(优选)概率安全分析软件开发及应用
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2012年10月24日国务院常务会议通过
规划目标：
• 2020年：在运5800万千瓦，在建3000万千瓦
目前现状：
• 在运15台机组，装机容量~1250万千瓦 • 在建26台机组，装机容量~2760万千瓦
未来三年：
• 平均每年新建7台百万千瓦机组，装机超过2000万千瓦 • 截至2011年底，已有~21台机组获得国家发改委同意前期工作
求解顶事件概率
由底事件概率计算顶事件的发生概率
精确计算T： C1 C2 Cn
P(t)
N
P(C i
)
N1
N
P(C C ij
)
N2
N1
N
P(C C C i jk
)
(1)N1
P(C , 1
C 2
,C N
)
i1
i1 ji1
i1 ji1k j1
T = C1+C2+C3+C4 (C1=X1X2, C2=X1X3, C3=X2X3, C4=X4X5, p =0.1) P(T)=P(C1)+P(C2)+P(C3)+P(C4)-P(C1C2)-P(C1C3)-P(C1C4)-P(C2C3)P(C2C4)-P(C3C4)+P(C1C2C3)+P(C1C2C4)+P(C2C3C4)-P(C1C2C3C4)
题目3：根据割集、敏感因子对基本事件进行敏感性分析 输入：割集文件，基本事件概率值文件、敏感因子 输出：总失效概率，最小割集，敏感因子，基本事件敏感度列表（从大到 小排序）
PAS建模分析题目
对象：某核电站的系统流程图（10个，每组1个） 工具：RiskA 内容： （1）故障树建模 （2）进行最小割集和顶事件概率计算 （3）基本事件重要度排序
（优选）概率安全分析软件开发及应用
参考书目： 数据结构 C语言教程 核电厂概率安全分析及其应用（原子能出版社）
课程背景
概率安全分析 ( PSA ) ：
20世纪70年代后期, 定量的工程安全评价方法。该方法先确定系 统所有潜在的事故，求出各种事故发生的概率，结合事故的后果来 计算风险，以风险的大小确定系统的安全程度。
割集 -> 最小割集
• 交换律： a+b=b+a • 等幂律： a+a=a a·a=a • 吸收律： a+a·b=a
TOP= X1 X3 + X2 X3 X3+ X4 X1 +X4 X2 X3 = X1 X3 + X2 X3+ X1 X4+ X2 X3 X4 = X1 X3+ X2 X3+ X1 X4
5
国家核安全规划（2011-2020）
《核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020年远景目标》
再次强调：
核安全是核能与核技术利用事业发展的生命线 加大研究费用的投入力度，纳入国家科技发展管理体系 促进核安全的人才培训，加大人才培养力度
五项重点工程，投资 ~798亿
• 核安全改进工程 • 放射性污染治理工程 • 科技研发创新工程
考核方式
到课20分 软件开发 40分 模型建立40分
编程题目
题目1：根据割集计算基本事件的FV部件重要度 输入：割集文件，基本事件概率值文件 输出：总失效概率，最小割集，基本事件FV部件重要度列表（从大到小 排序）
题目2：根据割集计算基本事件的RAW重要度 输入：割集文件，基本事件概率值文件 输出：总失效概率，最小割集，基本事件RAW重要度列表（从大到小排 序）
CAFTA Relex ITEM FTREX
国家 瑞典 美国 美国 美国 韩国
源自文库
国际软件不能满足中国核电发展的需要:
✓通用软件 难以适合设计和分析各自特殊要求 ✓没有产权 没有源码，难以二次开发 ✓费用昂贵 初次购买费＋年维护费＋升级费
研发自主知识产权的PSA软件势在必行
国家核电中长期发展规划（2011-2020）
= ……
近似计算：
N
P(t) P(Ci ) i1
上近似
N
N1 N
P(t) P(Ci ) P(CiCj )
i1
i1 ji1
下近似
敏感性分析
1.1 何为敏感性
如果假设待分析的数学模型可以用下述矢量方程
来表示：
y f (x)，其中矢量，
x [x1,x2,..., xm ] y [y1, y2,...y n ]
对于上述模型，我们往往希望获悉单个输入变量 变化对结果变化大小的影响，这种影响就称为结
果对单个输入的敏感性，简称敏感性。这种求解
单个输入敏感性的过程我们称之为敏感性分析。
内容 软件开发
建模分析 考试周
周数
第2周 第3周 第4周 第5周 第6周 第7周 第8周 第9周 第10周 第11周 第12周 第13周 第14周 第15周 第16周 第17周 第18周
日期
3.5 3.12 3.19 3.26 4.2 4.9 4.16 4.23 4.30 5.7 5.14 5.21 5.28 6.4 6.11 6.18 6.25
割集与最小割集
割集：故障树底事件集合的一个子集合，该子集的所有底事件发生， 则顶事件必定发生。
最小割集：是割集集合的一个子集，底事件数量不能再减少的割集，即 如果在割集中任意去掉一个底事件后，剩下的事件集合不再是割集。
任意一颗故障树由有限数量的最小割集组成 最小割集中所含底事件的数目称为最小割集的阶数 阶数越小的最小割集越重要（各底事件概率较小，相互差别不大时） 低阶最小割集中出现的底事件比高阶最小割集中的底事件重要 不同最小割集中重复出现的次数越多的底事件越重要 核电厂满足单一失效准则，意味着不允许出现一阶最小割集
PSA主要目的：
确定系统所有潜在的事故，并计算其发生频率 识别设计中的缺陷、评价不同的设计选择方案 识别各系统和部件的重要性 为系统的运行、维修和决策提供依据
国家环保局 — 核电站在建造运行前必须提交概率安全分析报告
PSA软件是进行PSA分析的基本工具
国内外相关软件发展现状
软件名称 RiskSpectrum
（核安全技术研发能力建设、核安全技术研究项目） • 事故应急保障工程 • 监管能力建设工程
6
PSA软件研发：
国家中长期科技发展规划纲要（16个科技专项）（2006年通 过版），核电关键设计软件自主化技术研究项目，2012年立 项，2013年正式启动
核安全规划五项重点工程，投资 ~798亿，其中科技研发创新 工程150-200亿，PSA软件是重要内容之一，正在具体细化
规划目标：
• 2020年：在运5800万千瓦，在建3000万千瓦
目前现状：
• 在运15台机组，装机容量~1250万千瓦 • 在建26台机组，装机容量~2760万千瓦
未来三年：
• 平均每年新建7台百万千瓦机组，装机超过2000万千瓦 • 截至2011年底，已有~21台机组获得国家发改委同意前期工作
求解顶事件概率
由底事件概率计算顶事件的发生概率
精确计算T： C1 C2 Cn
P(t)
N
P(C i
)
N1
N
P(C C ij
)
N2
N1
N
P(C C C i jk
)
(1)N1
P(C , 1
C 2
,C N
)
i1
i1 ji1
i1 ji1k j1
T = C1+C2+C3+C4 (C1=X1X2, C2=X1X3, C3=X2X3, C4=X4X5, p =0.1) P(T)=P(C1)+P(C2)+P(C3)+P(C4)-P(C1C2)-P(C1C3)-P(C1C4)-P(C2C3)P(C2C4)-P(C3C4)+P(C1C2C3)+P(C1C2C4)+P(C2C3C4)-P(C1C2C3C4)
题目3：根据割集、敏感因子对基本事件进行敏感性分析 输入：割集文件，基本事件概率值文件、敏感因子 输出：总失效概率，最小割集，敏感因子，基本事件敏感度列表（从大到 小排序）
PAS建模分析题目
对象：某核电站的系统流程图（10个，每组1个） 工具：RiskA 内容： （1）故障树建模 （2）进行最小割集和顶事件概率计算 （3）基本事件重要度排序
（优选）概率安全分析软件开发及应用
参考书目： 数据结构 C语言教程 核电厂概率安全分析及其应用（原子能出版社）
课程背景
概率安全分析 ( PSA ) ：
20世纪70年代后期, 定量的工程安全评价方法。该方法先确定系 统所有潜在的事故，求出各种事故发生的概率，结合事故的后果来 计算风险，以风险的大小确定系统的安全程度。
割集 -> 最小割集
• 交换律： a+b=b+a • 等幂律： a+a=a a·a=a • 吸收律： a+a·b=a
TOP= X1 X3 + X2 X3 X3+ X4 X1 +X4 X2 X3 = X1 X3 + X2 X3+ X1 X4+ X2 X3 X4 = X1 X3+ X2 X3+ X1 X4
5
国家核安全规划（2011-2020）
《核安全与放射性污染防治“十二五”规划及2020年远景目标》
再次强调：
核安全是核能与核技术利用事业发展的生命线 加大研究费用的投入力度，纳入国家科技发展管理体系 促进核安全的人才培训，加大人才培养力度
五项重点工程，投资 ~798亿
• 核安全改进工程 • 放射性污染治理工程 • 科技研发创新工程
考核方式
到课20分 软件开发 40分 模型建立40分
编程题目
题目1：根据割集计算基本事件的FV部件重要度 输入：割集文件，基本事件概率值文件 输出：总失效概率，最小割集，基本事件FV部件重要度列表（从大到小 排序）
题目2：根据割集计算基本事件的RAW重要度 输入：割集文件，基本事件概率值文件 输出：总失效概率，最小割集，基本事件RAW重要度列表（从大到小排 序）
CAFTA Relex ITEM FTREX
国家 瑞典 美国 美国 美国 韩国
源自文库
国际软件不能满足中国核电发展的需要:
✓通用软件 难以适合设计和分析各自特殊要求 ✓没有产权 没有源码，难以二次开发 ✓费用昂贵 初次购买费＋年维护费＋升级费
研发自主知识产权的PSA软件势在必行
国家核电中长期发展规划（2011-2020）
= ……
近似计算：
N
P(t) P(Ci ) i1
上近似
N
N1 N
P(t) P(Ci ) P(CiCj )
i1
i1 ji1
下近似
敏感性分析
1.1 何为敏感性
如果假设待分析的数学模型可以用下述矢量方程
来表示：
y f (x)，其中矢量，
x [x1,x2,..., xm ] y [y1, y2,...y n ]
对于上述模型，我们往往希望获悉单个输入变量 变化对结果变化大小的影响，这种影响就称为结
果对单个输入的敏感性，简称敏感性。这种求解
单个输入敏感性的过程我们称之为敏感性分析。
内容 软件开发
建模分析 考试周
周数
第2周 第3周 第4周 第5周 第6周 第7周 第8周 第9周 第10周 第11周 第12周 第13周 第14周 第15周 第16周 第17周 第18周
日期
3.5 3.12 3.19 3.26 4.2 4.9 4.16 4.23 4.30 5.7 5.14 5.21 5.28 6.4 6.11 6.18 6.25
割集与最小割集
割集：故障树底事件集合的一个子集合，该子集的所有底事件发生， 则顶事件必定发生。
最小割集：是割集集合的一个子集，底事件数量不能再减少的割集，即 如果在割集中任意去掉一个底事件后，剩下的事件集合不再是割集。
任意一颗故障树由有限数量的最小割集组成 最小割集中所含底事件的数目称为最小割集的阶数 阶数越小的最小割集越重要（各底事件概率较小，相互差别不大时） 低阶最小割集中出现的底事件比高阶最小割集中的底事件重要 不同最小割集中重复出现的次数越多的底事件越重要 核电厂满足单一失效准则，意味着不允许出现一阶最小割集
PSA主要目的：
确定系统所有潜在的事故，并计算其发生频率 识别设计中的缺陷、评价不同的设计选择方案 识别各系统和部件的重要性 为系统的运行、维修和决策提供依据
国家环保局 — 核电站在建造运行前必须提交概率安全分析报告
PSA软件是进行PSA分析的基本工具
国内外相关软件发展现状
软件名称 RiskSpectrum
（核安全技术研发能力建设、核安全技术研究项目） • 事故应急保障工程 • 监管能力建设工程
6
PSA软件研发：
国家中长期科技发展规划纲要（16个科技专项）（2006年通 过版），核电关键设计软件自主化技术研究项目，2012年立 项，2013年正式启动
核安全规划五项重点工程，投资 ~798亿，其中科技研发创新 工程150-200亿，PSA软件是重要内容之一，正在具体细化