CN104933637A - 核电厂地震下继电器震颤的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂地震下继电器震颤的评估方法，包括：S1、将继电器进行分类，针对每类继电器，分别执行步骤S2；S2、对当前类别的继电器中的各个具体的继电器的震颤可接受性进行判断，对于震颤后果不可接受的继电器继续执行步骤S3；S3、计算该继电器的地震需求能力，基于该继电器的GERS/特定抗震数据以及计算得到的地震需求能力，判断该继电器的抗震能力是否符合要求。本发明通过对继电器进行分类可以节省分析时间，利于评估的开展，并且筛选出震颤后果不可接受的继电器计算其地震需求能力，从而判断该继电器的抗震能力是否符合要求，此方法可快速且正确的分析出在地震时可能造成严重影响的继电器的抗震能力，也便于后续的继电器震颤后恢复。

Description

核电厂地震下继电器震颤的评估方法

技术领域

本发明涉及核电安全技术领域，尤其涉及一种核电厂地震下继电器震颤的评估方法。

背景技术

核电厂概率风险评估技术从上个世纪70年代开始发展至今，主要集中在功率运行工况、停堆工况以及内部事件如内部火灾、内部水淹风险的研究。福岛核事故之后，地震等外部灾害对核电站的影响引起了越来越多的国家监管机构和科研组织的重视，国内外许多核电厂已经或正在开展核电站地震风险评价。目前国内外采用的地震风险评价方法分为抗震裕度评价和地震概率安全分析(SPSA)。在这两种评价方法中，继电器震颤都是分析的一个重要环节。

继电器分析囊括所有带有触点且在地震可能导致其触点状态发生改变的设备，包括辅助继电器、保护继电器、接触器、各类开关和开关量仪表。继电器震颤指的是地震可能引起继电器触点的振动，导致原本触点开/合状态的改变，其持续时间超过2ms以上，进而对外发出错误信号。该错误信号可能导致设备的拒动或者误动，因而可能影响核电站安全，所以需要对执行核安全功能的继电器进行分析，以便对抗震性能差的继电器进行更换或者从设计上、规程上进行完善，保证反应堆安全。但是，目前对于国内核电厂中的继电器震颤评估方面并没有合适的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电厂地震下继电器震颤的评估方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电厂地震下继电器震颤的评估方法，所述方法包括：

S1、将继电器进行分类，针对每类继电器，分别执行步骤S2；

S2、对当前类别的继电器中的各个具体的继电器的震颤可接受性进行判断，对于震颤后果不可接受的继电器继续执行步骤S3；

S3、计算该继电器的地震需求能力，基于该继电器的GERS/特定抗震数据以及计算得到的地震需求能力，判断该继电器的抗震能力是否符合要求；

S4、对于抗震能力不符合要求的继电器，执行震颤后恢复。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，所述步骤S3包括：

S31、判断当前继电器的安装高度是否高于地面预设高度；

S32、在当前继电器的安装高度不高于地面预设高度，或者高于地面预设高度且当前继电器属于低抗震能力的继电器时，基于该继电器的楼层响应谱确定有效响应谱；

S33、基于安装当前继电器的配电柜类型确定放大系数，并基于有效响应谱和放大系数计算该继电器的地震需求能力；

S34、如果地震需求能力小于所述GERS/特定抗震数据，则判断该继电器的抗震能力符合要求，否则，判断该继电器的抗震能力不符合要求。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，有效响应谱等于楼层响应谱，所述步骤S33中基于以下公式(1)计算地震需求能力：

SD＝ERS×AMP  (1)

其中，ERS代表为有效响应谱的峰值，单位为m/s²；SD代表地震需求能力，单位为m/s²；AMP代表放大系数。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，有效响应谱包括水平向有效响应谱和竖直向有效响应谱，所述步骤S33中，对于水平向有效响应谱、竖直向有效响应谱分别基于公式(1)计算水平向地震需求能力、竖直向地震需求能力：再基于以下公式(2)计算地震需求能力：

其中，ERS_水平、ERS_竖直分别为水平向有效响应谱和竖直向有效响应谱的峰值；SD、SD_水平、SD_竖直分别代表地震需求能力、水平向地震需求能力、竖直向地震需求能力；F₁表示校正系数。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，所述步骤S33中基于安装当前继电器的配电柜类型确定放大系数包括：

如果配电柜类型为电机控制中心，则放大系数为3；如果配电柜类型为控制柜和控制盘，则放大系数为4.5；如果配电柜类型为大型配电柜，则放大系数为7。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，在所述步骤S32中，在当前继电器的安装高度高于地面预设高度且当前继电器属于低抗震能力的继电器时，如果当前继电器的配电柜的固有频率高于预设频率，还可基于该继电器的地面响应谱确定有效响应谱。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，所述预设频率为8Hz,所述地面预设高度为40英尺。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，所述步骤S32中基于地面响应谱确定有效响应谱为有效响应谱等于地面响应谱乘以转换系数。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，所述低抗震能力的继电器是指该继电器的GERS小于8g，其中g表示峰值加速度。

在本发明所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法中，所述步骤S1包括：

S11：确定地震设备清单；

S12、基于确定的地震设备清单确定继电器清单；

S13、根据继电器二次侧控制回路的特点对继电器清单中的继电器进行分类。

实施本发明的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，具有以下有益效果：本发明的评估方法，通过对继电器进行分类可以节省分析时间，利于评估的开展，并且筛选出震颤后果不可接受的继电器计算其地震需求能力，从而基于该继电器的GERS/特定抗震数据以及计算得到的地震需求能力，判断该继电器的抗震能力是否符合要求，此方法可快速且正确的分析出在地震时可能造成严重影响的继电器的抗震能力，也便于后续的继电器震颤后恢复。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明核电厂地震下继电器震颤的评估方法的流程图；

图2是图1中步骤S3的流程图；

图3a是0m水平向楼层响应谱的图形示意图；

图3b是0m水平向楼层响应谱的表格示意图；

图4a是0m竖直向楼层响应谱的图形示意图；

图4b是0m竖直向楼层响应谱的表格示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明在进行核电站继电器震颤分析开展之前，需确定相关的电厂材料包括电气接线图、逻辑控制图、电厂所做的一些电气设备抗震实验资料、内部事件一级PSA模型和报告等。

参考图1，是本发明核电厂地震下继电器震颤的评估方法的流程图；

本发明的核电厂地震下继电器震颤的评估方法包括以下3个主要步骤：

S1、将继电器进行分类，针对每类继电器，分别执行步骤S2；

S2、对当前类别的继电器中的各个具体的继电器的震颤可接受性进行判断，对于震颤后果不可接受的继电器继续执行步骤S3；

S3、计算该继电器的地震需求能力，基于该继电器的GERS/特定抗震数据以及计算得到的地震需求能力，判断该继电器的抗震能力是否符合要求；

S4、对于抗震能力不符合要求的继电器，执行震颤后恢复。

关于步骤S1，具体包括：

S11：确定地震设备清单SEL；

该步骤主要是识别所有安全停堆地震设备清单和误动作可能会造成严重后果的不可接受的系统，这个过程等同于SPSA或地震裕度分析(SMA)分析的地震设备清单(SEL)确定过程。这个清单SEL包括为所有地震诱发的始发事件提供保护功能所必须的系统和设备、以及安置它们的建筑。清单应包括缓解地震导致的火灾和水淹，以及防止安全壳在地震中早期失效的所有部件。如果对某些非安全系统在安全停堆过程之中用到，这些设备也应放在设备清单中。

S12、基于确定的地震设备清单SEL确定继电器清单；

SEL中的系统和设备，分为能动和非能动两种类型，对于能动设备，根据电气二次侧控制回路图等资料，确定这些系统和设备的继电器清单。

S13、对继电器清单中的继电器进行分类。

根据核电厂的不同系统类以及各种继电器二次侧控制回路的特点，对继电器清单进行分类，然后对同一类的继电器分别进行抗震分析，可以节省分析时间，利于工作的开展。在分类后，为保证分析的完整性，一方面查看继电器清单按此中分类是否有缺失，如有缺失，则对SEL进行补充；另一方面查看按照当前的分类方法是否涵盖了整个所分析电厂的SEL，如有缺失，则重新调整分类方法，以使分类后涵盖整个所分析电厂的SEL。在得到各分类的继电器清单后，确定所需要的继电器相关的电气接线图、逻辑图、模拟图等。

关于步骤S2：

该步骤主要是分析各类继电器控制回路中，其震颤对控制回路的正常工作是否有重要影响，电路/继电器故障可接受，具体包括：如果在控制回路中，从后果的角度分析，某一继电器震颤对回路没有重要影响，或者继电器在地震后可以自动复位，不影响继电器对应开关设备的重新分合闸操作，则其震颤可以接受。如果分析的继电器震颤后果不可接受，记录需进入步骤S3，进一步分析的继电器种类、位置、计算地震需求；如果分析的继电器震颤后果可以接受，记录可接受继电器的原因、种类、位置、分析的相关图纸编号(不包括需要复位的继电器)。

另外，优选的，对于震颤后果不可接受的继电器，还可以先识别和筛选出抗震能力强的继电器和开关，如固体继电器和机械驱动开关，这些抗震能力强的继电器和开关可以不必进入步骤S3进行抗震能力验证。

关于步骤S3、S4：

整理需要继续分析所需要的GERS或特定抗震数据，然后参考图2，所述步骤S3中计算该继电器的地震需求能力包括：

S31、判断当前继电器的安装高度是否高于地面预设高度；具体的，所述地面预设高度为40英尺，即12.2m。

S32、在当前继电器的安装高度不高于地面预设高度，或者高于地面预设高度且当前继电器属于低抗震能力的继电器时，基于该继电器的楼层响应谱确定有效响应谱；其中，所述低抗震能力的继电器是指该继电器的GERS小于8g，其中g表示峰值加速度。其中，有效响应谱等于楼层响应谱，楼层响应谱为频率与加速度的函数关系。

S33、基于安装当前继电器的配电柜类型确定放大系数，并基于有效响应谱和放大系数计算该继电器的地震需求能力，参考以下公式(1)计算地震需求能力：

SD＝ERS×AMP  (1)

其中，ERS代表为有效响应谱的峰值，单位为m/s²；SD代表地震需求能力，单位为m/s²；AMP代表放大系数。

在具体实施例中，楼层响应谱可以包括几个方向响应谱，例如一般楼层响应谱包括水平向楼层响应谱和竖直向楼层响应谱，因此，相应的，有效响应谱包括与水平向楼层响应谱相等的水平向有效响应谱和与竖直向楼层响应谱相等的竖直向有效响应谱。则此时所述步骤S33中，对于水平向有效响应谱、竖直向有效响应谱分别基于公式(1)计算水平向地震需求能力、竖直向地震需求能力：然后再基于以下公式(2)计算地震需求能力：

其中，ERS_水平、ERS_竖直分别为水平向有效响应谱和竖直向有效响应谱的峰值；SD、SD_水平、SD_竖直分别代表地震需求能力、水平向地震需求能力、竖直向地震需求能力；F₁表示校正系数，取1.1。

其中，所述步骤S33中基于安装当前继电器的配电柜类型确定放大系数包括：如果配电柜类型为电机控制中心(MCC)，则放大系数为3；如果配电柜类型为控制柜和控制盘，则放大系数为4.5；如果配电柜类型为大型配电柜，则放大系数为7。

S34、如果地震需求能力小于所述GERS/特定抗震数据，则判断该继电器的抗震能力符合要求，否则如果SD＜GERS，则判断该继电器的抗震能力符合要求。

对于符合要求的继电器，可记录抗震继电器的原因、种类、位置、分析相关的GERS和特定抗震数据。而对于不符合要求的继电器，则记录需进一步分析的继电器种类、位置、计算地震需求，分析得到的继电器所对应的系统是否可以在主控室或就地控制柜复位。如果分析的系统或设备不能复位，则记录不符合抗震要求的继电器名称，提交电厂管理层，采取更换或修改电路设计图等其他纠正措施，或者，则也可采用其他确定性抗震能力分析方法如在振动平台做振动测试实验，并记录分析结果。如果分析的系统或设备可以复位，则准备复位的理由和程序，分析被恢复的系统或设备数量是否可接受。如果地震后被恢复的设备数量太多，则操作员难以完成任务，从情景分析角度认为继电器震颤所影响的系统功能失效。如果被恢复的设备数量太多，则尝试是否能够在保证完成系统功能的前提下减少需要恢复的设备数量。如果不能，则认为继电器震颤所影响的系统功能失效。如果被恢复的设备数量可接受，能够在规定的任务时间内完成复位操作，则完成可复位继电器的记录，包括继电器名称、位置、复位的程序和理由。

另外，在所述步骤S32中，在当前继电器的安装高度高于地面预设高度且当前继电器属于低抗震能力的继电器时，如果当前继电器的配电柜的固有频率高于预设频率(一般预设频率为8Hz)，除了利用楼层响应谱计算有效响应谱的方法外，还可基于该继电器的地面响应谱确定有效响应谱。地面响应谱一般设备厂商会直接提供。具体的，基于地面响应谱确定有效响应谱为有效响应谱等于地面响应谱乘以转换系数，例如，通常转换系数为1.5*1.5。

下面以一个具体的例子进行实例说明：

假如通过步骤S1整理得到各分类继电器设备清单：柴油机控制系统中有继电器设备包括LHP902AR、LHP903AR、LHP904AR、LHP906AR、LHP907AR、LHP908AR、LHP909AR、LHP911AR、LHP910AR、LHP420AR、LHP421AR、LLG配电柜、LEG配电柜。

步骤S2中通过对控制回路的继电器震颤可接受性分析，对于震颤后果不可接受的继电器只有保护柜LHP910AR中F12、F13、F14型继电器，同时记录其他的可接受继电器的原因、种类、位置、分析的相关图纸编号；

再执行步骤S3，判断该继电器的抗震能力是否符合要求。对保护柜LHP910AR中F12、F13、F14型继电器，整理分析需要的GERS或特定抗震数据，得到特定抗震数据如下表1所示。

表1

计算保护柜LHP910AR中F12、F13、F14型继电器的地震需求能力，LHP910AR位于柴油机厂房D202，即安装高度0m，尺寸为900mm*600mm*2200mm,自然频率f_0x＝11.3HZ,f_0y＝11.8HZ,f_0z>30HZ,根据柴油机厂输入地震强度为1/2SSE时,DX的0m处楼层响应谱参考图3a-4b，图3a是0m水平向楼层响应谱的图形示意图；图3b是0m水平向楼层响应谱的表格示意图；图4a是0m竖直向楼层响应谱的图形示意图；图4b是0m竖直向楼层响应谱的表格示意图。

根据步骤S31，继电器的安装高度低于地面预设高度，所以基于该继电器的楼层响应谱确定有效响应谱；根据步骤S33，配电柜类型属于控制柜和控制盘，因此确定放大系数为4.5；然后基于公式计算地震需求能力：

(1)水平向有效响应谱等于水平向楼层响应谱，因此ERS_水平可基于图3a或者图3b确定。水平向，5％阻尼时,基于图3a或图3b，ERS_水平取5.75～10HZ间的峰值加速度0.405g，

(2)竖直向有效响应谱等于竖直向楼层响应谱，因此ERS_竖直可基于图3a或者图3b确定。竖直向，5％阻尼时,基于图4a或图4b，ERS_竖直取2.30～15.4HZ间的峰值加速度0.225g，

保守计算SSE地震强度时，SD＝2×23.1m/s²＝46.2m/s²。

(4)通过计算MFR11型继电器地震需求与其特定抗震数据进行对比，在安全停堆地震SSE时，保守计算得到的此类继电器地震需求小于46.2m/s2，小于测试得到的继电器最大抗震能力60m/s2，因此，此核电站柴油机系统LHP910AR控制柜中F12、F13、F14继电器抗震性能满足要求SSE地震时抗震的要求。由于F12、F13、F14型继电器抗震能力足够，记录抗震继电器的原因、种类、位置、分析的相关特定抗震数据，结束此类继电器震颤分析。

综上所述，实施本发明的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，具有以下有益效果：本发明的评估方法，通过对继电器进行分类可以节省分析时间，利于评估的开展，并且筛选出震颤后果不可接受的继电器计算其地震需求能力，从而基于该继电器的GERS/特定抗震数据以及计算得到的地震需求能力，判断该继电器的抗震能力是否符合要求，此方法可快速且正确的分析出在地震时可能造成严重影响的继电器的抗震能力，也便于后续的继电器震颤后恢复。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、将继电器进行分类，针对每类继电器，分别执行步骤S2；

S2、对当前类别的继电器中的各个具体的继电器的震颤可接受性进行判断，对于震颤后果可接受的继电器判断该继电器的抗震能力符合要求，对于震颤后果不可接受的继电器继续执行步骤S3；

S3、计算该继电器的地震需求能力，基于该继电器的GERS/特定抗震数据以及计算得到的地震需求能力，判断该继电器的抗震能力是否符合要求；

S4、对于抗震能力不符合要求的继电器，执行震颤后恢复。

2.根据权利要求1所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31、判断当前继电器的安装高度是否高于地面预设高度；

S32、在当前继电器的安装高度不高于地面预设高度，或者高于地面预设高度且当前继电器属于低抗震能力的继电器时，基于该继电器的楼层响应谱确定有效响应谱；

S33、基于安装当前继电器的配电柜类型确定放大系数，并基于有效响应谱和放大系数计算该继电器的地震需求能力；

S34、如果地震需求能力小于所述GERS/特定抗震数据，则判断该继电器的抗震能力符合要求，如果地震需求能力大于等于所述GERS/特定抗震数据，判断该继电器的抗震能力不符合要求。

3.根据权利要求2所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，有效响应谱等于楼层响应谱，所述步骤S33中基于以下公式(1)计算地震需求能力：

SD＝ERS×AMP   (1)

其中，ERS代表为有效响应谱的峰值，单位为m/s²；SD代表地震需求能力，单位为m/s²；AMP代表放大系数。

4.根据权利要求3所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，有效响应谱包括水平向有效响应谱和竖直向有效响应谱，所述步骤S33中，对于水平向有效响应谱、竖直向有效响应谱分别基于公式(1)计算水平向地震需求能力、竖直向地震需求能力： 再基于以下公式(2)计算地震需求能力：

其中，ERS_水平、ERS_竖直分别为水平向有效响应谱和竖直向有效响应谱的峰值；SD、SD_水平、SD_竖直分别代表地震需求能力、水平向地震需求能力、竖直向地震需求能力；F₁表示校正系数。

5.根据权利要求2所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，所述步骤S33中基于安装当前继电器的配电柜类型确定放大系数包括：

如果配电柜类型为电机控制中心，则放大系数为3；如果配电柜类型为控制柜和控制盘，则放大系数为4.5；如果配电柜类型为大型配电柜，则放大系数为7。

6.根据权利要求2所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，在所述步骤S32中，在当前继电器的安装高度高于地面预设高度且当前继电器属于低抗震能力的继电器时，如果当前继电器的配电柜的固有频率高于预设频率，还可基于该继电器的地面响应谱确定有效响应谱。

7.根据权利要求6所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，所述预设频率为8Hz,所述地面预设高度为40英尺。

8.根据权利要求6所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，所述步骤S32中基于地面响应谱确定有效响应谱为有效响应谱等于地面响应谱乘以转换系数。

9.根据权利要求2所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，所述低抗震能力的继电器是指该继电器的GERS小于8g，其中g表示峰值加速度。

10.根据权利要求1所述的核电厂地震下继电器震颤的评估方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

S11：确定地震设备清单；

S12、基于确定的地震设备清单确定继电器清单；

S13、根据继电器二次侧控制回路的特点对继电器清单中的继电器进行分类。