擬定提早更換的計畫、擬定更完整的預防保養計畫、積極執行防止設備老化的改善工程等措施。
運轉年齡己超過30年的五部機組，除了為解決設備老化而採取設備更新計畫外，有些儀控設備因為原來的零組件已不再生產，已預見會面臨採購不易而造成的維修問題，也提前列入設備更新計畫，改為新型的產品。各機組的主要設備更新計畫，列表如下：
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機組
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運轉年齡
|
預定更換的年度
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預定更換的主要設備
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美濱一號機
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38年
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2008年度~2009年度
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輸電線系統連接設備
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2012年度
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控制系統由類比式改為數位化設備
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2013年度
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二次側熱交換器
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美濱二號機
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36年
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2007年度~2008年度
|
輸電線系統連接設備
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2011年度
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二次側熱交換器
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|
2011年度
|
控制系統由類比式改為數位化設備
|
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高濱一號機
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34年
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2007年度~2008年度
|
升壓變壓器
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2009年度~2014年度
|
控制系統由類比式改為數位化設備
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2013年度~2014年度
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主控制室操作盤面
|
|
未定
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是否更換反應爐內結構物還待評估
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|
高濱二號機
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33年
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2008年度~2014年度
|
控制系統由類比式改為數位化設備
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2013年度~2014年度
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主控制室操作盤面
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2013年度~2014年度
|
升壓變壓器
|
|
未定
|
是否更換反應爐內結構物還待評估
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美濱三號機
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32年
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2008年度~2010年度
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輸電線系統連接設備
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2009年度~2015年度
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控制系統由類比式改為數位化設備
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2015年度
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主控制室操作盤面
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未定
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是否更換反應爐內結構物還待評估
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對於今後即將陸續跨入運轉第30年的其他六部機組，也都會在個別機組跨入運轉第30年之前完成設備老化的技術評估。這個設備老化技術評估的對象包括總數高達6萬個設備，若評估發現某一設備的組件具有老化的可能，即針對該設備的老化特性擬定長期的預防保養計畫，防止設備因老化而發生故障。迄2008年1月，大飯電廠一號機及二號機的長期預防保養計畫已整理完成，預定2008年3月即可正式提出。
這後續六部機組在擬定設備老化對策時，已充分根據所掌握的國內外設備老化經驗及技術，並且根據儘早更換的原則，反映在實質的計畫中，迄2008年1月已完成的設備更新案及尚未完成的更新計畫，列表如下：
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機組
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運轉年齡
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更換的年度
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已更換或將更換的主要設備
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大飯一號機
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28年
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1994年度~1995年度
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蒸汽產生器
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1998年度~1999年度
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低壓汽機
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2000年度
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反應爐蓋
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2005年度
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主變壓器
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2007年度~2008年度
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二次側熱交換器
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2008年度~2009年度
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控制系統由類比式改為數位化設備
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2008年度~2010年度
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輸電線系統連接設備
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2017年度
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主控制室操作盤面
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未定
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是否更換反應爐內結構物還待評估
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大飯二號機
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28年
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1996年度~1997年度
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蒸汽產生器
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1996年度~1997年度
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低壓汽機
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1998年度~1999年度
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反應爐蓋
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2006年度~2008年度
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二次側熱交換器
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2007年度
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輸電線系統連接設備
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2007年度~2013年度
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控制系統由類比式改為數位化設備
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2017年度
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主控制室操作盤面
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未定
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是否更換反應爐內結構物還待評估
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高濱三號機
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23年
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2005年度~2006年度
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二次側熱交換器
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2007年度
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再生熱交換器
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2007年度
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反應爐蓋
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2008年度~2012年度
|
控制系統由類比式改為數位化設備
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2009年度
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低壓汽機
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2015年度
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發電機轉子
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高濱四號機
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22年
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2004年度~2005年度
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二次側熱交換器
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2007年度
|
再生熱交換器
|
|
2007年度
|
反應爐蓋
|
|
2008年度~2012年度
|
控制系統由類比式改為數位化設備
|
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2009年度
|
低壓汽機
|
|
2012年度
|
發電機轉子
|
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大飯三號機
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16年
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2002年度
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二次側熱交換器
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2006年度
|
反應爐蓋
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2010年度
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低壓汽機
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2010年度
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控制系統由類比式改為數位化設備
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大飯四號機
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14年
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2003年度
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二次側熱交換器
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2007年度
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反應爐蓋
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2011年度
|
低壓汽機
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2011年度
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控制系統由類比式改
為數位化設備
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(2)各電廠共通的設備老化對策
無論運轉年齡是否已超過30年，所有的電廠和機組都根據最新的設備老化解決技術，擬定周全的設備預防保養計畫。根據二次側管路薄化的管理計畫，在邁入第30年之前，所有的管節都要完成管壁測厚的檢查，在管壁厚度達到使用限值之前的5年開始，每次大修都要進行測厚，運轉年齡在30年以後的機組，在管壁厚度達到使用限值之前的10年開始，則將採取更嚴謹的檢測計畫。
對於混凝土結構物，雖然在技術上而言，可以使用數十年強度也不會出現老化問題，但關西電力對於使用超過30年的機組，仍然訂定每5年以專用槌子敲擊混凝土的非破壞檢查的方式執行混凝土表面的檢查及混凝土強度的檢查。
關西電力在擬定防止設備老化的對策時，會不斷蒐集日本國內外最新的知識和技術、隨時修改充實設備的長期預防保養計畫，對運轉年齡超過30年的電廠，在邁入30年之前，都會接受全面性的評估內容，並根據當時最新的知識和技術、各領域的專門學會制定的標準及專家的意見，做為修訂對策的參考。各電廠都採取了很多防止設備老化的長期預防保養措施，其中屬於共通部分的主要措施整理如下表。
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主要的設備老化問題
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評估結果
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長期預防保養計畫
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預防保養項目
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實施期間(註)
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反應爐冷端及熱端管嘴的疲勞龜裂
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假設60年的運轉期間，因為起動、停機的升降溫周期造成的金屬疲勞效應，經評估並不會導致龜裂。在第30年時執行的超音波檢測也確認管節的完整性。
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配合實際運轉情況，定期執行管嘴完整性再評估。
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定期安全審查
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碳鋼管路因腐蝕、沖蝕造成的管壁薄化
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按照管壁測厚計畫監測管壁薄化的速率及趨勢，並擬定適當的預防保養計畫。
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根據美濱核電廠三號機飼水管路破裂的經驗，修正二次側管路薄化監測計畫，並持續執行。
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短期
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混凝土結構體強度降低
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熱量、放射線、塩分及混凝土鹹性骨材反應等效應所造成混凝土強度降低的可能性，經評估並不高，只要配合目視檢查及表面塗裝等措施即可確保混凝土的完整性。
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每5年利用非破壞檢查的方式確認混凝土的強度。
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中長期
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固定設備於混凝土基座之基礎螺栓的腐蝕
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針對假設60年運轉期間的腐蝕量進行評估，並配合定期的檢查，可確保基礎螺栓的完整性。
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利用適當的時機進行取樣，以進行對腐蝕情形及固着力的調查。
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中長期
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短期：運轉年齡達30年後的5年內應執行項目。
中長期：運轉年齡達30年後的10年內應執行項目。
定期安全審查：配合每10年執行一次的老化問題對策檢討時應執行項目。
2.建立設備安全管理的評估制度 參考附表二
關西電力各電廠在面對設備老化問題時，為了確保設備的完整性，除了採取上述(a)、(b)兩項措施中所提到的對有老化現象設備的評估、制定防止老化的預防保養計畫、對已出現老化現象設備的改善工程等對策外，也採取了確保設備完整的持續性措施及日常的安全管理措施，至於實務的推動上，也成立了以總經理親自領軍的品質管理制度，透過PDCA(Plan、Do、Check、Act)的手法，持續不斷地改善防止設備老化的計畫。
在各電廠面對設備老化問題時，關西電力品質管理制度大框架下所要求的設備安全管理措施，有越來越彰顯其重要性的趨勢，每一部門都被要求隨時監視其負責保養設備的完整性，各電廠也被要求訂定詳細的改善計畫。
關西電力除了要求各電廠推動具體的改善計畫，也引進日本政府核能管制單位還在研擬中的「核電廠安全績效指標」，從中選定一些指標自2008年4月開始試行。為了讓運轉年齡較久的老電廠能落實執行推動中的設備安全管理制度，將來在分析安全績效指標的執行成果時會和運轉年數一併考慮。希望能透過對每一個電廠安全管理制度的定期評估，協助每一個電廠建立有效的改善工程提案及執行機制，以達成提高運轉安全的最終目的。
註：
品質管理制度：要求關西電力各部門在推動業務時，應以提高顧客的滿意度為最高目標，從公司最高管理階層至第一線工作人員，都應秉持永不懈怠的精神持續改進工作的品質，推動這個理念的制度就是品質管理制度。對核能電廠而言，確保運轉安全、贏得民眾的信任為最高目標，因此必須持續不斷地改善各項作業的品質，並有責任把電廠的營運狀況向民眾說明，所以公司推動的品質管理制度也適用於核電廠的管理。
安全績效指標：把核電廠運轉、維護、核燃料、放射性廢棄物、輻射防護、異常事件等方面的績效，以客觀及量化的方式表示，除了可以顯現電廠整體的營運績效外，也可以做為各廠之間比較及自我檢討改善的指標。
PDCA：品質管理制度大框架下，每一部門及個人都應秉持計畫（Plan）、執行（Do）、監視（Check）、改善（Act）這四個循環不已的手法來從事各項作業的執行及改進。
3.進行對設備老化對策的相關研究 參考附表三
各電廠將持續把設備老化對策的研究成果落實為具體的設備維護保養措施。已經有具體成果的代表性案例如「核能安全系統研究所」為了協助電廠找出設備或組件的故障原因，設法找出反應爐蓋穿越管英高鎳合金龜裂發生的機制，利用電子顯微鏡分析金屬的結晶構造，並透過流體實驗瞭解管路內流體對管壁薄化的影響程度。
由政府所召開的設備老化對策檢討會，在決議中也指出制定設備老化對策的重要作法之一就是建立完整的「技術資訊收集資料庫」，其中包括(1)技術資訊收集、整理、(2)研究主題的選定與實施、(3)技術資訊收集資料庫的國際化、(4)產官學的參與及角色的發揮。為了落實這項決議，由產官學人士共同擬定了「2007設備老化對策戰略圖」，並交由「原子力安全基盤機構」負責規劃推動細節。為了讓這個戰略圖能順利推動，並能達成世界公認的水準，在福井縣內特別成立了一個研究機構，關西電力也是贊助單位之一。
(1) 設備老化對策強化基礎機構（原子力安全保安院主導）（2006年開始）
在全日本成立四個技術群落，福井群落是由福井縣及近畿圏(京都、大阪附近)內的研究機構支援成立。為了充分發揮各群落的研究成果，群落之間會彼此支援及交流，也參加OECD/NEA(世界經濟合作開發組織)的活動，以達成透過國際合作提升技術能力的目的。
(2)推動成立設備老化研究設施（熱實驗室）
為了建立核電廠設備完整性的檢證能力，將在福井縣內建立一座熱實驗室，俾對電廠使用過具放射性的設備或結構物的劣化情形進行分析，這個熱實驗室預定2008年中可以完成初步規劃，至於實驗室的規模大小、安裝的設備仍在和相關業者（其他電力公司）協調中。
附表一
主題
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加強設備老化管理
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對策
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針對設備老化問題，擬定更完整的設備安全管理計畫
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對策內容
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針對設備老化的情形進行評估，從防止設備老化的角度檢討預防保養計畫，推動防止設備老化的改善工程。
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1.目的
對設備老化的情形進行評估，從防止設備老化的角度檢討預防保養計畫，及推動防止設備老化的改善工程，以進一步提升電廠營運的安全性。
2.具體措施內容
(1)現狀與挑戰
．運轉年齡超過30年的五部核能機組，在進入第30年運轉以前，都須接受過設備老化的評估，並根據評估結果擬定長期的設備維護計畫，必要時並以改善工程來改善。
．成立專門負責解決設備老化問題的「設備老化對策小組」，並在關西電力轉投資成立的「原子力安全研究所」裏面設置「設備老化研究中心」，以提高解決設備老化的技術能力。
．蒐集日本國內及國外電廠處理設備老化問題的經驗，做為檢討保養計畫是否需要修訂的依據，提早將設備更新也被列為優先採用的對策，如更換反應爐蓋及爐心Baffle Former的螺栓。
(2)未來將採取的措施
a.個別電廠的做法
根據各個電廠的運轉經驗及日本國內外電廠的回饋經驗，修訂設備預防保養計畫，例如：
．主控制室控制盤更新：美濱三號機、高濱一號機、高濱二號機、大飯一號機、大飯二號機
．升壓變壓器更新：高濱一號機、高濱二號機
b.所有電廠一體適用的做法
包括運轉年齡尚未超過30年的所有電廠，都必須制定防止設備老化的設備預防保養計畫，例如：
．加強二次側管路薄化監測的管理
．混凝土結構體完整性的檢查確認
3.評估結果
各電廠必須確實執行上述措施，以進一步提升電廠營運的安全性。
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附表二
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主題
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加強設備老化管理
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對策
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建立設備安全管理的評估制度
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對策內容
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利用安全績效指標監視設備保養計畫的執行成果，對每一個電廠安全管理制度的推行成效進行評估，成立將改善對策轉化為改善計畫並付諸實施的部門，以達成進一步提高電廠運轉安全的目標。
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|
1.目的
對每一個電廠安全管理制度的推行成效進行評估，成立將改善對策轉化為改善計畫並付諸實施的部門，以達成進一步提高電廠運轉安全的目標。
2.具體措施內容
(1)現狀與挑戰
．由總經理親自領軍的「品質管理制度」，會針對確保設備完整的預防保養作業及日常安全管理作業的執行情形進行檢討，各部門也利用PDCA的手法持續改善設備的品質。
．在各電廠面對設備老化問題時，在關西電力品質管理制度大框架下所要求的設備安全管理措施，有越來越彰顯其重要性的趨勢，每一部門都被要求隨時監視其負責保養設備的完整性，各電廠也被要求訂定詳細的改善計畫。
品質管理制度：要求關西電力各部門在推動業務時，應以提高顧客的滿意度為最高目標，從公司最高管理階層至第一線工作人員，都應秉持永不懈怠的精神持續改進工作的品質，推動這個理念的制度就是品質管理制度。對核能電廠而言，確保運轉安全、贏得民眾的信任為最高目標，因此必須持續不斷地改善各項作業的品質，並有責任把電廠的營運狀況向民眾說明，所以公司推動的品質管理制度也適用於核電廠的管理。
PDCA：在關西電力品質管理制度大框架下，每一部門及個人都應秉持計畫（Plan）執行（Do）、監視（Check）、改善（Act）這四個循環不已的手法來從事各項作業的執行與改進。
(2)未來將採取的措施
．除了要求各電廠推動具體的改善計畫，也引進日本政府核能管制單位還在研擬中的「核電廠安全績效指標」，從中選定一些指標自2008年4月開始試行。
．為了讓運轉年齡較久的老電廠能落實執行推動中的設備安全管理
制度，將來在分析安全績效指標的執行成果時會和運轉年數一併考慮。
．希望透過對每一個電廠安全管理制度的定期評估，協助每一個電廠建立有效的改善工程提案及執行機制，以達成提高運轉安全的最終目的。
安全績效指標：把核電廠運轉、維護、核燃料、放射性廢棄物、輻射防護、異常事件等方面的績效，以客觀及量化的方式表示，除了可以顯現電廠整體的營運績效外，也可以做為各廠之間比較及自我檢討改善的指標。
3.評估結果
利用安全績效指標監視設備保養計畫的執行成果，對每一個電廠安全管理制度的推行成效進行評估，必要時將改善對策轉化為改善計畫並付諸實施。
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附表三
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主題
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加強設備老化管理
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對策
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進行對設備老化對策的相關研究
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對策內容
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各電廠面臨日益嚴重的設備老化問題時，加強進行對設備老化對策的相關研究，防止發生因設備老化所造成的異常事件。
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1.目的
推動設備老化對策的相關研究，防止發生因設備老化所造成的異常事件。
2.具體措施內容
(1)加強福井縣內設備老化對策的相關研究
由政府所召開設備老化對策檢討會，在決議中也指出制定設備老化對策的重要作法之一就是建立完整的「技術資訊收集資料庫」，其中包括1技術資訊收集、整理、2研究主題的選定與實施、3技術資訊收集資料庫的國際化、4產官學的參與及角色的發揮。為了落實這項決議，由產官學人士共同擬定了「2007設備老化對策戰略圖」，並交由「原子力安全基盤機構」負責規劃推動細節。為了讓這個戰略圖能順利推動，並能達成世界公認的水準，在福井縣內特別成立了一個研究機構，關西電力也是贊助單位之一。
a.設備老化對策強化基礎機構（原子力安全保安院主導）（006年開始）
在全日本成立四個技術群落，福井群落是由福井縣及近畿圏（京都、大阪附近）內的研究機構支援成立。為了充分發揮各群落的研究成果，群落之間會彼此支援及交流，也參加OECD/NEA（世界經濟合作開發組織）的活動，以達成透過國際合作提升技術能力的目的。
b.推動成立設備老化研究設施（熱實驗室）
為了建立核電廠設備完整性的檢證能力，將在福井縣內建立一座熱實驗室，俾對電廠使用過具放射性的設備或結構物的劣化情形進行分析，這個熱實驗室預定2008年中可以完成初步規劃，至於實驗室的規模大小、安裝的設備仍在和相關業者（其他電力公司）協調中。
3.評估結果
除了按照產官學共同擬定的「2007設備老化對策戰略圖」，逐步推動解決設備老化的研究計畫，也將充分利用這些研究所得到的最新成果，正確掌握設備老化的程度，防止發生因設備老化所造成的異常事件。
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