文 華 劉紅宇 謝海燕

1中國(guó)人民解放軍91630部隊(duì)，廣東廣州510715

2海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，湖北武漢430033

用于反應(yīng)堆動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的事件序列圖研究

文 華1劉紅宇1謝海燕2

1中國(guó)人民解放軍91630部隊(duì)，廣東廣州510715

2海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，湖北武漢430033

動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究方法理論性強(qiáng)、技術(shù)難度高、掌握運(yùn)用困難，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用。在Cassini任務(wù)PRA的基礎(chǔ)上，對(duì)事件序列圖方法進(jìn)行拓展和完善，采用事件序列圖方法進(jìn)行反應(yīng)堆動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，研究反應(yīng)堆事故中動(dòng)態(tài)因素對(duì)系統(tǒng)和事故發(fā)展進(jìn)程及其后果的影響。通過(guò)對(duì)反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)失流事故的分析，闡述事件序列圖法在反應(yīng)堆事故分析中的應(yīng)用過(guò)程。事件序列圖分析提供了足夠的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息，易于工程技術(shù)人員理解、掌握和應(yīng)用，適合于大型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

事件序列圖；動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；動(dòng)態(tài)特性

1 引言

概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（PRA）的基本任務(wù)是確認(rèn)系統(tǒng)可能的事故場(chǎng)景和后果及其發(fā)生概率。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的硬件、軟件和人員之間及其與環(huán)境之間存在復(fù)雜的交互作用。硬件、軟件、人員等系統(tǒng)要素狀態(tài)的變化即為事件，在PRA研究中應(yīng)特別考慮事件的發(fā)生時(shí)間和發(fā)生順序以及過(guò)程變量的相關(guān)性等動(dòng)態(tài)問(wèn)題。故障樹(shù)和事件樹(shù)方法本質(zhì)上是靜態(tài)方法，對(duì)處理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)問(wèn)題有缺陷，為了描述動(dòng)態(tài)因素對(duì)系統(tǒng)的影響，發(fā)展了許多方法，統(tǒng)稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)法”，分為連續(xù)法如連續(xù)事件樹(shù)和離散法，如Dylam、Detam、ADS、DDET和連續(xù)CCMT等［1］。這些方法的提出在一定范圍內(nèi)針對(duì)了具體系統(tǒng)特定的動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問(wèn)題，但是由于各自的局限而無(wú)法在工程應(yīng)用領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用［2］，為了能夠解決這一矛盾，需在已有方法的基礎(chǔ)上作出新的探索。

事件序列圖法 （ESD）是事件場(chǎng)景的直觀體現(xiàn)，通過(guò)鑒別及構(gòu)造事件的時(shí)間序列，反映出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性［3－7］。國(guó)內(nèi)外對(duì)ESD方法的應(yīng)用做過(guò)一些研究，取得了一些成果，如將ESD用于提高操作員對(duì)事故場(chǎng)景的理解，監(jiān)控事故發(fā)展進(jìn)程［8，9］；為建造事件樹(shù)起到定性的輔助作用［10］；用于定量研究簡(jiǎn)單的化學(xué)系統(tǒng)。由于船用堆的安全系統(tǒng)相對(duì)單薄，可利用資源相對(duì)較少，因此對(duì)操縱人員的依賴性大，人為干預(yù)環(huán)節(jié)多，動(dòng)態(tài)性更加明顯，但目前ESD還沒(méi)有用于艦艇反應(yīng)堆的相關(guān)研究。本文闡述了ESD的基本框架和分析流程，完善并增加了部分圖形符號(hào)，以船用堆冷卻劑系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了失流事故的演變過(guò)程，建立了事故的ESD模型，實(shí)現(xiàn)了ESD在船用堆事故中的應(yīng)用，對(duì)反應(yīng)堆事故分析和事故操作規(guī)程的制定有重要的指導(dǎo)意義。

2 ESD基本框架

ESD的基本單元包括事件、條件、邏輯門(mén)、過(guò)程參數(shù)集、約束條件和相依性規(guī)則。事件是指分析人員可觀察到的任何物理現(xiàn)象，分為時(shí)間分布事件、基于需求的事件、不可量化事件（即注釋?zhuān)┖徒K態(tài)；條件是指控制場(chǎng)景按不同路徑發(fā)展的規(guī)則，包括時(shí)間條件和物理變量條件；邏輯門(mén)包括邏輯與門(mén)和邏輯或門(mén)；過(guò)程參數(shù)集是指包括時(shí)間和其他影響系統(tǒng)的物理參數(shù)的集合；約束條件是指事件或者過(guò)程參數(shù)的時(shí)間間隔集合，它們與多個(gè)連續(xù)事件的發(fā)生時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)；相依性規(guī)則用于描述各系統(tǒng)設(shè)備之間如何影響以及和過(guò)程參數(shù)集的交互。

為對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行直觀描述，ESD將其基本要素采用動(dòng)態(tài)邏輯符號(hào)表示，現(xiàn)有的ESD方法創(chuàng)建了事件、條件、競(jìng)爭(zhēng)以及各種邏輯門(mén)的圖形符號(hào)。盡管如此，在實(shí)際應(yīng)用中，還是存在現(xiàn)有ESD符號(hào)所無(wú)法表達(dá)或者是表達(dá)起來(lái)非常復(fù)雜的情況。因此，為了進(jìn)一步提供ESD對(duì)動(dòng)態(tài)問(wèn)題的描述能力，必須根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，包括提出一些新的ESD符號(hào)。本文建立了順序門(mén)、N中取K門(mén)、可擴(kuò)展門(mén)和限制等符號(hào)，形成了比較完整的ESD圖形符號(hào)集。ESD中常用的各種符號(hào)如表1所示。順序門(mén)描述N個(gè)事件必須按照一定的順序發(fā)生之后，下一個(gè)事件才能發(fā)生的情況。N中取K門(mén)描述N個(gè)事件中必須有K個(gè)以上事件發(fā)生之后，下一個(gè)事件才會(huì)發(fā)生的情況?？蓴U(kuò)展門(mén)描述實(shí)際ESD模型中相同的事件序列分支，使ESD模型更加簡(jiǎn)潔易讀。

ESD方法是一種直觀的圖形描述方法，能真實(shí)地描述出系統(tǒng)的事故場(chǎng)景，比較準(zhǔn)確地給出系統(tǒng)的各個(gè)事故場(chǎng)景的發(fā)生概率，同時(shí)由于運(yùn)用ESD方法所得到的動(dòng)態(tài)PRA結(jié)果能夠提供足夠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息，因此ESD方法容易為工程技術(shù)人員理解并掌握和應(yīng)用。此外，ESD方法比較容易運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來(lái)支持這一優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)ESD方法在動(dòng)態(tài)PRA中的應(yīng)用。

3 反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)

反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)是導(dǎo)出反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量并將其傳給蒸汽發(fā)生器二次側(cè)工質(zhì)的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)［11］。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。P1和P2為反應(yīng)堆主冷卻劑泵，P1運(yùn)行，P2備用。一旦P1失效，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定的延遲（約0.5 s）啟動(dòng)P2。V1和V2為閘閥。SQ為流量傳感器，STe為溫度傳感器，ST為周期傳感器。CQ為流量控制器，當(dāng)流量傳感器探測(cè)到流量達(dá)到低流量限值時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)流量控制器啟動(dòng)停堆邏輯。CTe為溫度控制器，當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度達(dá)到高溫限值時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)溫度控制器啟動(dòng)停堆邏輯。CT為周期控制器，當(dāng)反應(yīng)堆出現(xiàn)短周期時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)周期控制器啟動(dòng)停堆邏輯。CP為功率控制器，當(dāng)反應(yīng)堆超功率時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)功率控制器啟動(dòng)停堆邏輯。SDL為停堆邏輯，SCM為緊急停堆裝置。

表1ESD的常用符號(hào)

圖1 反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)原理圖

4 失流事故ESD分析

4.1 假設(shè)條件和邊界條件

假設(shè)系統(tǒng)在運(yùn)行期間發(fā)生失流事故，從系統(tǒng)圖可以看出，當(dāng)泵失效或者閥門(mén)關(guān)閉都將導(dǎo)致系統(tǒng)喪失冷卻劑流量，發(fā)生失流事故。初始事件為t＝0時(shí)刻泵P1失效或者閥門(mén)1或2失效。系統(tǒng)運(yùn)行期間，各傳感器SQ、STe、SP和ST可能產(chǎn)生誤信息，由于其概率極小，假定傳感器不會(huì)產(chǎn)生誤信息。當(dāng)失流事故發(fā)生后，只考慮系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停堆，不考慮反應(yīng)堆停堆后的事故處理，如果反應(yīng)堆能在允許時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)停堆，認(rèn)為反應(yīng)堆是安全的，否則認(rèn)為反應(yīng)堆失控。

4.2 ESD分析過(guò)程

考慮系統(tǒng)在運(yùn)行期間發(fā)生失流事故，采用ESD方法對(duì)系統(tǒng)的事故場(chǎng)景進(jìn)行分析。下面簡(jiǎn)述ESD模型的建立過(guò)程。本文詳細(xì)描述初始事件為泵P1在t＝0時(shí)失效的ESD模型建立過(guò)程。初始事件為閥門(mén)1或2失效時(shí)，其建立過(guò)程類(lèi)似。

P1失效后，P2與P1處于聯(lián)鎖狀態(tài)，P2將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，在P1失效和P2啟動(dòng)之間有一個(gè)延遲，延遲時(shí)間在0~0.5 s之間。延遲期間，備用泵可能發(fā)生故障，該故障可能在備用期間就已經(jīng)發(fā)生了，也有可能在啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)生。如果P2在延遲期間發(fā)生故障，系統(tǒng)朝著失流方向發(fā)展。如果系統(tǒng)在整個(gè)任務(wù)時(shí)間Tm內(nèi)，P2都沒(méi)有失效，那么系統(tǒng)將正常運(yùn)行。因此，事件的發(fā)生時(shí)間必須小于Tm，否則事件將不會(huì)發(fā)生。任務(wù)時(shí)間實(shí)際上是系統(tǒng)的一個(gè)全局限制。如果停堆邏輯或者緊急停堆裝置失效，反應(yīng)堆將因無(wú)法緊急停堆而失控，在此期間，操縱員發(fā)現(xiàn)故障并實(shí)施手動(dòng)停堆所允許的最長(zhǎng)時(shí)間為tm。系統(tǒng)的ESD模型如圖2所示?？蓴U(kuò)展門(mén)第D、E、F與可擴(kuò)展門(mén)C情形類(lèi)似；可擴(kuò)展門(mén)H、I與G相類(lèi)似；可擴(kuò)展門(mén)K與J相類(lèi)似，本文不再給出。

圖2 失流事故的ESD模型

5 結(jié)論

ESD給出了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)獲得在系統(tǒng)建模中大量的復(fù)雜動(dòng)態(tài)現(xiàn)象。本文在現(xiàn)有的ESD框架的基礎(chǔ)上，完善并擴(kuò)展了圖形符號(hào)體系，運(yùn)用ESD方法對(duì)反應(yīng)堆失流事故進(jìn)行了分析，探討了失流事故的演變過(guò)程，建立了失流事故的ESD模型。與傳統(tǒng)的事件樹(shù)和故障樹(shù)方法相比，ESD分析給出了系統(tǒng)大量的動(dòng)態(tài)信息，圖形符號(hào)簡(jiǎn)單易懂，易于工程技術(shù)人員理解、掌握和應(yīng)用，更適合于大型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。同事件樹(shù)與故障樹(shù)一樣，實(shí)現(xiàn)ESD的定量分析能為確定論分析提供依據(jù)，因此，如何進(jìn)行可行且可信的ESD定量分析是未來(lái)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容和努力方向。

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Study of the Event Sequence Diagram for Reactor Dynamic Probabilistic Risk Assessment

Wen Hua1Liu Hong－yu1Xie Hai－yan2
1 The 91630 Troops of PLA，Guangzhou 510715，China 2 College of Naval Architecture and Power，Naval Univ.of Engineering，Wuhan 430033，China

The methodologies used for dynamic probabilistic risk assessment（DPRA）are highly academic and they are difficult to command，which restrict the practical application.The event sequence diagram （ESD）method is extended and perfected based on the Cassini mission PRA.And then ESD method is used for the reactor DPRA，in order to study the effects of dynamic factors on the systems and the accident progression and consequences.The loss－of－flow accident is taken for example to show the application of ESD to the reactor accident analysis.With enough dynamic information for the system，ESD analysis is easy for engineering to understand and command and is suitable for DPRA of large systems.

event sequence diagram；dynamic probabilistic risk assessment；dynamic characteristics

TL333

：A

：1673－3185（2009）01－60－04

2008－11－21

文 華（1980－），男，助理工程師。研究方向：裝備維修保養(yǎng)。E-mail：441055760＠qq.com