Laitteiden ja järjestelmien kelpoistaminen ydinvoimarakentamisessa Kim Wahlström Sähkö- ja automaatiojärjestelmät toimisto STUK
Säteilyturvakeskus - STUK Toiminta-ajatus: Ihmisten, yhteiskunnan, ympäristön ja tulevien sukupolvien suojelu säteilyn haitallisilta vaikutuksilta 2
STUKin toiminta-alueet Valvova viranomainen ydinvoiman käyttö ydinjätteet ja -materiaalit säteilyn käyttö Tutkimuslaitos säteily ympäristössä säteilyn terveysvaikutukset radonin torjunta säteilyturvallisuus terveydenhuollossa säteilyn havaitseminen ja annosmittaus Asiantuntijalaitos valmius säteilyonnettomuuksien varalle säteilytyöntekijöiden koulutus kansalaisten ja muiden viranomaisten informointi ja neuvonta asiantuntijapalvelut ja säteilyn mittauspalvelut 3
Organisaatio Luvut kuvaavat henkilöstön määrää vuoden 2010 lopussa. Kokonaismäärä oli 344. Johto 9 Ydinjätteiden ja ydinmateriaalien valvonta 29 Viestintä Viestintä Valmius 4 4 Asiantuntijapalvelut Asiantuntijapalvelu t 8 Ydinvoimalaitosten valvonta Säteilyn käytön turvallisuus Tutkimus ja ympäristövalvonta Ionisoimaton säteily 110 41 84 10 Hallinto ja sisäiset palvelut Tietohallinto, kirjasto, kirjaamo 25 20 4
Säännöstöhierarkia 1 Perustuslaki Ydinenergialaki Valtioneuvoston asetukset (733/2008) YVL ohjeet, noin 70 kpl IAEAn ohjeet ja muut ydinalan standardit Tekniset standardit 5
Säännöstöhierarkia 2 Lainsäädäntö määrittää STUKille tehtävät ydinenergian käytön turvallisuuden valvomiseksi Tärkeimmät säteily- ja ydinturvallisuutta koskevat määräykset on annettu Suomen lainsäädännössä STUK antaa lainsäädäntöä täsmentäviä yksityiskohtaisempia viranomaisohjeita (http://www.stuk.fi/julkaisut_maaraykset/fi_fi/lainsaadanto/) Säteilyturvallisuusohjesarja ST Ydinturvallisuusohjesarja YVL Vastuu turvallisuudesta on luvanhaltijoilla, joita STUK valvoo 6
Säännöstöhierarkia 3 Ydinlaitosta ei voida rakentaa ainoastaan lakeja, asetuksia ja YVLohjeita käyttämällä Viranomaismääräykset asettavat ainoastaan minimivaatimukset menettelyille, joilla saavutetaan Suomessa hyväksyttäväksi katsottu turvallisuustaso; ne eivät ole ydinlaitoksen tai sen komponenttien rakentamisohjeita Toimintaprosessien, suunnittelun ja laitevalmistuksen on järkevää pohjautua soveltuviin kansainvälisiin standardeihin, joiden käyttöä harkittaessa kannattaa kuitenkin aina heti alussa huomioida ylätason viranomaisohjeiden vaatimukset Standardeista ja YVL-ohjeista voidaan hakemuksella poiketa, mutta samalla on osoitettava, miten vastaava turvallisuustaso saavutetaan Lakien ja asetusten vaatimuksista ei voida poiketa, eikä STUK voi myöntää lupaa niistä poikkeamiseen 7
Säännöstöhierarkia 4 Vastuu toiminnan ja laitoksen turvallisuudesta on luvanhaltijalla; luvanhaltijan toimintaprosessien on yksinään taattava riittävä turvallisuustaso Luvanhaltijan (voimayhtiö) tehtävä on valvoa, että palveluita tai tavaroita toimittavien yritysten toiminta täyttää asetetut vaatimukset; tämä tulee tiedostaa jo sopimuksentekovaiheessa STUK valvoo luvanhaltian toimintaa ennakkotarkastusten avulla ennen järjestelmien käyttöönottoa ; valvontaa suoritetaan myös valmistus-, käyttöönotto- (mukaan lukien tehdaskokeet) ja käyttövaiheissa YVL-ohjeet määrittelevät STUKille toimitettavien tarkastusaineistojen sisällön ja toimitusaikataulun Ennakkotarkastuksen ennakkoluonnetta kannattaa käyttää hyväksi toimittamalla tarvittavat aineistot suunnitteluprosessin mahdollisimman varhaisessa vaiheessa; tällä menettelyllä voidaan pienentää projektiriskejä 8
Esimerkki ohjeistorakenteesta 1, automaatioon suoraan liittyvät YVL ohjeet Yleiset vaatimukset: YVL 1.0 - turvallisuusperiaatteet Järjestelmäsuunnittelu YVL 2.0 - järjestelmien suunnittelu YVL 2.1 - järjestelmien, rakenteiden ja laitteiden turvallisuusluokitus YVL 2.7 - vikakriteerien soveltaminen Automaatiotekniikka YVL 5.5 Ydinlaitoksen automaatiojärjestelmät ja laitteet 9
Esimerkki ohjeistorakenteesta 2, muita automaatioon liittyviä YVL ohjeita YVL 1.4 Ydinvoimalaitosten laadunvarmistus YVL 1.8 Muutos-, korjaus- ja ennakkohuoltotyöt ydinlaitoksissa YVL 1.9 Ydinvoimalaitosten käytön laadunvarmistus YVL 2.2 Ydinvoimalaitosten teknisten ratkaisujen perustelemiseksi tehtävät häiriö- ja onnettomuusanalyysit YVL 2.5 Ydinvoimalaitosten koekäyttö YVL 5.1 Ydinvoimalaitoksen dieselgeneraattorit ja niiden apujärjestelmät YVL 5.2 Ydinlaitosten sähköjärjestelmät ja laitteet YVL 5.3 Ydinlaitosten venttiiliyksiköt YVL 5.7 Ydinlaitosten pumppuyksiköt YVL 5.8 Nosto- ja siirtotoiminnot ydinlaitoksissa 10
Esimerkki ohjeistorakenteesta 3, automaatioon liittyviä standardeja IAEA Safety Standards Series, NS-G-1.3, Instrumentation and control systems important to safety in nuclear power plants, Safety Guide, March 2002 IAEA Safety Standards Series No. NS-G-1.1, Software for Computer Based Systems Important to Safety in Nuclear Power Plants, Safety Guide, September 2000 IEC 61513 Nuclear power plants Instrumentation and control for systems important to safety General requirements for systems, First edition 2001 IEC 61226 Nuclear Power Plants Instrumentation and Control Systems important for Safety Classification, 3nd Edition 2009 IEC 60880 Software for computers in the safety systems of nuclear power stations, 2nd edition 2006 11
Esimerkki ohjeistorakenteesta 4, automaatioon liittyviä standardeja jatkuu IEC 60987 Programmed digital computers important to safety for nuclear power stations, 2nd edition 2007 IEC 62138 Nuclear Power Plants Instrumentation and Control Computer-based systems important for safety Software aspects for I&C systems of class 2 and 3, edition 1.0 2004 IEC 60780 Nuclear Power Plants Electrical equipment of the safety systems Qualification, 2nd edition 1998 IEEE 828 Standard for Software Configuration Management Plans, 2005 ISO 10007 Quality management systems -- Guidelines for configuration management, 2003 IEEE 830 Recommended Practice for Software Requirements Specifications, 1998 EN 19265, Common position of European nuclear regulators for the licensing of safety critical software for nuclear reactors, May 2000, uusin versio on löydettävissa STUKin verkkosivuilta 12
Ydinvoima-alan erityisvaatimuksia 1 Laatuvaatimukset määräytyvät kohteen ydinturvallisuusmerkityksen mukaan Ydinlaitoksen laitteet, rakenteet ja järjestelmän on luokiteltu turvallisuusluokkiin kohteen merkityksen mukaan (ks. Esityksen loppuosa) Laiteet, rakenteet ja järjestelmät on usein ennakolta kelpoistettava tulevaan käyttötarkoitukseensa Toimintaprosessien tuottamat asiakirjat kannattaa suunnitella niin, että ne jo itsessään muodostavat tarvittavan viranomaisaineiston, tai että niistä pienehköllä työllä saadaan muokattua tarvittavat aineistot Täysin suunnittelusta ja valmistuksesta irrallaan olevien viranomaisaineistojen laadinta perästä päiten ei palvele kenenkään etuja YVL ohjeiden aineistovaatimukset on pyritty laatimaan niin, että niiden asiat sisältävien dokumenttien pitäisi joka tapauksessa, ilman viranomaisvalvontaakin, syntyä turvallisuuskriittisten järjestelmien suunnittelussa ja valmistuksessa 21.4.2010 13
Ydinvoima-alan erityisvaatimuksia 2 Suunnittelussa ja valmistuksessa on käytettävä hallittuja toimintaprosesseja ja etukäteen mietittyä kelpoistusstrategiaa koska: Halutun laatutason saavuttamisen osoittaminen edellyttää usein laatujärjestelmää, järjestelmällisiä toimintaprosesseja ja kirjallista todistusaineistoa niiden toiminnasta Kelpoistaminen vaatii usein kelpoistusaineistojen toimittamista tai tarkastuksia ja testejä määrätyissä prosessin vaiheissa Kelpoistaminen jälkikäteen testaamalla on usein mahdotonta, joten tuotteen vaatimustenmukaisuuden osoittamiseen on käytettävä : Vaatimustenhallintamenettelyjä, joilla varmistetaan tuotteen vaatimusten välittyminen oikein lopputuotteeseen asti Konfiguraationhallintamenettelyjä, mukaan lukien muutostenhallinta Tarkkaan vaiheistettuja suunnittelu-, valmistus- ja testausprosesseja (elinkaarimalli, V&V) Tarkkaa dokumentointi 21.4.2010 14
Ydinvoima-alan erityisvaatimuksia 3, esimerkkinä automaatio Automaatiossa, erityisesti ohjelmoitavassa, tulee huomioida: yhteisvikojen välttäminen <=> erilaisuusperiaate (diversifiointi) kelpoistus testaamalla on osin mahdotonta, mitä paikataan vaiheistamalla tarkkaan suunnittelu ja testaus (suunnittelun elinkaarimalli, V&V) ja dokumentoimalla (vaatimustenhallinta, konfiguraationhallinta) järjestelmien toiminta on kyettävä määräaikaisesti koestamaan Yhteensopivuus laitosympäristön kanssa kelpoistaminen ympäristöolosuhteisiin (myös onnettomuustilanteen aikaiset olosuhteet) seisminen ja muu värähtelykestoisuus sähköiset häiriöt, EMC-yhteensopivuus erottelu ja riippumattomuus muista järjestelmistä tietoturvallisuus käyttöliittymä, langaton ohjaus 21.4.2010 15
Ydinvoima-alan erityisvaatimuksia 4, esimerkkinä automaatio jatkuu Yleiset järjestelmävaatimukset on huomioitava (laitosturvallisuus): monikertaisuusperiaate, erilaisuusperiaate (diversiteetti) sekä puolustuslinjojen ja rinnakkaisten osajärjestelmien välinen erottelu periaatteita sovelletaan monella eri tasoilla laitostaso (arkkitehtuuri) järjestelmät laitetaso, esim. mittaukset ja toimilaitteiden ohjaukset vaatimukset perustuvat luotettavuus-, vikasietoisuus- ja toiminnallisuusvaatimuksiin Yhteensopivuus valvottavien / suojattavien prosessien kanssa syvyyspuolustuksen toteuttaminen turvallisuusluokitus <> kelpoistus ja laatu Suunnitteluprosessin on oltava hallittu, tarvitaan: vaatimustenhallinta konfiguraationhallinta verifiointi- ja validointiprosessit 21.4.2010 16
Esimerkki automaation suunnitteluprosessista ja sen liittämisestäyvl 5.5 viranomaisvalvonta-aineistoihin 1 Prosessi/laitossuunnittelu Prosessisuunnittelun kelpuutus Käyttöönotto Automaation arkkitehtuurisuunnittelu Arkkitehtuurin kelpuutus Tehdastestit ja järjestelmäkokeet Automaation järjestelmäsuunnittelu Järjestelmien kelpuutus Tehdastestit ja järjestelmien kokeet Vaatimukset seuraavalle vaiheelle Automaation laitesuunnittelu Automaation asennussuunnittelu Laitteiden kelpuutus Asennuksen kelpuutus Laitekelpoistus/tyyppihyv. tehdastestit ja laitekokeet Automaation asennusvalvonta Automaation asentaminen Esimerkki automaation toteutusprosessista 17
Esimerkki automaation suunnitteluprosessista ja sen liittämisestä YVL 5.5 viranomaisvalvonta-aineistoihin 2 Vaiheen valmistuttua todennuksella vahvistetaan tarkastamalla ja todistusaineistoa hankkimalla, että vaiheen vaatimukset on täytetty ja voidaan siirtyä seuraavaan vaiheeseen Edellytyksenä todennukselle on, että vaihetta aloitettaessa on käytettävissä riittävän yksityiskohtainen vaatimusmäärittely jota vasten todennus voidaan suorittaa Lisäetuna kunnolliset vaatimusmäärittelyt helpottavat tulevien muutos ja modernisointitöiden läpivientiä sekä varaosahankintaa Vaatimuksia eivät ole vain viranomaisvaatimukset vaan suurimman osan vaatimuksista muodostavat normaalisti muut toiminnalliset ja ei-toiminnalliset vaatimukset, kaupalliset vaatimukset... Vaatimusmäärittely täsmentyy suunnitteluprosessin edetessä kutakin järjestelmää ja laitetta koskevaksi lopulliseksi vaatimusmäärittelyksi Vaiheen kelpuutuksella vahvistetaan tarkastamalla ja todistusaineistoa hankkimalla, että vaiheen lopputuote täyttää vaiheen vaatimukset ennen ja jälkeen asennuksen Vaiheen kelpoistuksella (pätevöinnillä ISO9000 terminologiassa) osoitetaan projektin ulkopuoliselle taholle (esim STUK), että vaiheen lopputuote täyttää kaikissa suhteissa turvallisuuteen liittyvät vaatimukset (ks Automaation suunnitteluprosessi ja sen liittäminen YVL 5.5 viranomaisvalvonta-aineistoihin 3) 18
Esimerkki automaation suunnitteluprosessista ja sen liittämisestä YVL 5.5 viranomaisvalvonta-aineistoihin 3 Prosessi/laitossuunnittelu Prosessisuunnittelun kelpuutus Käyttöönotto Automaation arkkitehtuurisuunnittelu Automaation järjestelmäsuunnittelu Automaation laitesuunnittelu Arkkitehtuurin kelpuutus Automaation periaatesuunnitelma Järjestelmien kelpuutus Järjestelmä ETA -laatusuunnitelma -kelpoistussuunnitelma Laitteiden kelpuutus Alustava soveltuvuusarvio tarvittaessa Tehdastestit ja järjestelmäkokeet Tehdastestit ja järjestelmien kokeet Laitekelpoistus/tyyppihyv. tehdastestit ja laitekokeet Koeohjelmat, Kokeiden tulosraportit Soveltuvuusarvio (Rakennesuunn.) Automaation asennussuunnittelu Asennuksen kelpuutus Automaation asennusvalvonta Valvotaan tarkastuskäynnein Automaation asentaminen STUKille kelpoistuksen yhteydessä toimitettavat asiakirjat 19
Mitä on kelpoistaminen automaatiossa? Kelpoistamisella osoitetaan, että automaatiojärjestelmä tai laite täyttää toiminnalliset ja ei-toiminnalliset vaatimukset kaikissa sen käyttötilanteissa niissä ympäristöolosuhteissa, joihin se on suunniteltu TL 2 ja TL 3 järjestelmille tulee laatia erityinen kelpoistussuunnitelma (myös TL 4 ja EYT järjestelmät pitää kelpoistaa, vaikka niitä STUK ei niin valvokaan) TL 2 laitteille vaaditaan jo työn alussa Alustava soveltuvuusarvio, jonka päätehtävä on osoittaa, miten laite on kelpoistettavissa Sitä täydentää kelpoistuksen aikana tehty työ, jonka tuloksena järjestelmän suunnittelija kokoaa (lopullisen) Soveltuvuusarvion. Soveltuvuusarviossa suunnittelija: osoittaa, että laite sopii suunnitteluperusteidensa (valmistajan ilmoittamat suorituskykyarvot) puolesta laitepaikan vaatimuksiin toteaa, laite täyttää kelpoistuksen tulosaineiston ja tyyppihyväksynnän perusteella suunnitteluperusteensa osoittaa, että valmistuksen laadunhallinta on kunnossa 20
Mitä on laatusuunnitelma automaatiossa? Automaatiojärjestelmän suunnittelua, toteutusta ja/tai muutosta varten on laadittava laatusuunnitelma (QA Plan) (YVL 5.5, luku 4.2.2) käsitellään osana järjestelmän ennakkotarkastusta turvallisuusluokissa 2,3 ja 4 (YVL 5.5 kohta 6.3) siirtää luvanhaltijan ja projektin yleiset laatuvaatimukset ao. kohteen käytännön toteutukseen laatusuunnitelman tulee seurata soveltuvaa standardia kattaa organisaatioiden vastuunjako, rajapintojen hallinta, dokumenttien hallinta ja version hallinta sekä muutosmenettely se esittää myös välitulosten tarkastustoimet, erityisesti niiltä osin kuin luvanhaltija osallistuu niihin Järjestelmän laitteiden kelpoistamisen (vähintään yleisellä tasolla) 13.1.2011 21
DBC1 & DBC2, DID level 1 EYT 3 Normal operation Limitation function 3 Failure Safety classification principles Requiring safety function activation upon failure Failure Postulated initiating events (operational conditions & postulated accidents) 1 2 3 Physical Barriers Events internal and external to plant systems, structures and components (SSC) DBC3 & DBC4, DID level 2 2 3 3 A-Safety systems needed to fulfill acceptance criteria specified for physical barriers and that are essential for achieving the plant to controlled state B-Safety systems needed, once the controlled state is reached, to achieve the plant to a safe shutdown state Essential for accident management (incl. supervision) according to EOPs Failure DEC, DID level 3 Failure 3 Diverse functions needed for postulated SC 2 failures (CCF) in DBC 2 and 3 events SA, DID level 4 Severe events 3 Severe Accident Management 22
Turvallisuusluokitus esimerkkejä, automaatio TL 1 Reaktorin polttoaine ja primääripiirin painetta kantavat osat (ei lainkaan automaatiota) TL 2 TL 3 TL 4 EYT (ei turvallisuusmerkitystä) Tärkeät turvallisuustoiminnot, automaatiossa Suojausjärjestelmä joka tarvittaessa pysäyttää reaktorin ja käynnistää prosessiturvallisuustoiminnot Ehkäisevät suojaukset (rajoitustoiminnot) Pääsuojausjärjestelmän varajärjestelmät Onnettomuustilanteissa tarvittavat mittaukset Polttoaineen käsittelylaitteet Vähäistä turvallisuusmerkitystä omaavat järjestelmät (TL4 automaatiolaitteita ei ole), luokka on poistumassa uusista ohjeista Käyttöautomaatio niiltä osin kuin se ei ole TL 3 23
YVL 5.5 (automaatio) vaatimustaso eri turvallisuusluokissa 2 3 3 4 Reaktorin ja laitoksen suojausjärjestelmä Keskeinen onnettomuusinstrumentointi Muut turvallisuusluokan 3 järjestelmät ja laitteet Jonkin verran turvallisuusmerkitystä ydintekniset standardit (IEC 60880, 60780; IEEE 1012) FMEA ja kvantitatiivinen luotettavuusanalyysi erityiset laatumenettelyt tunnistetut standardit (esim. IEC 62138) FMEA ja kvalitatiivinen luotettavuusanalyysi korkea teollinen laatu (ISO 9000) 24
Vertailu kansainvälisiin ohjeisiin, automaatio YVL 5.5 vastaa kansainvälistä vaatimustasoa eri maiden / standardien luokitustavoissa on eroja joitakin eroja vaatimustasoissa yksittäisten järjestelmien kohdalla voi esiintyä TL 2 + TL 3 onn. instrumentit TL 3 TL 4 IAEA Safety systems Safety related systems IEC A B C IEEE 1E 1 EU class 1 class 2 25
Yhteenveto 1 Ydinturvallisuutta koskevaa ohjeistusta ja standardeja on varsin paljon ja ne vaativat paneutumista ennen avautumistaan Toiminnan on oltava vaatimuslähtöistä sekä toimintaprosessien ja laatujärjestelmien kunnossa, koska lopputuotteen turvallisuuden osoittaminen on muutoin vaikeaa (tai ainakin hyvin kallista) Oma paikka projektissa on hyvä hahmottaa osana kokonaisuutta tehtävät ja toimintaprosessit vaatimustenhallinta konfiguraationhallinta laadunhallinta 21.4.2010 26
Yhteenveto 2 Suomessa on tärkeää, että kunkin kohteen suunnitelmat on hyväksytty ennen valmistusta Ydinvoimalan viranomaiskäsittely on jatkuva prosessi järjestelmien ja laitteiden käsittelyä tapahtuu myös suurten lupien (rakentamislupa ja käyttölupa) välisenä aikana saatetaan tarvita ylimääräisiä tarkastuksia tai epätavanomaisia koestuksia valmistuksen aikana ydinturvallisuuden varmistamiseksi 21.4.2010 27