王建國（台電核能二廠）
摘要
線上維修（On-Line Maintenance）可以提昇核能機組在安全、經濟及績效等各方面的效益；如能適當的設計、實施和管制線上維修作業，則可提高核能機組設備可靠度，降低設備失效風險，延長燃料週期及使工作計畫最佳化，但這些效益並不會增加機組設備和人員的風險。
到目前為止，線上維修已被美國核能工業界廣泛的採行，而且在世界上也被許多其他的國家採納應用。對本公司而言，要更進一步提升核能機組的運轉績效，線上維修將是不可避免一定要走的路。本篇文章是摘錄自美國電力研究所（Electrical Power Research Institute；EPRI）2009年1月份所發行的白皮書（An EPRI White Paper），所謂「他山之石，可以攻錯」；「站在巨人的肩膀上才可以看的更遠」，希望本文能對本公司實施線上維修能有少許的助益。
壹、簡介
線上維修即是發電機仍與輸電線線路相接且在送電期間執行維護工作；對核能機組而言，在機組運轉期間執行維修工作有很多好處，美國核能管制委員會（Nuclear Regulatory Committee；NRC）所發行的管制指引1.182（Regulatory Guide 1.182；R.G.1.182）中即說明線上維修的效益有：
● 增加系統和機組的可靠度。
● 降低會影響機組運轉的設備和系統的故障。
● 減少機組大修的工作項目。
除了上述各點之外，核能機組亦可藉由實施線上維修來延長機組燃料週期和縮短大修工期。在1980年代和1990年代初期美國核能機組運轉週期為12個月，那時大修工期平均3個月，而目前美國核能機組燃料週期為18個月或24個月，但平均大修工期降至比一個月稍長一些，這些改變很大一部份都歸因實施了線上維修。
線上維修同樣也可提昇機組的安全，在設備和系統發生劣化，但在尚未危及到機組安全時，即可以藉由線上維修實行矯正措施；由於線上維修在設備可靠度的改善，所產生的效益使美國核能機組的強迫停機率降低了3倍，非計畫急停的次數降低了5倍。
貳、美國核能機組實施線上維修的歷史
剛開始美國核能機組也是利用運轉規範在限制運轉狀況（Limiting Conditions Of Operation；LCO）下，所訂定有關安全顯著設備（Safety Significant Equipment）的允許停用時間（Allowed Outage Time；AOT）來執行線上維修，雖然沒有明文規定，但為了線上維修而多次進入限制運轉之狀況，在當時仍被認為是不宜的。
針對上述狀況，美國核能管制委員會和美國核能發電業者進行討論以制訂適當的線上維修的原則，其探討的內容包括改善設備可靠度，增加重要系統可用率以減少大修之阻礙和機組安全功能等方面，討論結果之一是美國核能管制委員會發行了Generic Letter 80-030，提出使用限制運轉狀況來進行維修是與運轉規範訂定的目的相符。
美國核能機組經由10CFR50. 65維護法規（Maintenance Rule；MR）將風險告知(Risk Informed)應用介紹到核能工業界而開始廣泛的實施線上維修。維護法規於1991年7月發行，1996年7月正式生效，但允許有2年的時間讓核能工業界發展實施導則，另允許有3年的時間讓核能機組進行試行，維護法規是美國核能管制委員會首批採用風險告知和以績效為基礎的管制措施之一。
維護法規的重點是要核能機組的業主：
● 確定風險顯著的系統、結構和組件（System，Structure，Components；SSCs）。
● 對所選擇的系統、結構和組件以可靠度或不可用率來建立其績效準則。
● 評估設備停用進行維修對機組安全的衝擊。
維護法規管制範圍從安全顯著的SSCs擴大到所有的SSCs的績效，在Regulatory Guide 1.160中指出“良好的維護不但是針對安全有關的SSCs，而且對降低會導致事故，或對事故和暫態有不良影響的非安全有關SSCs的失效也是非常重要的”。
維護法規中首次出現線上維修是在第(a)(3)節，其內容是“在執行監視和預防保養作業時，要評估設備停用對機組安全的影響”；在核能管制委員會對每個實施維護法規的核能機組完成on-site評估後，於1999年，美國核能管制委員會針對線上維修訂出(a)(4)的條款，其內容為“在執行某些維護作業前（包括但不限於定期測試，維護後測試和矯正維護），持照者應評估和管理因這些維護作業所增加的風險，評估的範圍為經由風險告知評估程序確認與民眾健康和安全有顯著影響的SSCs。”在此段維護法規的敘述可用來作為同時對許多安全有關的系統（功能）實施線上維修的基礎（法源）；針對維護法規，美國核能工業界亦發展了實施指引NUMARC 93-01“Industry Guideline For Monitoring The Effectiveness Of Maintenance At Nuclear Power Plants”此指引已改版了3次，其中2000年的改版最為重要，其改版內容主要是反映評估維護作業風險的結果。
安全度評估（Probabilistic Safety Assessments；PRA）是造成美國實施維護法規和線上維修的成功因素，在1992年完成個廠評估（Individual Plant Examination；IPEs），而建立了74個安全度評估來代表美國106個核能機組，在這些研究中確定可使用爐心熔損頻率（Core Damage Frequency；CDF）和早期大量外釋頻率（Large Early Release Frequency；LERF）二者來確認機組安全性和指出機組在事故時的弱點。美國核能界使用PRA應用在風險告知的各個領域，同時美國電力研究所和美國核能協會亦與美國核能管制委員會共同討論有關使用PRA的原則，其中美國電力研究所發行了“PRA Applications Guideline”可作為線上維修風險評估的技術基礎，其中一個主要的重點是提供可以接受或不可以接受風險的基礎，下圖即是以爐心熔損頻率作為指標來界定可以接受或不可以接受之風險的區間。
在1995年至1996年間，美國電力研究所藉由指導4個核能機組執行維護法規而發展出組態風險管理的工具，此項工具可以幫助業主評估線上維修的工作計畫是否恰當；在1996年底，大部分的機組均已使用或計畫使用此項由美國電力研究所所發展的組態風險管理軟體來規畫線上維修作業。
為了幫助業主制訂適切的預防保養作業，美國電力研究所亦發展個別組件的維護範本（component-specific template），其內容包括維護作業的項目和維護週期，其中維護週期可以幫助業主判斷在大修或運轉中何時執行維護作業可以得到最佳的設備可靠度。美國電力研究所同時亦發展狀態監測範本（condition monitoring template）來確定設備劣化需要維修的時機。參考業界使用上述範本的經驗，美國電力研究所完成“Preventive Maintenance Basis Database”以容納更多組件的範本，此資料庫可協助業界針對不同的組件分別訂定它們最佳的維護策略。
為了使業界能彼此分享其在線上維修的經驗，互相學習和交換未來發展的資訊，美國電力研究所在1990年中期和末期籌設了Configuration Risk Management Forum（CRMF）和Maintenance Rule Users Group（MRUG），CRMF召集了所有組態風險管理的專家討論如何改善評估程序和擴展風險告知在大修和線上維修以外的應用（例如彈性運轉規範）；MRUG則與NRC和其他的核能機組就主要的技術問題進行溝通討論，同時發行指引，評估報告和白皮書來協助會員解決在實施維護法規和線上維修所遇到的困難。
下表為線上維修主要架構：
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管制規章或指引
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管制說明
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主要內容
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主要EPRI工具和方法
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10CFR50.65
R.G 1.160
R.G 1.174
R.G 1.182
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NUMARC 93-01
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組態風險管理
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l Risk& Reliability Workstation
l ORAM-Sentinel：All Modes Safety Function Advisor
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工作管理
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l Guidance for Development and Implementation of an On-line Maintenance Strategy
l Maintenance Work Package Planning Guideline
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維護
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l Preventive Maintenance Basis Database
l Preventive Maintenance Program Implementation Assessment Guide
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參、線上維修的範圍
並不是每一項維護工作都適合線上維修，業主應針對所有的維修工作進行篩選，找出適合實施線上維修的工作項目。一般而言可以實施線上維修的工作項目在下列數類：
● 系統或設備不具有安全功能且與機組發電無關。
例如：不屬於發電廠房其他建築物和其空調或支援系統。
● 需維持停機餘裕的系統和設備。
例如：在大修時控制餘熱移除，爐心淹蓋，反應度控制和圍阻體關閉的系統和設備。
● 具有安全功能或是發電所需的系統和設備，但將其移出系統執行維修，其所造成的風險是很小的。
例如：具有雙重佈置的系統或設備，諸如飼水、儀用空氣和控制室的通風等。
美國核能機組約有一半的設備（包括非常重要和重要的設備）是透過它的預防保養計畫來進行其維護工作，這些設備也是適合實施線上維修的設備項目。
註：在美國核能機組業主將其所有機組的設備分成下面三類（各類設備所佔比例如下圖所示），分別給予不同設備可靠度的目標：
● 非常重要（Critical）設備：對機組安全和發電非常重要的設備。
● 重要（Important）設備：不屬於非常重要的設備，但這些設備失效會導致重大經濟上的損失。
● 使用至失效（Run-to-Failure）設備：這些設備不屬於非常重要的設備且失效不致導致重大經濟上的損失。
美國電力研究所曾於2008年10月針對參加Nuclear Maintenance Applications Center（NMAC）的會員，調查有關實施線上維修的狀況，其調查結果如下：
● 所有的會員均已實施線上維修。
● 大約有80%會員有對安全顯著的系統和設備實施線上維修。
● 大約有70%的維護作業都使用線上維修來執行。
● 對非安全顯著設備實施線上維修的數量大於對安全顯著設備線上維修的數量。
此次美國電力研究所線上維修實施狀況的調查，可得到下列各項結論：
● 大約有一半的機組設備是需要預防保養。
● 所有核能機組都有實施線上維修，只是程度和維修的項目不同。
● 大部分的機組對安全有關的設備實施線上維修。
● 比二分之一稍小的安全顯著性的設備是實施線上維修。
● 大部分非安全顯著性的設備均是實施線上維修。
肆、線上維修的實施
有效率的實施線上維修是依賴組態風險管理，工作管理和維護作業三者間互相的協調合作，現分別略述如下：
1. 組態風險管理
一個機組組態風險管理程序主要具有用來當設備因某種原因不可用（Out-of-service）時，其對機組風險的影響和維持機組風險在某一水準，特別是線上維修，組態風險管理可以幫助決定：
● 某一系統或設備在機組運轉或停機中，何種情況其不可用對機組的影響較為重大。
● 在某一機組組態中，某一系統或設備是否具有安全或發電的功能。
● 某一系統或設備不可用而造成機組的風險上升，是否會危及機組的安全或發電的功能。
當對安全和發電顯著性高的設備實施線上維修時，應特別嚴格控制機組的組態和某些系統或設備功能的可用性，這些都需透過組態風險管理和工作管理密切的配合。
2. 工作管理
工作管理特別是工作計畫，其重點是確認支援維護作業所須的資源（包括人員、設備和材料）都可配合維護作業的執行；另外工作管理也要協助確認不會有因風險顯著設備不可用而造成非預期機組組態的改變。
3. 維護作業
熟悉維護工作項目內容及技術和維護工作項目所須的時間是此部份的重點。了解維修工作項目的技術和內容，可以判斷在確保設備充分功能的情況下所安排維修的內容和時間是否適當，同時也可確保此維修工作可以及時和順利的完成。
伍、績效與安全
有人質疑縮短大修工期和延長燃料週期來改善機組的績效是否會危及機組的安全，但從美國工業界的資料可以證實績效和安全並不是互相衝突，而是可以並行不悖。經由一些措施（當然包括線上維修），美國核能機組的平均容量因數，從1992年的70％，上升到2002年的90%，且一直維持在此水準上；同樣期間利用美國核能管制委員會所發行NUREG-1150中所使用的安全度評估模式，計算美國核能機組的爐心熔毀率，其平均值從1992年到2005年降低了4倍，美國電力研究所同時也針對同一期間重大安全事件發生的頻率進行審查，也獲得相同的結論。
前述重大的效益主要是歸功於使用風險分析在下面各項所獲得的成果：
● 使用風險分析，對機組各種事件重要性有更深入的瞭解。
● 確認各個機組風險的來源，同時也指出使用較少成本來降低風險的作法。
● 增加瞭解在事故預防和減緩那些安全設備是真正重要的。
● 降低經由PRA分析所確認風險顯著性設備的失效率。
除了風險分析外，當然管制單位的瞭解和支持，業界互相合作和經驗分享，再加上使用績效指標和相關的改善計畫，亦是增進其績效進步的因素。
陸、未來展望
在過去數年間，由於美國管制單位在管制的要求和手段進行改革，配合美國核能工業界的努力，實施了風險告知、線上維修和以績效為基礎的各種做法，使得美國運轉中的核能機組在安全和績效方面有極為優異的表現。在沒有新建核能機組的狀況下，統計過去20年因為採行上述做法而使績效提升所增加的發電量相當新建27部核能機組的發電量。
也由於這些優異的表現，使得大約90％的核能機組開始著手或者已經獲得許可延長原先40年運轉執照之延照工作，更有甚者，有些美國核能業現在已展開如何使核能機組能長期運轉（超過60年）的研究。
線上維修和風險告知的應用，亦加強了美國對核能復甦的信心，到2008年12月為止，已有26部核能機組向美國管制單位申請建照，這些機組的設計期望能在風險告知的應用和線上維修的上面獲得效益。
