动态流图法对核电厂数字化仪控系统的可靠性评价
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及 先 进控 制策 略 等工 作
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎ Ｆａｕｌｔ—Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ （ＦＴＡ ） ｃａｎｎｏｔ ｄｅｓｃｒ ｉｂｅ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ＤＩ＆ＣＳ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｆｌｏｗｇｒａｐｈ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ （ＤＦＭ ） ｃａｎ ｄｅｓｃｒ ｉｂｅ ｔｈｅｓｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ＤＦＭ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ （ＡＰＣ） ｉｎ ＮＰＰ ＤＩ＆ ＣＳ．Ｇ ｉｖｅｎ ｔｈｒｅｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｎａｍ ｅｌｙ ｓｅｎｓｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ， ＳＲＢ ａｎｄ ｍ ａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｆａｉｌｓ ａｎ ｄ ｍａｉｎ／ｂａｃｋｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆａｉｌｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ＤＦＭ ， Ａ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｏｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｈｉｆｔ（ＣＳＰ）ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ Ｎｉｌｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｇｉｖｅｎ ａ ｓｍａｌｌ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＳＰ ｓｔａｔｅ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｄｅｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ＤＦＭ ，ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｒｏｂａｂｌｙ ｂａｓｉｃ ｅｖｅｎｔ／ｆａｕｌｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ （Ｐｒ ｉｍｅ Ｉｍｐｌｉｃａｎｔｓ） ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｔ ｈｅ ｔｏｐ ｅｖｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｒ ｉｖｅｄ， ｎａｍｅｌｙ ｔ ｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔ ｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ＳＲＢ （ｏｕｔｐｕｔ ｌａｔｃｈ）ｓｗｉｓｈ ｏｆ，ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ Ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｌｏｗ，ｔｈｅ ｏｔ ｈ ｅｒｓ ａｒｅ ｎｏｒｍ ａｌ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ； Ｄｙｎａｍｉｃ ｆｌｏｗｇｒａｐｈ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ； ＤＩ＆ＣＳ： Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨ ＯＵ Ｓｈｉ－ｌｉａｎｇ １，２ Ｗ ＡＮ Ｇ Ｈａｏ ，．， ＴＩＡＮ Ｃｏｎｇ
（１．Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｍａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＰａｓｓｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｍ ｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｓｔｒｕｍ ｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎ ｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ （ＤＩ＆ＣＳ）ｏｆ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａ ｎ ｔ（ＮＰＰ）．Ｍ ａｎｙ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ＮＰＰｓ ｈａｖｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ＤＩ＆ＣＳ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｏｍｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ／ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｉｎ ａ ｄｅｃａｄｅ．Ｔｈｅ ｉｍ ｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｌｌ ＤＩ＆ＣＳ ｈａｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ
关键 词：可靠性分析 ；动态 流图法 ；ＤＩ＆ＣＳ； 自动功率控 制系统
中图分Ａ
文章编号 ：０２５８－０９１８（２０１８）０１－００８８—１１
Ｄｙｎａｍ ｉｃ Ｆｌｏｗｇｒａｐｈ Ｍ ｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｒ ｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄ ｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍ ｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ＮＰＰ
了存在对应故 障情 况下控制棒 实际位移与 正常条 件下 的偏 差；给定 义当前时刻控制棒 实际位移较 正常
条件 下偏小的顶事件 ，利用 ＤＦＭ 演绎分析 ，得 出顶事件发生贡献最大 的原因为 当前时刻 ＳＲＢ （输 出
闭锁 装置 ）切换失效 ，主处 理器 输出偏小 ，其他节 点正常的故障组合 。
第 ３８卷 第 １期 ２０１８年 ２月
核 科 学 与 工 程
Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．３８ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１ ８
动态流 图法对核 电厂数 字化仪控 系统 的可靠性评价
周世梁１，２，王 浩１，２，田 聪
（１．华 北 电力 大 学， 北京 １０２２０６；２．非 能动 核 能安 全技 术 实验 室 ，北 京 １０２２０６）
故障树分析 （ＦＴＡ）不 能描述 这种动态 的交互特性 ，而 动态流 图法 （ＤＦＭ）可较好地描述 系统间 的各
种动态交互 。因此采用 ＤＦＭ 评价核 电厂 ＤＩ＆ＣＳ自动功率控制系 统 （ＡＰＣ）的可靠 性。给定三组初始
条件 ，即传感器故 障、输出 闭锁装置与主 处理 器故障和主辅处理器 故障，利用 ＤＦＭ 的归纳分析 ，得 出
摘要 ：基于软件和微处 理器 的数字化技术 已广泛应 用于核 电厂仪表与控制 （Ｉ＆Ｃ）系统 。近十年来 ，在
建或部分 己投运 的核 电厂均 已采 用全 数字化仪表 与控 制系统 （ＤＩ＆ＣＳ）进 行参数的监控 与控 制 。核 电
厂控制系统的全数字化 极大 提高 了控制系统 的性 能。由于 ＤＩ＆ＣＳ运行过程 中存 在动态交互 ，传统静态
收稿 日期 ：２０１７—０５—１６ 基 金 项 目： 国家 自然 科 学基 金 （７１３０１０４９）、 中央 高校 基本 科 研基 金 （２０１６ＭＳ６０，２０１６ＭＳ３９） 作 者 简 介：周 世 梁 （１９７９一 ）， 男 ，湖南 益 阳人 ，副 教 授 ，现 主要 研 究核 电厂 数 字化 仪控 系 统动 态 可靠 性 分析 方 法 、核 动力 系 统动 力 学
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｔｒａｄｉｔｉｏｎ Ｆａｕｌｔ—Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ （ＦＴＡ ） ｃａｎｎｏｔ ｄｅｓｃｒ ｉｂｅ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ＤＩ＆ＣＳ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｆｌｏｗｇｒａｐｈ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ （ＤＦＭ ） ｃａｎ ｄｅｓｃｒ ｉｂｅ ｔｈｅｓｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ＤＦＭ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ （ＡＰＣ） ｉｎ ＮＰＰ ＤＩ＆ ＣＳ．Ｇ ｉｖｅｎ ｔｈｒｅｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｎａｍ ｅｌｙ ｓｅｎｓｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ， ＳＲＢ ａｎｄ ｍ ａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｆａｉｌｓ ａｎ ｄ ｍａｉｎ／ｂａｃｋｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆａｉｌｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ＤＦＭ ， Ａ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｏｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｈｉｆｔ（ＣＳＰ）ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ Ｎｉｌｕｒｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｇｉｖｅｎ ａ ｓｍａｌｌ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＳＰ ｓｔａｔｅ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｄｅｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ＤＦＭ ，ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｒｏｂａｂｌｙ ｂａｓｉｃ ｅｖｅｎｔ／ｆａｕｌｔ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ （Ｐｒ ｉｍｅ Ｉｍｐｌｉｃａｎｔｓ） ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｔ ｈｅ ｔｏｐ ｅｖｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｒ ｉｖｅｄ， ｎａｍｅｌｙ ｔ ｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔ ｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ＳＲＢ （ｏｕｔｐｕｔ ｌａｔｃｈ）ｓｗｉｓｈ ｏｆ，ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ Ｍａｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｌｏｗ，ｔｈｅ ｏｔ ｈ ｅｒｓ ａｒｅ ｎｏｒｍ ａｌ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ； Ｄｙｎａｍｉｃ ｆｌｏｗｇｒａｐｈ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ； ＤＩ＆ＣＳ： Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨ ＯＵ Ｓｈｉ－ｌｉａｎｇ １，２ Ｗ ＡＮ Ｇ Ｈａｏ ，．， ＴＩＡＮ Ｃｏｎｇ
（１．Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｍａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＰａｓｓｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ： Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｍ ｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｂａｓｅｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｎｓｔｒｕｍ ｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎ ｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ （ＤＩ＆ＣＳ）ｏｆ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａ ｎ ｔ（ＮＰＰ）．Ｍ ａｎｙ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ＮＰＰｓ ｈａｖｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ＤＩ＆ＣＳ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｏｍｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ／ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ｉｎ ａ ｄｅｃａｄｅ．Ｔｈｅ ｉｍ ｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｌｌ ＤＩ＆ＣＳ ｈａｓ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ
关键 词：可靠性分析 ；动态 流图法 ；ＤＩ＆ＣＳ； 自动功率控 制系统
中图分Ａ
文章编号 ：０２５８－０９１８（２０１８）０１－００８８—１１
Ｄｙｎａｍ ｉｃ Ｆｌｏｗｇｒａｐｈ Ｍ ｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ Ｕｓｅｄ ｉｎ Ｒ ｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄ ｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍ ｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ＮＰＰ
了存在对应故 障情 况下控制棒 实际位移与 正常条 件下 的偏 差；给定 义当前时刻控制棒 实际位移较 正常
条件 下偏小的顶事件 ，利用 ＤＦＭ 演绎分析 ，得 出顶事件发生贡献最大 的原因为 当前时刻 ＳＲＢ （输 出
闭锁 装置 ）切换失效 ，主处 理器 输出偏小 ，其他节 点正常的故障组合 。
第 ３８卷 第 １期 ２０１８年 ２月
核 科 学 与 工 程
Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．３８ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１ ８
动态流 图法对核 电厂数 字化仪控 系统 的可靠性评价
周世梁１，２，王 浩１，２，田 聪
（１．华 北 电力 大 学， 北京 １０２２０６；２．非 能动 核 能安 全技 术 实验 室 ，北 京 １０２２０６）
故障树分析 （ＦＴＡ）不 能描述 这种动态 的交互特性 ，而 动态流 图法 （ＤＦＭ）可较好地描述 系统间 的各
种动态交互 。因此采用 ＤＦＭ 评价核 电厂 ＤＩ＆ＣＳ自动功率控制系 统 （ＡＰＣ）的可靠 性。给定三组初始
条件 ，即传感器故 障、输出 闭锁装置与主 处理 器故障和主辅处理器 故障，利用 ＤＦＭ 的归纳分析 ，得 出
摘要 ：基于软件和微处 理器 的数字化技术 已广泛应 用于核 电厂仪表与控制 （Ｉ＆Ｃ）系统 。近十年来 ，在
建或部分 己投运 的核 电厂均 已采 用全 数字化仪表 与控 制系统 （ＤＩ＆ＣＳ）进 行参数的监控 与控 制 。核 电
厂控制系统的全数字化 极大 提高 了控制系统 的性 能。由于 ＤＩ＆ＣＳ运行过程 中存 在动态交互 ，传统静态
收稿 日期 ：２０１７—０５—１６ 基 金 项 目： 国家 自然 科 学基 金 （７１３０１０４９）、 中央 高校 基本 科 研基 金 （２０１６ＭＳ６０，２０１６ＭＳ３９） 作 者 简 介：周 世 梁 （１９７９一 ）， 男 ，湖南 益 阳人 ，副 教 授 ，现 主要 研 究核 电厂 数 字化 仪控 系 统动 态 可靠 性 分析 方 法 、核 动力 系 统动 力 学