概率安全评价在核电厂保护系统中的应用研究
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卡 罗方法对核 电厂保护 系统的可靠性进行仿真 分析 ，并且 以紧急停堆 系统为例 ，说 明 了蒙特卡 罗方 法在核 电
厂安 全系统 故障树 建模 与仿真研 究上 的可行性 ， 同时也是一 种 分析核 电厂保护 系统可靠性 的有效方 法。 ［ 关键 词 ］概率安 全评价 ；核 电厂 ；故障树 ；蒙特 卡 罗方法 ；仿真
真 方法 则可 以解决 这个 问题 。
２ ２ １ 系统 可靠度评 定 的蒙特 卡罗方法 ． ． 如果 系统 有 ｎ个 底事 件 ，采用最 小路集 不交 化
方 法 ，得 到系 统 可 靠度 的表 达 式 为 尺＝ｈ（ ，
， … ，
） ，其 中 为第 个 底事件 的可 靠度 。具
２ １ 故 障树 的定性分析 ．
故 障树定性 分析是定量 分析 的基 础 ，其定性分 析 的 目的在 于寻找导 致顶事件 发生 的基 本事件 或基 本 事件组合 ，即故 障树 的全 部割集和最 小割集 ，以
确 定导致 顶事件 发生 的所有 失效模 式 。 故 障树最小 割集 的分析 是一 个存在 ＮＰ困难 的 问题 ，可采用 模块化 技术来解 决这种大容 量 的计算
故 障树 的每个底 事件从概 率论观 点上都看 作一 个 随机 事件 ，因此失效概 率不 是定常数 ，而是满足 某种分 布 ， 如指数 分布 、正态分布 和威布尔 分布等 。
图１ 中的 “ 系统建模 ”是对 Ｐ Ａ分析 中所涉及 Ｓ
一
９一
第 １ 卷 （００年第 ９ ） ２ ２１ 期
反应 堆保护 系统（ Ｒ）的上 游信息有 热工仪表 ＲＰ 和核 仪表 ２ 类 ，它们 输 出的模拟 量信 号经过 阈值 大 继 电器 转换 成逻辑 量送 入反 应堆保 护系统 的输入 机
无法得 到系统可靠 度的分布密 度和系统 的平均寿命 。
而基 于最小 路集 和最 小割集计 算 的蒙特 卡罗数 字仿
柜 。 热 工 仪表 类信 息 主要 来 自反 应 堆 冷 却 剂 系统 （ ＲＣＰ） 、主 蒸 汽系 统（ ＶＶＰ） 、给水 流量 控 制 系统
（ ＡＲＥ 、 ） 汽机调 节系统 （ ＲＥ 、 Ｇ ） 汽机保 护 系统（ Ｅ 、 ＯＳ ） 安全 壳 内大 气监 测系 统（ ＴＹ） Ｅ 、反 应堆 换料池 和乏
析法 。
称 Ｐ Ａ） Ｓ 。确定 论方法 人为地将 事故分为 “ 可信”与 “ 可信”２ ，并 以多年 实际应用 的经验和 一些保 不 类 守 的假 设为基础 ；但 １７ 年的三哩 岛事故造 成了严 ９９
重的堆芯 损坏 ，暴露 了确定论 方法 的缺陷 。Ｐ Ａ是 Ｓ
一
种 系统 工程 方法 ，采用 可靠 性评 价 技术 （ 即故 障
１ 核 电厂 Ｐ Ａ分析 的实施程 序 Ｓ
核 电厂的 ＰＳ 分析 可 以分为 ３个级 别 ：一级 Ａ Ｐ Ａ，可 求 出各事 故序列 的发生频率 ，给出反应堆 Ｓ 每运行年 发生堆芯 损坏的概率 ；二 级 Ｐ Ａ，可分析 Ｓ
堆 芯损坏后 的物理过程 ，并对 减缓堆 芯损坏 后事故 后 果 的 途 径 和 事 故 处 理 提 出具 体 的意 见 ；三 级 Ｐ Ａ，可分析研 究放射 性物质在环 境 中的弥散 以及 Ｓ 对 生命 、健 康 、财 产和环境 的影响后果 ，并对 应急 响应计划 的制定提 供 支持 。
事件所造成 的事故 序列 ，还能够 系统地 、现实地确 定该事故 的发生频 率和事故 造成 的后果 。确定论和 概 率论 ２ 种方 法各有 其优缺 点 ， 目前 已作为 互为补 充的方法 用于 核 电厂 的安全 分析 。
一
繁
繁
图 １ 核 电 厂 Ｐ Ａ 评 价 的程 序 Ｓ
wk.baidu.com
２ 故 障树分析 法
树、 事件树分析 ） 率风 险分析方法对 复杂 系统 的 和概
各 种 可 能 事 故 的 发 生 和 发 展 过 程 进 行 全 面分 析 。
Ｐ Ａ分析认 为事故并 不存在 “ Ｓ 可信 ” “ 可信”的 与 不 绝对界 线 ，仅仅 是事故 发生的概率 有大小之 别 ，从 而引入 了风 险的概 念 ；它 不仅 能确 定各种不 同始发
核 电厂 Ｐ Ａ分析 的全部 内容 和进行程 序如 图 １ Ｓ 所示。
问题 。采用模 块化技术 先对故 障树进行 分析 ，找 出
一
些最 大可能 的独立部 分并用 一个准底 事件或超级
事件代 替 ，这 样形成 的新故 障树在规模 上要 比原来
的故 障树小 得多 ，可大 大减少 计算分 析 的工作量 。 ２ ２ 故 障树 的定量分析 ．
目前 ，核 电厂安全性 评价方法 有 ２种 ：一种是 依据设 计基 准事故的确 定论方法 ，另 一种是概率 安 全评 价方法 （ｒ ｂ ｂｌ ｔ ａｅｙ Ａ ｓｓｍｅ ｔ Ｐ ｏ ａ ｉｓｉ Ｓ ｆｔ ｓｅｓ ｎ ，简 ｉ ｃ
的 电厂 系统进行 可靠 ｝分析 。建 模方法 有 ：可靠 性 生 框 图法 、马尔可 夫分 析法 、故 障树方法 、Ｆ Ａ法 ＭＥ 和 ＧＯ法 。 目前 ，核 电厂 中广 泛采 用的是故 障树分
电 力 安 全 技 术
Ｙ
传 统 的故 障树 分析方 法需要 求 出故 障树 的一 阶矩和
二 阶矩 ， 只能计算 到系 统可靠 度 的一 阶矩 和二 阶矩 ，
（ ） ｋ ｋ ４ ｋ ｋ＋１ 复 进行 参 数 抽样 ，一直 到 重 ｋ －Ｎ ，得 到 Ｎ 个平 均寿命 抽样值 ＭＴ Ｆ （ ≤ 舷 ｋ Ｂ １ ≤ Ｎ ，从 而得 到系统 的平 均寿命 分 布 。 ） ３ 核 电厂保 护 系统 模 型
Ｙ
电 安技 力全 术
第２ ２０第 期 １ ０年 ９ ） 卷（１
棍 率安金评价在核 电厂儡
系统中的应用研 究
王学奎 ，杨旭红 ，刘 刚 ，叶建华 ，钱 红 ，薛 阳
（ 海 电力 学 院 ， 上 海 ２ ０ ９ ） 上 ０ ０ ０
［ 摘 要 ］对概率安 全评 价在核 电厂应 用 中的 系统建模 进行研 究 ，使 用 了不受 故障分布函数限制 的蒙特
厂安 全系统 故障树 建模 与仿真研 究上 的可行性 ， 同时也是一 种 分析核 电厂保护 系统可靠性 的有效方 法。 ［ 关键 词 ］概率安 全评价 ；核 电厂 ；故障树 ；蒙特 卡 罗方法 ；仿真
真 方法 则可 以解决 这个 问题 。
２ ２ １ 系统 可靠度评 定 的蒙特 卡罗方法 ． ． 如果 系统 有 ｎ个 底事 件 ，采用最 小路集 不交 化
方 法 ，得 到系 统 可 靠度 的表 达 式 为 尺＝ｈ（ ，
， … ，
） ，其 中 为第 个 底事件 的可 靠度 。具
２ １ 故 障树 的定性分析 ．
故 障树定性 分析是定量 分析 的基 础 ，其定性分 析 的 目的在 于寻找导 致顶事件 发生 的基 本事件 或基 本 事件组合 ，即故 障树 的全 部割集和最 小割集 ，以
确 定导致 顶事件 发生 的所有 失效模 式 。 故 障树最小 割集 的分析 是一 个存在 ＮＰ困难 的 问题 ，可采用 模块化 技术来解 决这种大容 量 的计算
故 障树 的每个底 事件从概 率论观 点上都看 作一 个 随机 事件 ，因此失效概 率不 是定常数 ，而是满足 某种分 布 ， 如指数 分布 、正态分布 和威布尔 分布等 。
图１ 中的 “ 系统建模 ”是对 Ｐ Ａ分析 中所涉及 Ｓ
一
９一
第 １ 卷 （００年第 ９ ） ２ ２１ 期
反应 堆保护 系统（ Ｒ）的上 游信息有 热工仪表 ＲＰ 和核 仪表 ２ 类 ，它们 输 出的模拟 量信 号经过 阈值 大 继 电器 转换 成逻辑 量送 入反 应堆保 护系统 的输入 机
无法得 到系统可靠 度的分布密 度和系统 的平均寿命 。
而基 于最小 路集 和最 小割集计 算 的蒙特 卡罗数 字仿
柜 。 热 工 仪表 类信 息 主要 来 自反 应 堆 冷 却 剂 系统 （ ＲＣＰ） 、主 蒸 汽系 统（ ＶＶＰ） 、给水 流量 控 制 系统
（ ＡＲＥ 、 ） 汽机调 节系统 （ ＲＥ 、 Ｇ ） 汽机保 护 系统（ Ｅ 、 ＯＳ ） 安全 壳 内大 气监 测系 统（ ＴＹ） Ｅ 、反 应堆 换料池 和乏
析法 。
称 Ｐ Ａ） Ｓ 。确定 论方法 人为地将 事故分为 “ 可信”与 “ 可信”２ ，并 以多年 实际应用 的经验和 一些保 不 类 守 的假 设为基础 ；但 １７ 年的三哩 岛事故造 成了严 ９９
重的堆芯 损坏 ，暴露 了确定论 方法 的缺陷 。Ｐ Ａ是 Ｓ
一
种 系统 工程 方法 ，采用 可靠 性评 价 技术 （ 即故 障
１ 核 电厂 Ｐ Ａ分析 的实施程 序 Ｓ
核 电厂的 ＰＳ 分析 可 以分为 ３个级 别 ：一级 Ａ Ｐ Ａ，可 求 出各事 故序列 的发生频率 ，给出反应堆 Ｓ 每运行年 发生堆芯 损坏的概率 ；二 级 Ｐ Ａ，可分析 Ｓ
堆 芯损坏后 的物理过程 ，并对 减缓堆 芯损坏 后事故 后 果 的 途 径 和 事 故 处 理 提 出具 体 的意 见 ；三 级 Ｐ Ａ，可分析研 究放射 性物质在环 境 中的弥散 以及 Ｓ 对 生命 、健 康 、财 产和环境 的影响后果 ，并对 应急 响应计划 的制定提 供 支持 。
事件所造成 的事故 序列 ，还能够 系统地 、现实地确 定该事故 的发生频 率和事故 造成 的后果 。确定论和 概 率论 ２ 种方 法各有 其优缺 点 ， 目前 已作为 互为补 充的方法 用于 核 电厂 的安全 分析 。
一
繁
繁
图 １ 核 电 厂 Ｐ Ａ 评 价 的程 序 Ｓ
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２ 故 障树分析 法
树、 事件树分析 ） 率风 险分析方法对 复杂 系统 的 和概
各 种 可 能 事 故 的 发 生 和 发 展 过 程 进 行 全 面分 析 。
Ｐ Ａ分析认 为事故并 不存在 “ Ｓ 可信 ” “ 可信”的 与 不 绝对界 线 ，仅仅 是事故 发生的概率 有大小之 别 ，从 而引入 了风 险的概 念 ；它 不仅 能确 定各种不 同始发
核 电厂 Ｐ Ａ分析 的全部 内容 和进行程 序如 图 １ Ｓ 所示。
问题 。采用模 块化技术 先对故 障树进行 分析 ，找 出
一
些最 大可能 的独立部 分并用 一个准底 事件或超级
事件代 替 ，这 样形成 的新故 障树在规模 上要 比原来
的故 障树小 得多 ，可大 大减少 计算分 析 的工作量 。 ２ ２ 故 障树 的定量分析 ．
目前 ，核 电厂安全性 评价方法 有 ２种 ：一种是 依据设 计基 准事故的确 定论方法 ，另 一种是概率 安 全评 价方法 （ｒ ｂ ｂｌ ｔ ａｅｙ Ａ ｓｓｍｅ ｔ Ｐ ｏ ａ ｉｓｉ Ｓ ｆｔ ｓｅｓ ｎ ，简 ｉ ｃ
的 电厂 系统进行 可靠 ｝分析 。建 模方法 有 ：可靠 性 生 框 图法 、马尔可 夫分 析法 、故 障树方法 、Ｆ Ａ法 ＭＥ 和 ＧＯ法 。 目前 ，核 电厂 中广 泛采 用的是故 障树分
电 力 安 全 技 术
Ｙ
传 统 的故 障树 分析方 法需要 求 出故 障树 的一 阶矩和
二 阶矩 ， 只能计算 到系 统可靠 度 的一 阶矩 和二 阶矩 ，
（ ） ｋ ｋ ４ ｋ ｋ＋１ 复 进行 参 数 抽样 ，一直 到 重 ｋ －Ｎ ，得 到 Ｎ 个平 均寿命 抽样值 ＭＴ Ｆ （ ≤ 舷 ｋ Ｂ １ ≤ Ｎ ，从 而得 到系统 的平 均寿命 分 布 。 ） ３ 核 电厂保 护 系统 模 型
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电 安技 力全 术
第２ ２０第 期 １ ０年 ９ ） 卷（１
棍 率安金评价在核 电厂儡
系统中的应用研 究
王学奎 ，杨旭红 ，刘 刚 ，叶建华 ，钱 红 ，薛 阳
（ 海 电力 学 院 ， 上 海 ２ ０ ９ ） 上 ０ ０ ０
［ 摘 要 ］对概率安 全评 价在核 电厂应 用 中的 系统建模 进行研 究 ，使 用 了不受 故障分布函数限制 的蒙特