一種核電站系統(tǒng)誤動率計算方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種核電站系統(tǒng)誤動率計算方法，基于馬爾可夫理論的MooN架構(gòu)，即當屬于所述核電站系統(tǒng)的N個部件中，有M個部件處于正常工作狀態(tài)，所述核電站系統(tǒng)能正常工作，建立核電站相關(guān)系統(tǒng)的狀態(tài)空間圖以及核電站系統(tǒng)故障頻率穩(wěn)態(tài)表達式其中λ為誤動失效率；μ為修復(fù)率。當處理維修策略有變化時，無需重新建立計算模型，只需對相關(guān)參數(shù)進行修改，即可得到維修策略調(diào)整后的結(jié)果。
【專利說明】-種核電站系統(tǒng)誤動率計算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于核電領(lǐng)域安全級儀控【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種核電站系統(tǒng)誤動率計算 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 誤動率，是指在現(xiàn)場工況正常的情況下，安全級儀控系統(tǒng)因自身隨機故障誤執(zhí)行 安全功能的頻率（即安全級儀控系統(tǒng)自身的部件出現(xiàn)失效情況而引起系統(tǒng)誤動）。一旦安 全級儀控系統(tǒng)執(zhí)行安全功能，現(xiàn)場工況被強制終止，此時需要開展一系列排查、記錄、恢復(fù) 等處理措施，直至安全功能執(zhí)行的原因被查明并將現(xiàn)場工況恢復(fù)至可繼續(xù)運行的狀態(tài)，才 能重啟現(xiàn)場工況。因此，誤動率是安全級儀控系統(tǒng)造成現(xiàn)場工況非預(yù)期停運的重要評價指 標，準確反應(yīng)了安全級儀控系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
[0003] IEEE Std 577是核電廠安全級儀控系統(tǒng)可靠性分析的頂層標準，明確提出了安全 級儀控系統(tǒng)誤動率要求。然而，此標準并沒有提供誤動率的通用計算方法，因此，目前，主流 的核電儀控供應(yīng)商基于可靠性理論，結(jié)合自身實踐經(jīng)驗，各自獨立推導(dǎo)出了系統(tǒng)誤動率計 算方法，例如，三菱公司應(yīng)用可靠性框圖理論計算誤動率，西屋公司和AREVA則應(yīng)用故障樹 理論推導(dǎo)誤動率計算公式。
[0004] 由于安全級儀控系統(tǒng)的總體架構(gòu)一般為MooN型表決系統(tǒng)（即：N中取M表決系統(tǒng)， 如4取2、3取2、2取1等，此類系統(tǒng)由N個獨立同分布的部件構(gòu)成，只有M個或M個以上部 件正常工作，系統(tǒng)才能正常工作），屬于可修系統(tǒng)，而且維修策略較為復(fù)雜，對于此類架構(gòu)的 可修系統(tǒng)，無論誤動率算法的核心原理是可靠性框圖還是故障樹理論，均存在不足之處：
[0005] 1)對于基于可靠性框圖的誤動率算法，
[0006] 可靠性框圖是從可靠性角度出發(fā)研究系統(tǒng)與部件之間的邏輯圖，是系統(tǒng)單元及其 可靠性意義下連接關(guān)系的圖形表達，表示單元的正?；蚴顟B(tài)對系統(tǒng)狀態(tài)的影響，但是 由于可靠性框圖的主要適用對象為不可修系統(tǒng)，故其計算模型無法直觀地反映維修策略， 只能通過在計算公式中引入維修參數(shù)來體現(xiàn)維修策略，這造成了計算模型和計算公式不匹 配，模型和公式的正確性難以得到保證。
[0007] 其產(chǎn)生原因是：可靠性框圖的主要適用對象為不可修系統(tǒng)，其計算模型無法直觀 地反映維修策略，只能通過在計算公式中引入維修參數(shù)來體現(xiàn)維修策略。
[0008] 2)對于基于故障樹理論的誤動率算法，
[0009] 故障樹在系統(tǒng)設(shè)計過程中通過對可能造成系統(tǒng)失效的各種因素（包括硬件、軟 件、環(huán)境、人為因素）進行分析，畫出邏輯框圖（失效樹），從而確定系統(tǒng)失效原因的各種可 能組合方式或其發(fā)生概率，已計算系統(tǒng)失效概率，采取相應(yīng)的糾正措施，以提高系統(tǒng)可靠性 的一種設(shè)計分析方法，它是一種特殊的倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖，它用事件符號、邏輯門符 號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。邏輯門的輸入事件是輸出事的"因"， 邏輯門的輸出事件是輸入事件的"果"，由此可見，雖然模型可以直觀地反映維修策略，但 一個模型只能體現(xiàn)一種維修策略，當需要對不同的維修策略進行比較時，則需要重新建立 數(shù)個不同的模型才能進行評估比較，這對于單元數(shù)量巨大、架構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，將產(chǎn)生巨大地 工作量。
[0010] 其產(chǎn)生原因是：雖然模型可以直觀地反映維修策略，但一個模型只能體現(xiàn)一種維 修策略，當需要對不同的維修策略進行比較時，則需要重新建立數(shù)個不同的故障樹模型才 能進行評估比較


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 由于核電相關(guān)標準沒有給出通用的誤動率計算方法，主流儀控供應(yīng)商推導(dǎo)的MooN 類架構(gòu)可修系統(tǒng)誤動率計算方法并不統(tǒng)一，且均存在不同程度的不足之處，因此，針對上述 技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是引入一種基于馬爾可夫理論的誤動率計算方法，此方法 既能夠充分考慮MooN架構(gòu)系統(tǒng)的維修策略，又能夠在維修策略變化時，大大提高重新建模 的效率。
[0012] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種核電站系統(tǒng)誤動率計算方法， 包括以下步驟：
[0013] Sl :根據(jù)馬爾可夫過程建立所述核電站系統(tǒng)狀態(tài)空間圖，
[0014] 所述狀態(tài)空間圖包括：當屬于所述核電站系統(tǒng)的N個部件中，有M個部件處于正 常工作狀態(tài)，所述核電站系統(tǒng)能正常工作，否則所述核電站系統(tǒng)處于故障狀態(tài)；其中，MXK N>M ；
[0015] S2:根據(jù)所述核電站系統(tǒng)狀態(tài)空間圖，通過設(shè)定概率矩陣以及對所述概率矩陣的 計算，得到所述核電站系統(tǒng)故障頻率穩(wěn)態(tài)表達式：

【權(quán)利要求】
1. 一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其特征在于， S1:根據(jù)馬爾可夫過程建立所述核電站系統(tǒng)狀態(tài)空間圖， 所述狀態(tài)空間圖包括：當屬于所述核電站系統(tǒng)的N個部件中，有M個部件處于正常工作 狀態(tài)，所述核電站系統(tǒng)能正常工作，處于穩(wěn)定狀態(tài)，否則所述核電站系統(tǒng)處于故障狀態(tài)；其 中，M>0、N>M; S2:根據(jù)所述核電站系統(tǒng)狀態(tài)空間圖，通過設(shè)定概率矩陣以及對所述概率矩陣的計算， 得到所述核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率表達式：
其中，F(xiàn)為所述核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率表達式，為誤動失效率，由系統(tǒng)給 定；U為修復(fù)率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其特征在 于，所述狀態(tài)空間圖還包括：所述核電站系統(tǒng)有N-M+2個不同狀態(tài)，所述概率矩陣為N-M+2 階方陣：
其中，當發(fā)生故障的部件大于1時，只能有一個部件處于維修狀態(tài)，其他故障部件處于 待維修狀態(tài)；并且〇狀態(tài)至N-M狀態(tài)為所述核電站系統(tǒng)正常運行狀態(tài)，N-M+1狀態(tài)屬于所述 核電站系統(tǒng)故障狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項所述的一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其 特征在于，通過設(shè)定概率矩陣以及對所述概率矩陣的計算過程為： 1) 根據(jù)所述N-M+2階方陣T，得到一個狀態(tài)方程系數(shù)矩陣A:
其中，U為N-M+2階單位矩陣； 2)根據(jù)所述狀態(tài)方程系數(shù)矩陣A得到狀態(tài)方程式：/^^心實中，P為各狀態(tài)的列向 量，P為各狀態(tài)概率倒數(shù)的列向量； 3) 將步驟2)的所述狀態(tài)方程式展開得到：
4)將所述步驟3)中的等式展開，并進行拉式變換得到所述步驟S2中所述核電站系統(tǒng) 故障頻率穩(wěn)態(tài)表達式； 優(yōu)選的，所述修復(fù)率U= 1/MTTR，其中MTTR為平均故障修復(fù)時間，由系統(tǒng)給定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其 特征在于，所述的一種核電站系統(tǒng)為核電站的停堆保護子系統(tǒng)RTS;所述停堆保護子系統(tǒng) RTS的N個部件為：4個完全相同的安全通道； 所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的狀態(tài)空間圖包括：當屬于所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的4個 完全相同的安全通道中，至少有2個安全通道處于正常工作狀態(tài)，則所述停堆保護子系統(tǒng) RTS正常工作，反之所述停堆保護子系統(tǒng)RTS處于故障狀態(tài)； 優(yōu)選的，所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的故障狀態(tài)為誤動狀態(tài)； 優(yōu)選的，當至少有2個安全通道的輸出結(jié)果為"觸發(fā)"則執(zhí)行停堆保護功能，反之則維 持非觸發(fā)狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其特征在 于，所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的安全通道包括：模擬量輸入AI模塊、主處理單元MPU模塊和 數(shù)字量輸出DO模塊； 所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的誤動失效率（通道）=誤動失效率（AI) +誤動失效率 (MPU) +誤動失效率（DO); 優(yōu)選的，所述誤動失效率（AI) = 4. 37E-5 ; 所述誤動失效率（MPU) =L22E-4 ; 所述誤動失效率0〇) = 3. 13E-5 ; 所述誤動失效率（通道）=2. 07E-4 ; 優(yōu)選的，所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的平均故障修復(fù)時間MTTR= 72小時；所述停堆保護 子系統(tǒng)RTS的修復(fù)率y= 0. 014h。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4-5任一項所述的一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其 特征在于，根據(jù)所述步驟S2中核電站系統(tǒng)故障頻率穩(wěn)態(tài)表達式：
將 M= 2，N= 4;A=2. 07E-4 ;y= 0. 014帶入得到所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的故障頻率穩(wěn) 態(tài)表達式：F= 1. 02E-6QT1);其中，1T1為單位，表示每小時所述發(fā)生誤動的幾率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其特征在 于，所述停堆保護子系統(tǒng)RTS的狀態(tài)包括： 狀態(tài)〇 :所有安全通道正常運行； 狀態(tài)1 :1個安全通道處于維修狀態(tài)，其余安全通道正常運行； 狀態(tài)2 :1個安全通道處于維修狀態(tài)，1個安全通道待維修，剩余2個安全通道正常運 行； 狀態(tài)3 :1個安全通道處于維修狀態(tài)，2個安全通道待維修，剩余1個安全通道正常運 行； 其中，當所述停堆保護子系統(tǒng)RTS處于狀態(tài)0、狀態(tài)1或狀態(tài)2任意一種時，所述停堆 保護子系統(tǒng)RTS正常工作；當所述停堆保護子系統(tǒng)RTS處于狀態(tài)3時，所述停堆保護子系統(tǒng) RTS處于誤動狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種核電站系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下誤動率計算方法，其特征在 于，所述核電站系統(tǒng)在t_0時刻所處的狀態(tài)為已知的條件下，過程時刻t>t_0所處狀態(tài)的 條件分布與過程在時刻t_0之前所處的狀態(tài)無關(guān)。
【文檔編號】G06F19/00GK104408312SQ201410697546
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】莫昌瑜, 李明利, 唐慶, 謝逸欽 申請人:北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司, 中國廣核集團有限公司