林正忠
核二廠核技組
壹、前言
「反應度管理」是核能工業之所以不同於其他一般工業的特色,也是核能工業的基礎。早在1995年,由美國核能運轉協會(INPO)執行長Dr. Zack Pate在INPO CEO 會議,即以「控制室」為題名,述說反應度管理具永續的重要性。該演講文中引用8件在核能廠發生之事件,分析其事件的主因,發現皆與控制室團隊的作為有關。除此之外,更提出美國國家運輸安全委員(NTSB)在1978 ~ 1990長達12年 37件飛安事故研究結果來相比較,對控制室團隊作為提出5項經驗教訓,述說反應度管理具永續的重要性,並以歷史事件來指出嚴重事故常出自反應度的不當管理:
一、值班主管須始終提供有效的監督角色
本項建議以飛安事故之研究結果,顛覆常人傳統印象的事件主因來說明:超過80%的飛安事故,主要原因不是機長沒有操作飛機,反而是因為機長在親自操控飛機,因而未提供有效及適時的監督所造成。而且,在結論時也引用了前法國電力(Edf-Electricite de France)總裁Mr. Tanguy的註解:「在Edf ,最安全的電廠是那些有最好值班主管的電廠」。
二、控制室活動是一種團隊合作,而這個團隊應是一個具有開放溝通、質疑態度、相互檢查、彼此正向質疑意願的團隊。
三、必須管理及管制過多的活動,以避免對控制室操作員,特別是值班主管對控制室的操作或監督受到干擾分心。
四、控制室的保守性決策:在此Mr. Pate也提出令人印象深刻有關保守性決策的三項要素
● 除了須立即處理的立刻手動急停外(發生自動急停卻未急停,及BWR中發生再循環泵跳脫觀察到爐心發生不穩定),絕對避免倉促的決定及行動。
● 控制棒的抽動絕對在謹慎小心的監視下完成,試想:抽動控制棒時,就等同於點燃太空梭升空火箭推動器時的威力吧!
● 面對運轉績效及競爭的壓力下,運轉員仍應維持保守性決策的作為。
五、有制度地規劃輪調控制室值班團隊,但並非直接去輪調執勤運轉的團隊,必須是考量整體團隊合作能力,而且在有規劃的情形下去執行,而不是為了輪調而輪調。
必須聲明的是,Mr. Pate在引用這些實際案例時,重點是在強調「控制室」管理的重要,而不是在對控制室值班人員的責難;相反地,值班人員長久以來優秀的表現是令人印象深刻、無法否認的。但他山之石可以攻錯,過去不良經驗的學習是有助於核能業界未來的整體發展,而這也是後來核能業界重視運轉經驗(OE)的主因,也是核能工業長久生存的基石。
然而另以宏觀的角度而言,一個電廠的運作畢竟不是只有控制室的值班人員而已。世界核能發電協會(WANO) ,在後來2005年發表GL 2005-03:「有效反應度管理的指導方針」,由其8項必要關鍵屬性顯示,對「反應度管理」的注意及要求,不僅走出控制室,也延伸注意到電廠的全面管理,皆應被涵蓋在反應度管理的範疇裡。這份文件是WANO綜合2001年至2005年相關反應度事件、報告及分析文件的綜合性指引。一直至今,WANO對各類反應度的審查、評估及反應度管理計畫要求,大體不出這份GL 2005-03 指引的內容。而次年2006年WANO首次發行執行長新知(CEO Update),即引用「反應度管理」為主題,再次提醒電力業者執行長,應重視其相關議題。再次年2007年,WANO就直接引用「反應度管理」為主題,發布重大運轉事件報告編號第1號:SOER 2007-1,討論並提出有關反應度管理作業因應問題。儘管如此,由後來的數據顯示:相關的事件仍重複發生、未能澈底根絕。是以2010三月,WANO東京中心(WANO-TC)就直接以「反應度管理」作為專題研討會(WORKSHOP)的主題,希望透過與會會員電廠討論,追求反應度管理長期的進步。
筆者有幸得到核二廠與核能發電處長官們的支持,並由徐副總經理指派,參加去年(2010)3 月在WANO東京中心舉辦的【反應度管理專題研討會】。以是之故,筆者擬從WANO最近的這份文件GL 2005-03「有效反應度管理的指導方針」談起,介紹上述各份WANO文件,同時簡介核二廠若干代表性的對應作為。希望藉由本文,能使同仁對「反應度管理」有整體的認識,同時更期能拋磚引玉,讓同仁為核能事業的基石-「反應度管理」,做出最佳的建議及作為。
貳、WANO GL-2005-3【有效反應度管理的指導方針】
本份指導方針可以說是「反應度管理」的聖經,故開宗明義即將【反應度管理】定義為:闡述說明相關運用在會影響反應度控制條件之運轉原則及特定指引。只要是有潛在發生臨界的地方:包括爐心反應度和核燃料貯存,都應被監視並控制在燃料設計及運轉限值內,以作為避免核分裂產物外釋之屏障。因此對這份指引的介紹,可以說大部分皆出自原文,以儘可能保留文件原味;但另考量避免完全抄襲,因此相似的條文仍經筆者濃縮篩選,故以下條文也不致完全雷同。是以讀者若因此激發興趣,對部分的條文深入研究,仍應以原文說明為主。
WANO提供本份指引意在提供一個資源,用以幫助電廠管理者建立一個有效的程序以有效地管理反應度控制的行為。主要指引共有8項必要關鍵屬性,以下為摘要敘述:
一、影響爐心反應度管理的政策發展:
反應度能否成功地管理控制,端賴於電廠有效的營運團隊,包括運轉員、反應器工程師、維護部門及管理階層,都應清楚地瞭解其角色、責任,並應瞭解反應度管理計畫的重要:
● 核燃料的運轉、操作和儲存,皆須監視在燃料及爐心設計限值定義的條件下。
● 爐心控制棒的操作必須以深思熟慮、小心謹慎的態度面對,並且充分監控反應爐心之反應。
● 反應度的改變和操作須以程序書控制並密切監視,用以保證反應度操作的慎重,並充分辨識可預期的結果。
● 對操作反應度相關工作的人員,應使其能專一其工作並減少其干擾。
● 控制室的運轉人員對任何影響反應度的情況應保持警覺,並當運轉條件進入程序書未規範的狀況時,將機組置於安全穩定的狀態。
● 相關反應爐心之各項參數均須維持於限值內,員工認知本項目標可能違反時應告知值班經理。
● 當預期反應度狀況與實際的反應度狀況出現差異時,值班經理應記錄反應度的差異,並通知運轉經理。
● 反應度管理的相關事務應被確認、研究並及時解決。
二、工作人員對爐心運轉限值的體認:
電廠人員應體認:保有合理的運轉餘裕及爐心設計限值,即是其工作職責。不應容忍對可能導致減少電廠安全運轉的工作或行動,對會影響運轉餘裕的電廠變更,審查時必須保有合理的懷疑態度。
● 控制室的運轉人員及反應器工程師應清楚認知反應爐各項參數、運轉餘裕及相關的限值。
● 反應器工程師所使用的爐心預測及監視程式必須能正確預估及計算,並且符合執照條件。
● 運轉團隊對計畫性的爐心反應度改變,能清楚地瞭解其結果;對非預期的反應度或爐心功率變更,應有應變作為。
● 對臨時或永久性的設計變更,特別是功率提昇案,應有澈底及正確的評估。
● 在機組計劃停機後、反應器起動前,若有爐心設計變更及核能儀控系統的改變需要有工程評估,對起動後的爐心之狀況及監視要能傳達到控制室運轉員以保證保守、無誤的機組起動。
三、有關反應度控制程序書:
程序書之目的為清楚定義會影響反應度的工作預期,及相關工作人員的責任,故對會影響反應度控制的相關程序書,應予建立、檢閱及維護。程序書中對會影響反應度的各項作為,應接受適當的檢查以保證這些作為被工作人員充分瞭解,並對有可能的異常反應度變化,建立緊急應變措施。
● 對影響反應度的操作,應有控制版連續詳盡的敘述,提供給與運轉員有效運用,或控制室值班主任指揮操作。
● 程序書內對特定反應度作為,應提供預警機制:
² 爐心未臨界前預測臨界狀態。
² 要求運轉操作人員須小心謹慎、心無旁騖操作反應度控制。
² 爐心偵測儀器須有多樣性及多重性(Diverse and Redundant)提供運轉人員作運轉決策。
² 電廠人員要能清楚反應度操作後的反應及終止準則。
● 程序書或技術指引對影響反應度的操作,要敘述操作方法並量化預期反應度的改變,新的程序書或程序書更新時,對潛在會影響反應度之處要作過濾審查。
● 會影響反應度的維修工作於工作排程時即須確認,並使用審查及風險分析程序,以確保執行工作時的風險管控。
● 反應度的操作期間要求另一運轉人員的監視協助,此舉用以保證正確的反應度操作及避免操作人員可能的分心。
● 反應器工程師在計畫性的反應度改變時,可支援控制室運轉員,或提供相關的評估說明。
● 對現行的爐心組成及核燃料狀態,反應器工程師須建立相關功率操作技術指引。
四、反應度管理訓練計畫:
對與反應度管理有關的項目,包括核工原理、實際應用和運轉經驗,電廠人員應有初始及持續的訓練。
● 初始及持續的訓練應包含基本反應度觀念,包含反應爐溫度、壓力、空泡係數等對反應度的影響。
● 及時(just-in-time)訓練應適時加入工作前簡報會議,以加強電廠相關人員之訓練效果。
● 控制室模擬器用以訓練控制室人員和整合不同部門的團隊運作,因此模擬器要能準確地模擬反應爐與機組狀態:
² 模擬器訓練定期性演練影響反應度的正常操作,從控制室所得的真實資料要用以更新模擬器的演練模式。
² 週期性地加入其他人員參與模擬器訓練以增加真實性,如反應器工程師;或加入其他非運轉人員使其增加反應度的觀念,如儀控、化學人員。
● 爐心設計變更時,對反應器工程師和運轉人員實施訓練,使其瞭解變更後反應爐的反應,和運轉餘裕之變更。
● 對爐心監視程式,運轉員及反應器工程師皆有特定的訓練課程以瞭解其特色、能力及限制。
● 反應器工程師對反應度控制和爐心設計方面的訓練,須能主動主導。
五、降低失誤工具的使用:
對有可能會影響爐心反應度的活動或工作,務必使用防誤技巧,以防範人員作業疏失。
● 對可能會影響反應度的作業,作業前要能辨識並評估可能作業疏失的情況;當評估出可能的作業疏失情境,必須使用降低人為疏失工具加強防範,以減少整體風險;凡是會影響反應度的所有工作,其工作團隊都應使用降低人為疏失的工具及策略。
● 計畫性工作,若有潛在影響反應度的可能,應有工作前簡報:
² 人員可能疏失的情境及其防誤工具的使用。
² 反應度改變時,審視機組預期的反應。
² 對可能非預期狀況,預備應變計畫。
² 對可能的疏失及人員的應變,保持合理的懷疑態度。
● 作業過程執行自我查證及其他人員的雙重確認,高級運轉員對會影響反應度的所有作為應予監視。
● 對會影響反應度的操作,人員必須要有雙重確認;以及在暫態狀況下,建立必須的及時應變作為。須要雙重確認的一些典型作業範例列舉如下:
² 控制棒位置。
² 主要補水系統的操作
² 汽機負載的處理
² 再循環泵速度的調整
² 再填換燃料時燃料元件及控制棒位置
² 反應爐功率操作導引
² 核能儀器的校正
● 工作前簡報應包含相關的及時運轉經驗,以作經驗回饋和經驗學習;對反應度狀況,如各項反應度參數,其暫態時之可用餘裕應予評估。
● 溝通狀況應考量工作者的背景,使用適合的口語,達成簡潔、清楚、明白的溝通;對反應度相關工作,更須要求複誦以確定工作者收到正確指令,達成三向溝通的效果。
● 相關反應度操作皆應有清楚明瞭的程序書操作指引,或清楚的操作指令;電廠人員對於任何可能影響反應度的作為,皆應保有合理的懷疑態度。
六、影響反應度的設備缺失:
對會影響反應度控制或監測的設備發生缺失時,電廠整體的組織應以不可容忍的態度,及時解決設備缺失的問題。
● 對會影響反應度控制的系統或元件應清楚標示,執行維護工作時並應告知運轉員採取必要措施,以避免非預期的反應度變化。
● 測量及監視爐心功率或反應度的儀器必須精準,以合乎持照許可要求。
● 對監視或控制反應度的重要設備,電廠維修策略應包含預防和矯正維護的執行。
● 系統工程師對監視或控制反應度的重要系統或元件,應密切監視其整體性能,對設備老化的問題,應予辨識並及時解決;對退化和過時的系統或元件,應予評估並建立應變計畫,以及時回復對反應度的監視或控制。
● 對影響反應度監視或控制的維護工作管理流程,應建立適當的優先順序及工作協調。
七、反應度管理計畫的績效評量:
電廠必須有反應度管理計畫之績效評量及其趨勢分析,對管理計畫的整體效能保持警覺,以防範可能事件的發生。
● 管理階層對組織內所有的員工,對可能影響反應度監視或控制的缺陷,應要求能夠快速的認定及提出報告,以使反應度相關事務達到安全、可靠、可用的效用。
● 對反應度有潛在影響的議題應有矯正行動程序,並以其可能影響程序建立篩選標準;標準的建立是針對特定的缺陷決定肇因分析的深度,以及對將執行的矯正行動建立適當的優先順序。
● 對重複發生、共同肇因和容易發生反應度缺陷的相關事務,應執行趨勢分析及相關肇因分析,以確認是否需要增加額外評估或矯正行動,以防範更重大問題的產生。
● 管理階層對反應度議題的評估報告或矯正行動,應藉由審查提供督導的功能。
● 績效量測對整體反應度管理計畫的審查應包含以下領域:
² 反應度管理審查委員會議。
² 相關反應度自我評估計畫和整體結果。
² 相關設備的狀況報告。
² 廠內和業界運轉經驗的回饋使用。
² 電廠團隊內可能的特定缺陷。
● 管理階層應定期的開會討論反應度管理。在某些電廠,這些反應度管理的會議是由運轉經理主持,成員包括運轉人員、反應器工程師、訓練、化學、維護人員、安全評估、品保和與反應度相關的特定人員。基本上,典型的反應度管理會議有如下功能:
² 審查整體反應度計畫的績效,包括趨勢分析、事件、未完成評估的當時狀態,以及相關反應度缺失的矯正行動。
² 對反應度績效自我評估計畫,及劃分責任歸屬。
² 對反應度管理計畫提出建議和審查許可適度的修正。
² 建立績效目標及養成反應度管理自我改善的功能。
八、自我評估和運轉經驗的使用:
電廠以自我評估和運轉經驗,用來加強反應度管理;以不間斷的持續改善,提升反應度管理的整體績效。
● 對反應度管理計畫的執行,管理階層應提供督導:包括在訓練實施過程和電廠內的實際反應度操作,督導過程的觀察應包括使用人員對防止失誤技巧的執行情形,並且提供管理標準的加強。
● 對監視或控制反應度的相關運轉經驗,應予審查並排入訓練計畫;對重大運轉經驗,則更應持續性定期排入訓練,以保證電廠人員充分瞭解這些運轉經驗。
● 定期審查反應度管理計畫的效用,並進行持續性的自我評估,並以業界最佳典範建立標準。
● 由不同專業背景的團隊定期審查,包括自我評估,審查如下列事項,作為保證整體反應度管理計畫的效用:
² 潛在影響反應度監視或控制的程序書。
² 會影響反應度監視或控制的設計變更和臨時變更。
² 對反應度控制、功率分布、安全系統設定限值等變更,或爐心再填換管制規範的解釋。
² 反應度管理相關運轉經驗和廠家資訊。
² 相關反應度管理議題的事件矯正計畫文件。
² 會影響反應度管理的行為,包含個人甚至指揮人員。
由上述8項關鍵屬性的敘述可看出,反應度管理計畫旨在提供對控制反應度在安全、保守的指引,以確保電廠運轉於安全的狀況:
● 保障核燃料完整
● 充分的停機餘裕
● 運轉於安全分析假設的範圍內
● 符合技術規範的要求及持照承諾
● 降低對反應器保護系統的影響
● 可接受的爐心功率分布
● 運轉於可接受的燃料設計限值下
由於GL 2005-03涵蓋範圍不只包括控制室,因此到目前為止,以筆者的認知,WANO對各類反應度事件的審查、評估及反應度管理計畫要求,大底都是以此8類關鍵屬性的範疇作審查基礎。是以談到「反應度管理」,GL 2005-03的內容是值得核能從業者的細讀與玩味。
參、WANO 2006 CEO update
WANO 2006 執行長新知(CEO update),是WANO在2004年~ 2005年期間,從該會紀錄中發現約有60件關於反應度管理之事件發生,經WANO運轉經驗中心團隊對其中12項事件作更進一步的分析後,認為主要的缺失在:管理層面、值班的監督和運轉人員的因素。在此先僅以管理層面的因素舉例,若再仔細分析其影響原因,又可得到主要的因素有下列:管理方向及監督、程序書品質、運轉人員訓練、反應器工程師參與度等等,以圖顯示對管理層面的影響因素如下:
WANO因此於同年7月,首次發行執行長新知(CEO Update),以發函各會員電力公司方式,提供探討如何做好「核反應度管理」的資訊給各公司執行長與其所屬核能主管、核能監督機關人員,其所提供探討的議題內容包括:
Ø 如何讓您的核能主管充分了解「核反應度管理」政策?
Ø 公司核能部門,如何讓控制室裡的人員都清楚「做好核反應度管理」這個議題?
Ø 如何讓「核反應度管理」深植於訓練計畫中?
Ø 如何讓控制室人員,得到其它核能電廠有關「核反應度管理」事件的必要資訊?
Ø 上次在核能部門在自我評估中,對「核反應度管理」的執行績效評估結果是什麼?
本份議題在當時深受 董事長高度重視,指示核能副總經理督導各核能發電廠針對WANO所建議事項是否有澈底認知與執行,以確保核電安全。核能發電處當時遂邀集各核能電廠於該年核安核工交流研討會期間,充分討論並檢討目前各廠做法後作成專案報告,供各廠參考遵循。經核能發電處所彙集整理的這份「反應度管理專題報告」文件,說明『WANO對於反應度管理的態度』三個問題主要為:
1. 如果控制室操作人員不明白「核反應度」(即反應度)與「反應器週期」之物理意義,那麼核反應度管理是失敗的!
2. 如果控制室操作人員不明白所有「核反應度變數」如何影響反應爐之功率趨勢,那麼核反應度管理是失敗的!
3. 如果控制室操作人員不明白未來72小時影響反應爐功率的「核反應度變數」是哪些?或不能預知未來72小時反應爐功率的走向?那麼核反應度管理是失敗的!
核二廠在當時對這份專題報告,及其相關資料也同樣不敢忽略:除了運轉組指定專人,於運轉經驗會議(OE),對全廠經理級以上主管作「運轉員績效分析」報告外,由核能發電處整理的「反應度管理」資料也立即傳閱值班同仁,並由前林廠長文昌指示:「抽測各班RO(ARO)『WANO對於反應度管理的態度』三個問題之瞭解程度」。對此,核技組奉指示設計試題,除對全體值班RO、ARO抽測以加強運轉員對「反應度管理」的認識,並加入受測者對「反應度管理」上有何要再加強之處提出建議。經過對6班共計25位RO及ARO抽測,核二廠得到抽測結果如下表:
由這次抽測結果顯示在核二廠持照值班人員部分,對於反應度管理基本上已有正確及基本之觀念,亦能確實掌握反應度參數變化與反應度之關係。但對試題中有多人仍有扣分皆相同的部分,經分析主要為理論性的物理論述:反應度受增加爐心水流的影響過程,和停機過程爐水溫降效應。這部分經當時劉運轉副廠長明哲指示,另排入年度訓練課程,以加強值班同仁對反應度細部變化的印象。而對值班人員所提的建議,包括對核二廠爐心監視程式的顯示精進、起動時控制棒序列與反應度變化之關係和核工人員參與的議題,核技組則另納入值班人員年度訓練課程以作改善。
肆、WANO 重要運轉經驗報告SOER 2007-1
繼2006執行長新知發表一年後,WANO以「分析2004年至2007年有關反應度管理之事件,雖然對缺失會處理,但因為沒有健全反應度管理的執行作業,及發生非預期和無法控制的暫態現象,事件仍然不斷的發生」。是以2007年7 月發布之重要運轉經驗報告SOER 2007-1,即直接以「反應度管理」為名。WANO 撰寫SOER的目的,是要會員容易分享其他會員的運轉經驗,從中學到寶貴有價值的重點。在這份SOER-01文件,WANO摘要敘述業界發生反應度事件的過程,探索反應度管理事件的直接與根本原因,提供造成發生這類事件之屏障故障或流程缺失的分析判定其可能原因,最後並直接提出因應對策及建議,提供業者對「反應度管理」精進的參考。WANO並督促會員應參照他們自己電廠的程序書、政策及實際作業,仔細地檢討這份WANO SOER,決定如何將此運轉經驗應用在自己的電廠,以進一步改善其安全。
WANO指出反應度管理作業的缺失,從其分析最近的事件及同業評估,重要的因素發生在下列幾處:
● 管理標準及期望
● 反應度改變時主管之監督
● 使用減少錯誤的工具及技巧
● 反應器工程師功能及界面
● 運轉員知識、技能及經驗
● 反應度控制設備的功能及工作計畫
本文茲用以下幾個代表案例,介紹WANO SOER 2007-1 何以歸類的緣由,讀者於此或可看出其所引用指引,與其反應度管理事件的關連性:
● Fessenheim 核能電廠(法國PWR),管理階層對機組臨界預測的標準不高,因此員工使用不準確的預測工具,導致重複發生預測臨界時之硼酸濃度與實際濃度有所差異。好多年來,運轉員在預測反應度時經歷多次的差異。此項反應度預測方法造成之差異,反應器工程師或運轉人員既未深入質疑,亦未深思解決之道。例如,機組啟動期間,當稀釋爐水硼酸濃度時,為了防止過早之臨界,運轉員經常插入一群控制棒增加足夠之負反應度,來補償此稀釋造成的反應度上升,然而這種做法卻是程序書導則所沒有的。這類缺失往往導致機組過早的臨界。
電廠政策決定影響爐心反應度之運作,只有運轉、核工、管理階層、維護及其他部門之間有效的團隊合作方可成功,適當的做法為:執行一套定義清楚及完整易懂的反應度管理計畫。電廠人員要瞭解計畫內容並接受計畫中個人的職責。
WANO GL 2005-03,有效反應度管理準則,屬性1
● Perry核能電廠(美國 BWR),執行控制棒序列變更及後續的功率提升後,一份有瑕疵的反應度計畫造成反應器運轉於未經分析的區域。 在2.5小時內機組有數次運轉超過最大延伸運轉範圍區域(MEOD)。此狀態超過24小時未被查覺。反應器工程師因疏忽而準備了一份有瑕疵的反應度計畫。此外,此份計畫亦未考量氙毒燃耗效應(提升功率延遲14小時)而做調整。此份反應度計畫有下列幾點瑕疵:
Ø 電廠行政管理的限制被故意超過而沒有提供合適的關卡
Ø 沒有處理可能實際影響爐心狀況的活動
Ø 沒有終止標準
Ø 計畫與電廠的預期目標不符
電廠人員知道爐心運轉餘裕,並在保守心態下決定以維持離爐心運轉限值仍有充分餘裕。
WANO GL 2005-03,有效反應度管理準則,屬性2
● Surry核能電廠(美國 PWR),運轉員知識及爐心參數監視均不足,導致爐心功率無法維持在某一特定範圍且降低了10的 5次方都不知道。負責操控的運轉員並未專注於最適當的爐心功率儀表指示,亦缺乏反應器低功率運轉的知識與經驗。運轉員不當的專注於爐心平均溫度、爐心溫度差及指示反應器功率的主要功率階核儀。然此指示的反應器功率因為蒸汽產生器動力釋壓閥在壓力控制模式下,通常維持固定。並未預先考量氙毒濃度的變化及對爐心功率的影響。爐心狀態演變之工作前簡報會不足,值班團隊拒絕參加及時模擬器訓練以練習此項作業。
運轉員初始及持續訓練方案應注重反應度管理,包括基本原理、實際應用及運轉經驗。
WANO GL 2005-03,有效反應度管理準則,屬性4
● Dungeness B 核能電廠,在控制棒連鎖試驗及後續的檢修中,無法維持控制棒電力供應保險絲的組態控制。無法維持保險絲之組態控制使得隨後運轉員發現爐心中子通量有異常指示時,須手動將反應器急停。當粗調控制棒(coarse control rods)無法移動時,運轉員即終止反應器之起動。故障檢修發現,測試人員並未依照工作單的要求,在試驗後再次將粗調控制棒保險絲插入。除此之外,工作單並未反映保險絲保仍保持在未插入狀況。後續的檢修是工作人員將粗調控制棒保險絲裝上,但卻不當的拔除和再插入兩群齊調控制棒組(two trim group control rods)的保險絲,最後造成此兩群齊調控制棒組斷電並在後續的機組起動中停留在爐內。
影響反應度控制或監視的設備缺失應即時解決。
WANO GL 2005-03,有效反應度管理準則,屬性6
WANO 2007-1 因此直接提出對每一會員應處理之六大建議事項,總共25條細節:含發行6個月之後,及其後定期的依據WANO GL 2005-03『有效反應度管理準則』執行自我評估,以決定反應度管理政策、程序書及流程是否有效的施行。找出並改正執行績效的缺失,對無法立即改正者,納入改正行動計畫,並採取適當行動`.
在介紹核二廠依據WANO建議事項進行自我評估之前,有必要先介紹2008年時核二廠執行自我評估的背景。在2008年3月由WANO-TC 岩城先生以Email 寄送當時任INPO副總經理,現任WANO 總經理 George Felgate先生在東京的演講文。這篇當時由蕭前專業總工程師批示各核電廠核技/運轉人員研閱、討論的文章:「安全文化與反應度管理」,一開始即說明:此兩者密不可分!事實上,本文一開頭所引用的「控制室」文,也是由Mr. Felgate先生當時於其演講中介紹說出。Mr. Felgate說明「反應度管理」固然是具體詳列核能業者應對反應度精進操作的指引,而「核安文化」也說明了在健全的組織文化之外,每一個核電廠因有其特殊性質及獨有的技術瓶頸-如輻射產物及餘熱等─處理上更須堅持安全文化的原則。「核安文化」是組織的價值與行為,其模式由領導者及其成員共同建立,旨在確立核能安全為首要。而於其同時,核二廠在蔡前廠長富豐的推動下,全廠正如火如荼地推動「用心運動」。「用心運動」的緣由,在於一次經程序書修訂後,不需要降載卻誤降載的意外。蔡前廠長因此於廠內網路寫道:「一件事件的發生,即使沒有衝擊到任何安全功能,但是卻曝露了管理上的大漏洞,因為層層關卡被突破了,只要一個管理層或執行層用心查證,而不以經驗法則貿然行事,這個失誤應該是可以避免的」,因此要求全廠「大家一起來」,工作同仁(含包商)於維護保養、運轉作業及業務推行均能秉持工作前準備、仔細核對、認真執行之用心態度,來完成作業要求。這項運動的範圍不僅限於控制室,事實上是強調含蓋了整體所有核能電廠的活動範疇。因此在後續執行SOER 2007-1的自我評估時,核二廠同仁也因此據以執行自我評估,希望達成WANO建議事項內高標準的要求。
故SOER 2007-1在核二廠的初步自我評估,是有二個階段來完成的。第一階段除立即製定「影響反應度作業政策」,並列入電廠管理實務程序書外,並一一由對照24條建議事項,經自我評估檢討,找出下列事項未能符合WANO 【A】類高標準的要求:
? 建議2 – 團隊監督:主管要確保運轉員及工作人員執行反應度操控或執行反應度控制設備相關工作時,已經受過適當的訓練。主管要確保工作人員瞭解其職責並經說明管理階層的期望。
-自評【B】:本項須加強執行,主要是值班人員對維修人員是否接受充分訓練較無把握。
? 建議2 – 團隊監督:掌控控制室的環境,將易讓人員分心的狀況降至最低,例如複雜的、重疊的或同時進行的機組作業及使運轉員與監視人員分心無法專心控制爐心反應度之非運轉工作。
-自評【C】:須另有改善措施,原因在核二廠雙機組於單一控制室的設計,使大修時控制室干擾較大,不易管控。
? 建議3 – 反應器工程師:爐心運轉週期資訊(例如反應度係數、本運轉週期內之燃耗特性及近期設計變更的影響等)應於機組起動前提供給運轉人員。
-自評【B】:本項須加強執行,主要是核工人員對有關新週期爐心特性訓練時間,通常在新週期爐心滿載運轉後,方對值班人員實施課程講授。
? 建議4 – 訓練:反應器工程師至少每燃料填換週期,或至少每二年應參與運轉值班團隊的模擬器訓練一次。
-自評【C】:本項須另有改善措施,原因是核工人員除參與RO班訓練外,皆未與運轉值班團隊參與模擬器訓練。
? 建議5 – 設備及工作協調:如同WANO GL 2005-03『有效反應度管理準則』中所述明,標出可能影響反應度的監視及控制的設備缺失,以便加強工作計畫及作業的執行。電廠工作管理流程要確保其他的工作不會干擾反應度控制設備的功能,並將適當的緩解方法記載下來據以執行。
-自評【B】:本項須加強執行,主要是反應度控制相關之設備/儀器應列入關鍵性組件程序書,此類工作應考量替代監控措施,並避免與其他工作同時執行。
? 建議5 – 設備及工作協調:工作管理流程應對影響反應度控制及監視系統的工作建立適當優先順序和協調。反應度控制設備之風險分析及注意事項已記載並加入維護與試驗程序書。
-自評【B】:本項須加強執行,主因在設備維護相關程序書,未於反應度控制或改變之相關步驟前註記,以提醒工作人員注意。
對上述建議事項中自評未能達【A】類的要求,本文僅介紹以核工人員為對象的相關後續改正措施,用以說明核二廠的因應對策。對核工人員的訓練要求,自2008年起核技組即依據條文要求模擬中心,與值班人員參與機組起動到臨界的模擬器訓練,此部分後來並列入程序書規範,以符合WANO對反應器工程師每燃料填換週期,或至少每二年應參與一次模擬器訓練的要求。而另外對新週期爐心特性訓練時間,傳統上是為了配合燃料廠家提供精確的新週期爐心起動及運轉資料,通常要到爐心填換完成,新週期起動前一週才能提出,故始終是在爐心穩定滿載後,才對值班人員實施訓練。而對照WANO SOER 2007-1所提出的建議及後來核能安全處的查核建議,核工人員開始增加起動前先提供起動正式相關資料,如爐心運轉限值報告及起動資料摘要送與運轉人員傳閱用以起動參考,至機組達滿載後再尋求適當時機上課訓練,以滿足對值班人員講授新週期爐心特性的訓練要求。
儘管如此,核二廠在半年後的再次追蹤自評改善,仍有二項無法達到【A】項的要求:
? 建議2 - 大修時檢修及連繫活動干擾較大,控制室的管制較為困難。
? 建議5 - 危險分析及注意事項尚未納入相關程序書的風險分析及注意事項。
上兩項未達【A】類要求的事項,後來再經運轉值班的努力,主要作為包括:先行審視廠內近千份相關維護及測試程序書,再將可能影響反應度程序書清單,送交各認養人進行注意事項的加註說明,以提醒維護作業人員對執行可能影響反應度作業的注意;以及大修時動線規劃管制(如下圖)、控制室進口專人管制、控制室人員配帶客易識別證件和低頻PHS手機的使用等改善,使核二廠對上兩項建議事項分別獲得進一步的改善。
貳、 2010 WANO-TC(WANO 東京中心)反應度管理專題研討會
儘管WANO SOER 2007-1的發布與督促,再次提醒了核能業者「反應度管理」的重要與提出因應加強之道,但WANO由2008年及2009年的相關事件報告統計數字顯示(如下二圖),與SOER 2007-1 相關的事件仍有相當的改善空間:
由上圖的數據顯示,不難想像何以WANO-TC 2010 專題研討會選定「反應度管理」的原因:不論是2008或2009年,或是WANO所屬四個區域:亞特蘭大、巴黎、莫斯科及東京中心,「反應度管理」相關事件仍是佔事件的大宗。因此WANO-TC本次專題研討會主旨就放在「1.爐心反應度的監視和控制;2.反應度管理績效的改進」,希望透過與會會員電廠討論,以追求反應度管理長期的進步。由於核二廠向來對WANO 「反應度管理」的訊息,在總處的規劃及協助下,廠內皆會推動後續加強作為以提升自身之管理績效。因此,更期由透過本次研討會,將本公司的努力向業界宣揚,以期透過會議交流,汲取外界經驗,使相關工作推展更為精進,以追求核能安全與營運績效的持續進步。
以下簡單介紹此次研討會的過程:這個研討會由WANO東京中心局長Mr. Shoji 主持,共有來自九個地區17位參與者參加,若再包含WANO東京中心的人員,則約有30位人員共同參與此次會議。與會者中有來自WANO 亞特蘭大中心美國Vermont Yankee 核能電廠的運轉經理,WANO巴黎中心法國Flamanville 核能電廠的值班經理,與瑞典KSU(Swedish Nuclear Training & Safety Centre)的訓練講師,其餘則由WANO東京中心所轄各區 - 分別為中國大陸、日本、南韓、印度、巴基斯坦及台灣的運轉值班和反應器核工人員,分別就此開會議題,各自提供其領域的專長及經驗分享。
由於上述各個地區核能機組之多樣性,如美國 Vermont Yankee核電廠及日本Shika電廠1號機屬BWR型式;中國大陸(CNNC)秦山電廠、韓國(KHNP)、巴基斯坦(PAEC),及法國Flamanville 電廠,大部分皆屬PWR型式;印度的核電廠(NPCIL)則屬CANDU、PHWR型式反應器,由於不同型式的電廠,其反應度管理的操作手法先天就不同,故本文僅選擇代表性的、對本公司較具參考性的美國Vermont Yankee電廠的執行情形及法國Flamanville核電廠的簡報摘要:
(1). 美國Vermont Yankee BWR4 核電廠:
? 講題:Operator Practices for Excellence in Reactivity Management
? 訓練:使用模擬器模擬訓練潛在可能問題,核能工程師在新週期爐心起動及週期末機組停機與運轉員一起訓練,對重大功率操作實施及時訓練(Just In Time)。
? 控制室反應度控制:反應爐工程計畫由值班主任審查核准,控制室SRO或特定反應度SRO提供直接監督,謹慎監控相關反應度參數之變化,降低干擾控制室之活動。
? 維護工作計畫及排程:建立適當優先等級,維護工作前執行工作前簡報及建立應變計畫(Contigency),並使用替代指示持續監控。
? 建立反應度管理簡要表,以供值班人員交班前先行審閱初步了解本值可能的反應度變動。(該廠值班時間每一值為12小時)
? 反應度管理監督小組:由電廠主管授權,運轉經理領隊,成員包括核工師、訓練人員、執照運轉員、化學人員及安排維護時程人員,基本上每月一次審查電廠相關之反應度計畫。
? 現場提供PWR電廠之訓練錄影帶,強調SRO於爐心反應度改變時,提供運轉員全程心無旁騖監督之重要。
(2). 法國 Flamanville核電廠之反應度管理
? 講題:WANO Recommendations Practices。
? 簡介Flamanville核電廠現有兩部 1300MWE PWR機組,另正建造一部歐洲型壓水式反應器(European Pressurized Reactor)中。
? 提供法國電力(EDF)Fessenheim電廠(900MWE)於2004年10月發生非控制臨界,導致功率上升超出2% 之運轉經驗,提出此事件之改善對策,並於2006年實施(範例如下圖)。
? 以爐心填換後臨界、低功率運轉、運轉中臨界、運轉中負載追隨四大領域,介紹其操作團隊、實際作為及其原始文件,並提出對應反應度管理之相對條文。
? 簡介人員督導、反應器工程師、訓練、設備和維護工作計畫等WANO SOER 2007-1建議自評事項提出該廠的作法。
此次會議的另一個特色,是WANO-TC 以GL 2005-03的8項關鍵屬性為基礎,用運轉經驗趨勢分析,對2007-2009 的反應度事件相關報告,歸納認為這些事件的主要癥因有下列三項:
甲、屬性3:程序書
i. 程序書內無重要資訊(information)。
ii. 程序書內對會影響反應度的作為未適當標示。
iii. 非最新版本程序書。
乙、 屬性5:防誤工具的使用
i. 避免失誤工具的有效性未被廣泛的瞭解。
ii. 未建立起使用防誤工具的政策。
iii. 必須有管理階層的監督以保證防誤工具使用政策的執行。
丙、 屬性7:設備缺失
i. 相關反應度設備不充分的維修行為重複發生。
ii. 對有關反應度設備的修正計畫未提供適當審查。
iii. 值班運轉員、反應器工程師和維護人員之間未維持有效的聯繫溝通。
WANO-TC對最近反應度事故的探討,除以GL 2005-03的角度提出肇因外,也希望藉此會議作更深入的討論。因此會議前又另提出5個真實個案,提供參與會員以集體討論的方式,藉此讓各與會者提供意見,並要求與會者儘可能用管理者的角度來處理上述問題。WANO 所提的五個實際案例如下:
1、PWR:大修後機組初次起動,低功率物理測試後,反應爐功率高於預期,運轉員連續三次插入控制棒,但因未監視冷卻水平均溫度,導致產生硼液安全注水。
2、BWR:機組起動前,已知控制棒液壓控制系統逸氣不足,但仍起動抽棒。後因包商人員於現場未遵守程序書操作逸氣閥,致使控制棒由全出意外插到全入。
3、PWR:硼液除礦器預定由B串切A串,化學人員未準備書面操作程序而要求SRO準備,致使在A串未準備好狀況下逕行切換,導致爐心功率意外上升10MWt。
4、BWR:滿載運轉下,APRM 直流電源供應器因現場不當的溫度、溼度變化,導致電源供應器失效,致使3 個APRM控道跳脫,類似事件並已重複發生過三次。
5、PHWR:滿載運轉下,預備進行由鎘注入槽之例行取樣,值班經理要求運轉員打開 #4回閥,運轉員卻誤操作為 #2回閥,導致爐心次臨界,反應爐手動急停。
針對上述案例,筆者以核二廠BWR的背景,對2、4二個BWR案例在會議上提出報告如下:
丁、 案例2的缺失:引用「瑞士Cheese」理論(屏障被突破,就如同Cheese上的洞)指出,這個事件的缺失至少有:未遵守程序書,不應於機組起動後執行此類維護工作、負責維護人員對涉及反應度的設備執行維修工作的警覺不夠,及控制室值班人員對現場工作人員的工作未充分掌握等諸多漏洞,以致「層層關卡被突破」,才會造成控制棒意外插入之意外事件。會議中並以核工的背景提醒後續的處理:控制棒意外插入的復原也應遵循適當的程序書謹慎抽出,否則更會造成中子偵測儀器動作造成跳機,甚至導致燃料損壞的後果。
戊、 案例4的缺失:提供核二廠實際的案例,強調設備檢修的問題要找到真正的肇因,方能真正的澈底解決問題。核二廠曾於2008年AVR 電源因現場空調溫度過低,造成現場溫度因低於露點而大氣凝結成水,進而影響UPS 電源而使AVR跳脫。由於這個案件因故障模式與以往不同,在核二廠曾一度使電氣維修人員困擾不已,甚至找來興達電廠專家,及原製造廠家工程師共同會診也仍百思不解。直到維護人員至現場檢修設備時,一滴水滴恰好滴到工作人員的頸部,方使肇因豁然開朗(故障原因為短路卡受凝結水滴到所致)。
WANO-TC 對上述五個實際案的結語,則仍是直接引用GL 2005-03的條文,用作解決上述問題的依據,以及對參加業者的期許。
陸、結語:
「水能載舟,亦能覆舟」,由於核能工業不同於其他一般工業的特性,使得幾十年來,擁核/反核爭議始終不斷。而今,由於全球溫室效應,使核能工業又出現蓬勃發展的契機。但未來能否成就核能工業更上一層的發展,甚至成為本世紀解決溫室效應最重要的良方,其中的重要關鍵之一,即在於對控制這些巨大能源存於反應爐的方法,也就是反應度管理。
WANO現任總經理Mr. Felgate曾於其演講文中指出:「以歷史為師,未來的嚴重事故必出自不當的反應度管理」。因此最後,僅以一段與核二廠同仁無意間的對話,為本文作最後的註解:
在核二廠進行小幅功率提昇過程中,筆者曾巧遇一位現場裝超音波流量計的同仁,見其匆匆的腳步,因而忍不住被其吸引:
「功率提昇,多了很多事吧?!」我無心但好意的問道;
「大事小事,那兩個爐子顧好就沒事 !」同仁手指著核二廠的兩個反應爐,笑笑的回答。
「反應度管理」的要旨意趣,不就盡在這個答案裡 ?
柒、參考資料:
1. WANO GL 2005-03 「Guidelines For Effective Reactivity Management」(2005)
2. WANO 「Analysis of Reactivity Management Events」(2006)
3. WANO SOER 2007-1 「Reactivity Management」(2007)
4. 核二廠『WANO對於反應度管理的態度』抽測RO、ARO結果及建議 - 林志保 (2006)
5. 核二廠97年『用心運動』推行辦法 (2008)
6. WANO-TC 「安全文化與反應度管理及控制室演講文」 核二廠討論及應用檢討報告 - 林調鈴(2008)
7. 「反應度管理」- 核發處 林宗毅 黃秉修(2007)
8. 核二廠UPS 1YE 06/23故障及檢修計畫補充說明(2008)
9. WANO-TC「反應度管理」- 林正忠出國報告書(2010)