Estimation of human error probabilities based on operating experience from a nuclear power plant

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Major/Subject
Sovellettu matematiikka
Mcode
Mat-2
Degree programme
Language
fi
Pages
vii + 99
Series
Abstract
Power production based on nuclear energy involves certain risks, which have to do with the usage of radioactive materials. Therefore, the safety of nuclear power plants is an important issue. Probabilistic risk assessment is used worldwide to analyze risks associated with nuclear power production. In the risk assessment of Loviisa nuclear power plant, the reliability of human actions is mathematically modelled based on literature values, which mostly are based on expert judgement. They do not necessarily represent the reality in all situations well. The analysis of human errors based on operating experience from a nuclear power plant is studied in this thesis to estimate human error probabilities that represent the reality better. Estimation of measurement calibration error and valve erroneous position probabilities and unavailabilities due to the errors is studied in this research. The estimation is based on operating experience from Loviisa nuclear power plant. The ICDE (International Common Cause Data Exchange) database, that includes common cause events from other nuclear power plants as well, is also used. Calibration history and event reports from Loviisa are used in the research. The estimation is based on grouping of components and the use of a PREB (Parametric robust empirical Bayes) method. A method, used by Fortum to analyze common cause failures, is also used. Probabilistic distributions of group based probabilities and unavailabilities are calculated with the PREB method based on the number of operations and the number of errors. The results are compared to the literature values of Loviisa probabilistic risk assessment model, and conclusions are made about the values. Conclusions about human errors, that are present in the risk assessment model and are related to the control room, are made as well. The results suggest that the unavailabilities caused by measurement calibration errors do not need to be changed in the Loviisa risk assessment model regarding the analyzed measurements and common cause failure groups. The results also suggest that securing a valve into the correct position is a process with smaller error probability than the risk assessment model shows. Therefore, the basic human error probability, which is present in the risk assessment model, can be changed from its current value, BHEP = 5 . 10<sup>-2</sup>, to the value of BHEP = 5 . 10<sup>-3</sup>. The change affects only the analyzed valves. The risk estimate of Loviisa 1 at power decreases with nearly one per cent due to the change. The analysis has some challenges, of which the most important one is that there is only a little operating experience available. Interpretations and assumptions were needed in the analysis, which also widens the uncertainties of the results. Despite that, the results that are based on operating experience represent the reality better than the literature values. This master's thesis has made the Loviisa risk assessment model more realistic regarding some of the human errors. The research works as a good basis for analyzing human errors using operating experience from nuclear power plants.

Ydinvoiman tuotantoon liittyy riskejä, jotka johtuvat radioaktiivisten aineiden käytöstä. Sen takia ydinvoimalaitosten turvallisuuteen panostetaan paljon, ja todennäköisyyspohjaista riskianalyysiä käytetään maailmalla laajalti ydinvoimalaitosten riskien analysointiin. Loviisan ydinvoimalaitoksen riskianalyysissä on mallinnettu inhimillisten toimintojen luotettavuutta kirjallisuusarvoihin perustuen, jotka pitkälti perustuvat asiantuntija-arvioihin. Ne eivät välttämättä kaikissa tilanteissa kuvaa todellisuutta kovin hyvin. Tässä diplomityössä tutkitaan inhimillisten virheiden analysointia ydinvoimalaitoksen käyttökokemusten perusteella, ja pyritään tuottamaan paremmin todellisuutta kuvaavat arviot inhimillisten virheiden todennäköisyyksille. Työssä tutkitaan mittausten kalibrointivirheiden sekä venttiilien perustiloitusvirheiden todennäköisyyksien sekä virheiden aiheuttamien epäkäytettävyyksien estimointia Loviisan laitoshistorian perusteella. Työssä hyödynnetään myös ICDE (International Common Cause Data Exchange) -tietokantaa, joka sisältää yhteisvikatapahtumia myös muilta ydinvoimalaitoksilta. Loviisan laitoshistoriasta hyödynnetään kalibrointipöytäkirjoja sekä käyttötapahtumaraportteja. Estimointi perustuu komponenttien ryhmittelyyn sekä PREB (parametric robust empirical Bayes) -menetelmän käyttöön. Yhteisvirheiden tapauksessa hyödynnetään Fortumin yhteisvikamenetelmää. PREB-menetelmällä määritetään ryhmäkohtaisten todennäköisyyksien sekä epäkäytettävyyksien jakaumat, kun tiedetään toimenpiteiden lukumäärät ja virheiden lukumäärät. Tuloksia verrataan Loviisan riskimallin kirjallisuusarvoihin, ja vedetään johtopäätöksiä niistä. Tulosten perusteella vedetään myös johtopäätöksiä Loviisan riskimallin sisältämistä inhimillisistä virheistä, jotka liittyvät valvomoon. Tulosten perusteella mittausten kalibrointivirheiden aiheuttamat epäkäytettävyydet voidaan pitää ennallaan Loviisan riskimallissa analysoitujen mittausten sekä yhteisvirheryhmien osalta. Venttiilien perustiloitusprosessi sen sijaan on tulosten perusteella varmempi kuin mitä riskimalli antaa ymmärtää. Sen takia riskimallin peruslukua, BHEP, voidaan analysoitujen venttiilien osalta pienentää nykyisestä arvostaan, BHEP = 5 . 10<sup>-2</sup>, arvoon BHEP = 5 . 10<sup>-3</sup>. Muutoksen myötä Loviisan ykkösyksikön tehoajonaikainen riskiarvio pienenee vajaalla prosentilla nykyisestään. Analyysiin liittyy joitakin haasteita, joista suurin on se, että laitoshistoriaa on saatavilla niukasti. Laskennassa tarvittiin tulkintoja ja oletuksia, mikä myös luo tuloksiin epävarmuutta. Voidaan kuitenkin todeta, että uudet, laitoshistoriaan perustuvat arviot paremmin kuvaavat todellisuutta kuin Loviisan riskimallin kirjallisuusarvot. Tämän diplomityön myötä on saatu riskimallista paremmin todellisuutta kuvaava joidenkin inhimillisten virheiden osalta. Tutkimus toimii hyvänä pohjana inhimillisten virheiden analysointiin ydinvoimalaitosten käyttökokemusten pohjalta.
Description
Supervisor
Salo, Ahti
Thesis advisor
Jänkälä, Kalle
Keywords
nuclear power, ydinvoima, PRA, PRA, human error, inhimillinen virhe, operating experience, käyttökokemus, PREB method, PREB-menetelmä
Other note
Citation