CN107957949B - 一种核电厂反应堆保护系统的测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电厂反应堆保护系统的测试方法，包括：根据核电厂事故发展阶段及每一阶段所触发的保护设备构建设备序列；每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态；在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线；随机选取一个变化曲线，并将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试。本发明还公开了一种核电厂反应堆保护系统的测试系统。本发明能够提高保护系统测试的充分性、完备性和真实性。

Description

一种核电厂反应堆保护系统的测试方法及系统

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电厂反应堆保护系统的测试方法及系统。

背景技术

核电厂反应堆保护系统是保证核电厂安全运行和防止放射性泄露等严重后果的重要系统，其根据电厂运行参数的变化情况产生与保护设备(或动作)有关的信号，通过驱动反应堆紧急停堆装置和一系列保护设备动作，保护设备投入作用于核电厂运行，缓解事故发展趋势，防止反应堆状态超过规定的安全极限或减轻超过安全极限所造成的损坏。因此，保护设备失效会给核电厂带来严重的事故后果。因此，核电厂反应堆保护系统软件的可靠性测试至关重要。

现有的保护系统测试一般选取正常或事故工况下的个别参数值，针对单个保护设备(或动作)的功能，且假设保护设备正常情况下进行测试，使得保护系统测试具有局限性，无法对核电厂真实运行状态进行模拟。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种核电厂反应堆保护系统的测试方法及系统，能够提高保护系统测试的充分性、完备性和真实性。

本发明就上述技术问题而提出的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种核电厂反应堆保护系统的测试方法，包括：

根据核电厂事故发展阶段及每一阶段所触发的保护设备构建设备序列；

每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态；

在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线；

随机选取一个变化曲线，并将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试。

进一步地，所述设备序列中具有N个保护设备，N≥2；

所述每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态，具体包括：

依次设置所述设备序列中的每个保护设备失效，依次设置所述设备序列中的任意两个保护设备同时失效，直到依次设置所述设备序列中的任意N-1个保护设备同时失效为止，以构建N-1个类别的设备失效状态。

进一步地，所述在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，具体包括：

在预先选定的事故场景中，分别获取每个类别中的每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，以获得N-1个类别的变化曲线。

进一步地，所述随机选取一个变化曲线，具体包括：

根据概率算法对变化曲线的类别进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个类别；

根据概率算法对所选取类别中的每个变化曲线进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个变化曲线。

进一步地，所述将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试，具体包括：

将所述变化曲线按时间进行离散取值，获得每个时刻的运行参数；

将所述每个时刻的运行参数输入至所述保护系统进行测试。

另一方面，本发明提供一种核电厂反应堆保护系统的测试系统，能够实现上述核电厂反应堆保护系统的测试方法，所述系统包括：

设备序列构建模块，用于根据核电厂事故发展阶段及每一阶段所触发的保护设备构建设备序列；

设备失效状态构建模块，用于每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态；

变化曲线获取模块，用于在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线；以及，

测试模块，用于随机选取一个变化曲线，并将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试。

进一步地，所述设备序列中具有N个保护设备，N≥2；

所述设备失效状态构建模块具体用于：

依次设置所述设备序列中的每个保护设备失效，依次设置所述设备序列中的任意两个保护设备同时失效，直到依次设置所述设备序列中的任意N-1个保护设备同时失效为止，以构建N-1个类别的设备失效状态。

进一步地，所述变化曲线获取模块具体用于：

在预先选定的事故场景中，分别获取每个类别中的每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，以获得N-1个类别的变化曲线。

进一步地，所述测试模块具体包括：

类别选取单元，用于根据概率算法对变化曲线的类别进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个类别；以及，

变化曲线选取单元，用于根据概率算法对所选取类别中的每个变化曲线进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个变化曲线。

进一步地，所述测试模块具体包括：

运行参数获取单元，用于将所述变化曲线按时间进行离散取值，获得每个时刻的运行参数；以及，

测试单元，用于将所述每个时刻的运行参数输入至所述保护系统进行测试。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

将核电厂反应堆保护系统结构抽象为设备序列，构建设备失效状态，以模拟和覆盖核电厂事故发生后各种设备失效状态下的运行参数变化曲线，构建核电厂事故下设备序列随机失效的测试场景，对反应堆保护系统进行测试，从而解决现有测试方法的局限性，有助于对核电厂真实运行状态的模拟，以增强保护系统测试的充分性、完备性和真实性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的核电厂反应堆保护系统的测试方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提供的核电厂反应堆保护系统的测试方法中构建设备序列的示意图；

图3是本发明实施例一提供的核电厂反应堆保护系统的测试方法中构建一类设备失效状态的示意图；

图4是本发明实施例一提供的核电厂反应堆保护系统的测试方法中构建另一类设备失效状态的示意图；

图5是本发明实施例一提供的核电厂反应堆保护系统的测试方法中构建设备失效剖面的示意图；

图6是本发明实施例二提供的核电厂反应堆保护系统的测试系统的结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的测试方法中测试参数非场景化、测试保护设备(或动作)非序列化以及未考虑设备失效状态等技术问题，本发明旨在提供一种核电厂反应堆保护系统的测试方法，其核心思想是：将核电厂反应堆保护系统结构抽象为设备序列，构建设备失效状态，以模拟和覆盖核电厂事故发生后各种设备失效状态下的运行参数变化曲线，构建核电厂事故下设备序列随机失效的测试场景，对反应堆保护系统进行测试，以提高测试质量，验证反应堆保护系统测试的可靠性，进而保证核电厂安全性。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种核电厂反应堆保护系统的测试方法，参见图1，该方法包括：

S1、根据核电厂事故发展阶段及每一阶段所触发的保护设备构建设备序列；

S2、每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态；

S3、在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线；

S4、随机选取一个变化曲线，并将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试。

需要说明的是，核电厂反应堆保护系统软件运行具备以下特点：

(1)控制保护设备序列特性。反应堆保护系统软件控制一系列保护设备依次启动共同完成保护动作；保护设备间具有序列特性，即根据事故曲线的发展趋势，在事故不同的严重程度阶段，反应堆保护系统软件控制相应的设备启动；前序列保护设备的启动若已缓解事故，则后序列设备不启动(经济性)，前序列保护设备失效，或不足以缓解当前事故，后序设备的及时投入是缓解事故后果的重要步骤(安全性)。

(2)输入参数曲线特性。反应堆保护系统软件通过接收核电厂运行的参数状态来判定当前事故的发展阶段，参数随核电厂运行呈曲线变化状态，不同设备的失效或有效投入，会使得核电厂运行参数呈现不同的变化曲线。

(3)设备失效剖面特性。保护设备序列中各设备及其组合发生失效具有概率分布特性。

因此，反应堆保护系统的测试设计应模拟反应堆保护系统软件控制设备的序列特性和反应堆保护系统设备失效剖面场景。

在本实施例中，先将核电厂反应堆保护系统(RPS)结构抽象为设备序列，如图2所示，假设核电厂事故发展趋势从轻微到严重分为阶段1、阶段2、…、阶段n，每一阶段触发的保护设备对应为保护设备1、设备2、…、设备n。在各阶段由保护系统控制保护设备依次触发投入，并影响核电厂运行参数的变化。进而，选取所需测试的事故场景原型，该原型在核电厂工况模拟机中已内置数学模型，并构建设备失效状态。根据构建的设备失效状态，将核电厂工况模拟机中对应保护设备进行强制失效设置。在模拟机中运行已选定的事故场景，得到在特定设备失效情况下核电厂运行参数的变化曲线。进而，构建设备失效剖面，呈现设备失效概率及分布，以便随机选择一个变化曲线对保护系统进行测试。

进一步地，所述设备序列中具有N个保护设备，N≥2；

所述每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态，具体包括：

依次设置所述设备序列中的每个保护设备失效，依次设置所述设备序列中的任意两个保护设备同时失效，直到依次设置所述设备序列中的任意N-1个保护设备同时失效为止，以构建N-1个类别的设备失效状态。

需要说明的是，构建1个保护设备失效的设备失效状态，即在已选定的事故场景下，在工况模拟机中将设备序列中的单个保护设备设置为失效，其他保护设备正常投入。如图3所示，在设备序列中，依次使得保护设备1、保护设备2、…、保护设备n失效，以获取相应的设备失效状态。构建两个保护设备同时失效的设备失效状态，即在已选定的事故场景下，将设备序列中的2个保护设备设置为失效，其他保护设备正常投入。如图4所示，在设备序列中，依次使得保护设备1和保护设备2、保护设备2和保护设备3、…、保护设备n-2和保护设备n-1失效。同理，构建3、4、…、N-1个保护设备同时失效的设备失效状态。通过构建不同的设备失效状态，以便涵盖所有的保护设备失效情况。

进一步地，所述在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，具体包括：

在预先选定的事故场景中，分别获取每个类别中的每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，以获得N-1个类别的变化曲线。

需要说明的是，将设备失效状态按照失效的保护设备的个数进行划分，具有相同失效个数的设备失效状态分为一类，进而每类设备失效状态对应的变化曲线为一类，即获得N-1个类别的变化曲线。例如，构建1个设备失效曲线，如图3所示，依次使得保护设备1、保护设备2、…、保护设备n失效，获得单个保护设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线1-1、1-2、…、1-n；构建2个设备失效，如图4所示，依次使得保护设备1和保护设备2、保护设备2和保护设备3、…、保护设备n-2和保护设备n-1失效，获得2个保护设备同时失效状态下的核电厂运行参数变化曲线2-1、…、2-i；构建3、4、…、N-1个设备失效曲线，即相应获得3、4、…、N-1个保护设备同时失效状态下的核电厂运行参数变化曲线。

进一步地，所述随机选取一个变化曲线，具体包括：

根据概率算法对变化曲线的类别进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个类别；

根据概率算法对所选取类别中的每个变化曲线进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个变化曲线。

需要说明的是，概率算法实现对待选项的发生进行分配，并根据分配的概率随机选择待选项。例如，待选项1、2、…、n分别被分配发生概率为a％、b％、...、n％，并以该概率随机被选择。

在一个实施方式中，将每个类别的变化曲线作为待选项，即将1个保护设备失效的变化曲线、2个保护设备失效的变化曲线、…、N-1个保护设备的变化曲线作为待选项，通过概率算法对变化曲线类别进行概率分配和随机选择，代表特定数量保护设备失效情况的发生。根据特定数量失效的保护设备中不同保护设备组合的概率，将每一类变化曲线包含的多条变化曲线作为待选项，再次通过概率算法对变化曲线进行选择，代表具体设备或设备组合失效情况的发生。

在另一个实施方式中，分别对每个类别中包含的多条变化曲线作为待选项，通过概率算法对每个类别中的变化曲线进行选择，分别从每个类别中选取一个曲线，再将每个类别作为待选项，通过概率算法对变化曲线类别进行概率分配和随机选择，以选取一个待测试的变化曲线。如图5所示，第一类别的变化曲线包括曲线1-1、1-2、…、1-n，通过概率算法随机选择一个曲线，记为1个设备失效曲线；第二类别的变化曲线包括2-1、2-2、…、2-i，通过概率算法随机选择一个曲线，记为2个设备失效曲线；同理，对其他类别的变化曲线进行随机选择。进而，对每个类别选取的曲线再次根据概率算法进行随机选择，并将最终选择的曲线进行测试输入，以输入到反应堆保护系统RPS进行测试。

进一步地，所述将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试，具体包括：

将所述变化曲线按时间进行离散取值，获得每个时刻的运行参数；

将所述每个时刻的运行参数输入至所述保护系统进行测试。

需要说明的是，将选取的变化曲线按时间进行离散取值，将每个时刻的参数值作为测试输入注入到保护系统，以每个时刻的保护设备响应作为预期输出，即模拟了特定保护设备失效的测试场景，实现保护系统的测试。

本发明实施例将核电厂反应堆保护系统结构抽象为设备序列，构建设备失效状态，以模拟和覆盖核电厂事故发生后各种设备失效状态下的运行参数变化曲线，构建核电厂事故下设备序列随机失效的测试场景，对反应堆保护系统进行测试，从而解决现有测试方法的局限性，有助于对核电厂真实运行状态的模拟，以增强保护系统测试的充分性、完备性和真实性。

实施例二

本发明实施例提供了一种核电厂反应堆保护系统的测试系统，能够实现上述核电厂反应堆保护系统的测试方法，参见图6，所述核电厂反应堆保护系统的测试系统包括：

设备序列构建模块1，用于根据核电厂事故发展阶段及每一阶段所触发的保护设备构建设备序列；

设备失效状态构建模块2，用于每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态；

变化曲线获取模块3，用于在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线；以及，

测试模块4，用于随机选取一个变化曲线，并将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试。

进一步地，所述设备序列中具有N个保护设备，N≥2；

所述设备失效状态构建模块具体用于：

依次设置所述设备序列中的每个保护设备失效，依次设置所述设备序列中的任意两个保护设备同时失效，直到依次设置所述设备序列中的任意N-1个保护设备同时失效为止，以构建N-1个类别的设备失效状态。

进一步地，所述变化曲线获取模块具体用于：

在预先选定的事故场景中，分别获取每个类别中的每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，以获得N-1个类别的变化曲线。

进一步地，所述测试模块具体包括：

类别选取单元，用于根据概率算法对变化曲线的类别进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个类别；以及，

变化曲线选取单元，用于根据概率算法对所选取类别中的每个变化曲线进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个变化曲线。

进一步地，所述测试模块具体包括：

运行参数获取单元，用于将所述变化曲线按时间进行离散取值，获得每个时刻的运行参数；以及，

测试单元，用于将所述每个时刻的运行参数输入至所述保护系统进行测试。

本发明实施例将核电厂反应堆保护系统结构抽象为设备序列，构建设备失效状态，以模拟和覆盖核电厂事故发生后各种设备失效状态下的运行参数变化曲线，构建核电厂事故下设备序列随机失效的测试场景，对反应堆保护系统进行测试，从而解决现有测试方法的局限性，有助于对核电厂真实运行状态的模拟，以增强保护系统测试的充分性、完备性和真实性。

综上所述，本发明提出了一种核电厂反应堆保护系统的测试方法及系统，其具有较好的实用效果：通过对核电厂运行参数变化曲线及其预期输出的时间离散制作测试用例，构建了具有保护设备失效效果的核电厂事故运行参数变化曲线，实现对核电厂事故场景下参数状态模拟和对参数范围的覆盖；通过两层概率算法选择，构建核电厂事故下保护设备失效的测试场景，并使得各保护设备失效的场景以一定概率随机发生，形成失效剖面，实现了对核电厂设备以一定概率失效的场景模拟进行测试；从设备失效的测试场景充分发掘软件可靠性问题，为核电厂软件系统及其他同类具备设备失效剖面特性的系统的功能测试、可靠性评估提供技术支撑，适用于核电厂反应堆保护系统和其他同类具有设备序列特性及失效剖面特性的系统测试，适用于核电厂反应堆保护系统及其他同类具有场景曲线特性的系统。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种核电厂反应堆保护系统的测试方法，其特征在于，包括：

根据核电厂事故发展阶段及每一阶段所触发的保护设备构建设备序列；

每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态；

在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线；

随机选取一个变化曲线，并将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试，具体包括：将所述变化曲线按时间进行离散取值，获得每个时刻的运行参数；将所述每个时刻的运行参数输入至所述保护系统进行测试。

2.如权利要求1所述的核电厂反应堆保护系统的测试方法，其特征在于，所述设备序列中具有N个保护设备，N≥2；

所述每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态，具体包括：

依次设置所述设备序列中的每个保护设备失效，依次设置所述设备序列中的任意两个保护设备同时失效，直到依次设置所述设备序列中的任意N-1个保护设备同时失效为止，以构建N-1个类别的设备失效状态。

3.如权利要求2所述的核电厂反应堆保护系统的测试方法，其特征在于，所述在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，具体包括：

在预先选定的事故场景中，分别获取每个类别中的每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，以获得N-1个类别的变化曲线。

4.如权利要求3所述的核电厂反应堆保护系统的测试方法，其特征在于，所述随机选取一个变化曲线，具体包括：

根据概率算法对变化曲线的类别进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个类别；

根据概率算法对所选取类别中的每个变化曲线进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个变化曲线。

5.一种核电厂反应堆保护系统的测试系统，其特征在于，包括：

设备序列构建模块，用于根据核电厂事故发展阶段及每一阶段所触发的保护设备构建设备序列；

设备失效状态构建模块，用于每设置所述设备序列中的至少一个保护设备失效，则构建一个设备失效状态；

变化曲线获取模块，用于在预先选定的事故场景中，分别获取每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线；以及，

测试模块，用于随机选取一个变化曲线，并将所述变化曲线对应的运行参数输入至保护系统进行测试；

所述测试模块具体包括：

运行参数获取单元，用于将所述变化曲线按时间进行离散取值，获得每个时刻的运行参数；以及，

测试单元，用于将所述每个时刻的运行参数输入至所述保护系统进行测试。

6.如权利要求5所述的核电厂反应堆保护系统的测试系统，其特征在于，所述设备序列中具有N个保护设备，N≥2；

所述设备失效状态构建模块具体用于：

依次设置所述设备序列中的每个保护设备失效，依次设置所述设备序列中的任意两个保护设备同时失效，直到依次设置所述设备序列中的任意N-1个保护设备同时失效为止，以构建N-1个类别的设备失效状态。

7.如权利要求6所述的核电厂反应堆保护系统的测试系统，其特征在于，所述变化曲线获取模块具体用于：

在预先选定的事故场景中，分别获取每个类别中的每个设备失效状态下的核电厂运行参数变化曲线，以获得N-1个类别的变化曲线。

8.如权利要求7所述的核电厂反应堆保护系统的测试系统，其特征在于，所述测试模块具体包括：

类别选取单元，用于根据概率算法对变化曲线的类别进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个类别；以及，

变化曲线选取单元，用于根据概率算法对所选取类别中的每个变化曲线进行概率分配，并根据分配的概率随机选取一个变化曲线。

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