CN109934027B - 一种核电厂火灾后果模拟方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核电厂火灾后果模拟方法以及系统，所述火灾后果模拟方法包括：识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，并生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据；选择需要模拟的所述火灾工况场景，激活其对应的所述设备失效数据；将所述设备失效数据发送至全范围模拟机，所述全范围模拟机依据所述设备失效数据对火灾后果进行模拟。本发明提供的核电厂火灾后果模拟方法以及系统针对火灾工况的特殊性，从火灾荷载分析出发确定火灾后设备失效数据，用于在全范围模拟机上能够接近真实地模拟火灾工况，从而相对真实地反映火灾进程对机组运行的动态影响，具有良好的技术效果。

Description

一种核电厂火灾后果模拟方法以及系统

技术领域

本发明涉及核电安全技术领域，具体涉及一种核电厂火灾后果模拟方法以及系统。

背景技术

火灾是核电厂必须考虑的外部灾害之一，核电厂的防火设计不仅要考虑降低火灾发生的可能性，而且也要减轻火灾发生造成的后果，最终目标是要确保核电厂内任何区域发生火灾时都能将机组后撤并维持在安全状态。目前核电厂一般通过划分防火分区将执行同一安全功能的冗余设备分隔布置，并辅以防火门、排烟阀等消防设施限制某一区域发生火灾的后果，防止火灾影响扩展到相邻防火分区。在防火分区的基础上，考虑到火灾本身的破坏特性，火灾可能破坏设备本身或其控制电缆和供电电缆，或直接破坏数字化仪控系统机柜，这对机组运行产生重要影响的同时，也严重干扰操纵员对机组状态的正确诊断，需要制定一系列行动要求，在火灾情形下引导操纵员将机组后撤至安全状态，这些行动要求在实际实现时以火灾事故规程的形式体现。

核电厂全范围模拟机为核电厂进行操纵员培训的必备工具，用于培训操纵员在正常运行工况下控制机组，在事故工况下执行事故运行规程将机组后撤到安全停堆状态。全范围模拟机不仅可以模拟机组的正常启动、停运过程，也可以模拟典型的热工水力事故工况，如一回路失水事故，主蒸汽管道断裂事故等，对故障工况也可以进行有效模拟，典型的如失电故障工况。

当前，全范围模拟机对火灾工况的模拟参考了失电故障工况模拟的思路，其假设在火灾发生时刻该防火分区范围的所有受影响设备立即失效，并赋予受影响设备明确的物理状态(如火灾发生后即停运等)。然而，火灾工况与失电等故障工况存在显著差别：(1)对失电故障工况，设备在失电后将处于可预知的明确状态(如，泵在失去动力电源后将停运，一些电磁阀在失去控制电源后自动关闭)，因此，在模拟机中较易实现失电工况的模拟。而对于火灾工况，考虑到火灾的破坏特性，火灾将可能直接破坏相关测量或控制电缆、数字化仪控系统机柜或设备本身，对不同的破坏情形，其后果也不尽相同，因此，火灾工况下设备的行为往往是不可预知的，这对目前模拟机模拟火灾工况带来了挑战；(2)考虑到火灾的持续和蔓延特性，火灾的影响范围是逐步扩大的，受影响设备数量也是逐渐增长的，当前的模拟机也无法模拟火灾进程不同阶段对机组运行的动态影响。基于前述原因，当前采用的火灾工况模拟方法是失真的，并不能真实地反映火灾工况下核电机组的行为。

因此，有必要开发出一种火灾后果模拟系统，能够有效的模拟火灾后果。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的问题，提供了一种核电厂火灾后果模拟方法以及系统,与全范围模拟机配合使用，能够有效的模拟核电厂火灾对机组运行的影响。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：一方面,提供一种核电厂火灾后果模拟方法，包括：

识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，并生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据；

选择需要模拟的所述火灾工况场景，激活其对应的所述设备失效数据；

将所述设备失效数据发送至全范围模拟机，所述全范围模拟机依据所述设备失效数据对火灾后果进行模拟。

可选的,所述生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据，具体包括：

对每一所述火灾工况场景进行火灾载荷分析，确定火灾蔓延和发展进程中不同火灾阶段的受影响设备；

依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的失效时间和失效后果，并将受影响设备及其对应的失效时间和失效后果作为所述设备失效数据进行存储。

可选的,所述识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，具体包括：

识别受火灾影响的防火分区，并分析确定所述防火分区内的火灾荷载；

依据所述火灾荷载对机组运行的影响程度，建立与每一所述火灾荷载对应的火灾工况场景。

可选的,所述依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的设备失效时间和设备失效后果，具体包括：

依据设备分类类型确定火灾发生后的设备失效时间段，并通过随机函数在所述设备失效时间段内确定设备失效时间；

依据设备分类类型确定火灾发生后设备所处的状态，并依据设备所处的状态确定设备失效后果；若设备所处的状态不确定，则依据设备失效对机组运行的影响确定设备失效后果。

可选的,所述设备分类类型包括机械设备、电气设备、仪表信息、报警信号、专设信号和保护信号。

另一方面,提供一种核电厂火灾后果模拟系统，包括：

数据卡，用于识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，并生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据；

人机接口，用于选择需要模拟的所述火灾工况场景，激活其对应的所述设备失效数据；

通讯模块，用于将所述设备失效数据发送至全范围模拟机，所述全范围模拟机依据所述设备失效数据对火灾后果进行模拟。

可选的,所述数据卡包括：

数据分析模块，用于对每一所述火灾工况场景进行火灾载荷分析，确定火灾蔓延和发展进程中不同火灾阶段的受影响设备；

数据生成模块，用于依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的失效时间和失效后果，并将受影响设备及其对应的失效时间和失效后果作为所述设备失效数据进行存储。

可选的,所述数据卡还包括：

第一设置模块，用于识别受火灾影响的防火分区，并分析确定所述防火分区内的火灾荷载；

第二设置模块，用于依据所述火灾荷载对机组运行的影响程度，建立与每一所述火灾荷载对应的火灾工况场景。

可选的,所述数据生成模块包括：

失效时间生成单元，用于依据设备分类类型确定火灾发生后的设备失效时间段，并通过随机函数在所述设备失效时间段内确定设备失效时间；

失效后果生成单元，用于依据设备分类类型确定火灾发生后设备所处的状态，并依据设备所处的状态确定设备失效后果；若设备所处的状态不确定，则依据设备失效对机组运行的影响确定设备失效后果。

可选的,所述设备分类类型包括机械设备、电气设备、仪表信息、报警信号、专设信号和保护信号。

实施本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:

针对火灾工况的特殊性，从火灾荷载分析出发确定火灾后设备失效数据，用于在全范围模拟机上能够接近真实地模拟火灾工况，从而相对真实地反映火灾进程对机组运行的动态影响，进而可用以验证和生效火灾事故规程，以及操纵员火灾事故规程的培训，为火灾事故规程优化提供直接反馈，对提升操纵员对火灾事故的认知水平及火灾事故的响应能力有重要作用，适合广泛推广应用。

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是本发明根据一示例性实施例示出的一种火灾后果模拟方法流程图

图2是本发明根据一示例性实施例示出的火灾工况场景设立示意图；

图3是本发明根据一示例性实施例示出的数据卡设立示意图；

图4是本发明根据一示例性实施例示出的一种火灾后果模拟系统框图；

图5是本发明根据一示例性实施例示出的另一种火灾后果模拟系统框图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

为了解决现有技术采用的火灾工况模拟方法是失真的，并不能真实地反映火灾工况下核电机组的行为的问题，本发明旨在提供一种核电厂火灾后果模拟方法以及系统，其核心思想是：通过火灾载荷分析确定火灾后的设备失效数据，并将该数据发送至全范围模拟机，全范围模拟机依据设备失效数据设置设备的失效状态，进而能够相对真实的实现火灾对机组运行影响的模拟。

如图1所示，图1是根据一示例性实施例示出的一种核电厂火灾后果模拟方法流程图，该方法与全范围模拟机配合使用，包括以下步骤S1-S3：

S1、识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，并生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据；

S2、选择需要模拟的所述火灾工况场景，激活其对应的设备失效数据；

S3、将所述设备失效数据发送至全范围模拟机，所述全范围模拟机依据所述设备失效数据对火灾后果进行模拟。

在本公开实施例中，全范围模拟机依据所述设备失效数据设置设备的失效状态，进而相对真实地模拟核电厂火灾对机组运行的影响，可用于火灾事故规程的验证与生效，以及操作员火灾工况下的响应技术培训。

进一步地，步骤S1中，所述生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据，具体包括：

对每一所述火灾工况场景进行火灾载荷分析，确定火灾蔓延和发展进程中不同火灾阶段的受影响设备；

依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的设备失效时间和设备失效后果，并将受影响设备及其对应的设备失效时间和设备失效后果作为所述设备失效数据进行存储。

在本公开实施例中，为了减少工作量，缩小分析范围，可将受影响设备局限于失效会影响到机组运行的设备，如报警信号、重要仪表指示、核蒸汽供应系统NSSS功能相关的设备、专设安全设施设备等。

进一步地，步骤S1中，所述识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，具体包括：

识别受火灾影响的防火分区，并分析确定所述防火分区内的火灾荷载；

依据所述火灾荷载对机组运行的影响程度，建立与每一所述火灾荷载对应的火灾工况场景。

在本公开实施例中，应对每个厂房(反应堆厂房、核辅助厂房、电气厂房)的每个防火分区进行受火灾影响识别，对每个防火分区，如果该防火分区内有多处火灾荷载，且不同的火灾荷载作为着火源时的后果不尽相同，则对该防火分区确立多个火灾工况场景。

如图2所示，对反应堆厂房的防火分区1，考虑了3处火灾荷载，对这3处火灾荷载分别建立火灾工况场景1、场景2和场景3。

进一步地，步骤S1中，所述依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的设备失效时间和设备失效后果，具体包括：

依据设备分类类型确定火灾发生后的设备失效时间段，并通过预先设置的随机函数在所述设备失效时间段内确定设备失效时间。

依据设备分类类型确定火灾发生后的设备所处状态，并依据设备所处状态直接确定设备失效后果；若所述设备所处状态不确定，则依据设备失效对机组运行的影响确定设备失效后果。

在本公开实施例中，设备失效时间往往不是某一固定时刻，而是一个时间段，即在该时间段内，设备的失效是随机发生的，因此可通过选择合适的随机函数确定设备失效时间。

如图3所示，在本公开实施例中，从数据维护的便利性、机组运行和操纵员机组控制的角度，将设备分类类型分为机械/电气设备、仪表信息、报警信号和专设/保护信号，然后依据设备分类类型确定火灾发生后的设备失效时间和设备失效后果，并以数据卡的形式记录设备失效数据，包括受影响设备名称及其对应的设备失效时间和设备失效后果。

所述设备失效数据应符合核电厂全范围模拟机的数据格式要求，这里不对数据格式进行描述，而对数据应包括的内容信息进行说明，如下表1所示，以表1中冷却剂泵RCP001PO动力电缆为例，在选择火灾工况场景1后的10min-20min内，预先设置的随机函数在某一时刻将强制信号“0”送往全范围模拟机，进而在全范围模拟机中模拟实现RCP001PO停运。

受影响设备或信号	失效时间	后果	强制信号
				冷却剂泵RCP001PO动力电缆	10min～20min	RCP001PO停运	0

表1

在本公开实施例中，与失电后设备处于相对明确的状态不同，在火灾工况下，设备的失效状态可能是不确定的，如火灾可能导致阀门关闭或开启，在确定设备失效后果时需要考虑火灾的特殊性。

下面给出一些典型设备的失效后果确定原则：

(1)机械设备：对泵、阀门等机械设备本体，火灾工况下设备本身的行为可依据经验或必要的火灾试验确定，如果火灾工况下设备的行为无法具体明确，则应从设备失效后果出发，评价设备失效对机组运行的影响，然后确定设备失效后果。如：对火灾破坏稳压器安全阀阀本体，且无法排除火灾工况下稳压器安全阀开启的可能，考虑到稳压器安全阀开启对机组运行带来的严重影响，应考虑火灾工况下稳压器安全阀误开启的可能。

(2)电气设备：对配电柜、开关柜等电气设备，这类设备本身即为着火源，火灾工况下这类设备的行为可依据工程经验确定，典型有电气回路短路、断路等。除电气设备本身，还需评估火灾直接触发电气保护动作的可能性。

(3)仪控设备：仪控机柜内排布有电缆、信号采集/输出板卡、信号处理板卡等。对仪控机柜，如果较难直接评估火灾工况下仪控机柜的行为，可从该仪控机柜处理的信号、实现的控制功能出发，评价这些信号或控制功能各种失效模式对机组运行的影响，然后确定设备失效后果。如：对实现稳压器安全阀控制功能的仪控机柜，考虑到稳压器安全阀误开启对机组运行带来的严重影响，应考虑火灾工况下仪控机柜失效直接误触发稳压器安全阀开启信号的可能。

(4)电缆：对动力电缆，火灾工况下其失效会导致供电设备的停运(如泵、风机等)；对控制电缆，火灾工况下其失效会导致设备误动(如电磁阀回到安全位置等)；对测量电缆，火灾工况下其失效会导致测量信号失真(对模拟量测量信号，数字化仪控系统一般会监测到信号无效，在主控室显示信号的无效状态；对开关量信号，测量电缆失效后一般送出“0”)；对光缆，火灾工况下其失效会导致仪控机柜间的通讯中断，接收端的仪控机柜能够监测到这类仪控中断故障。

本公开实施例提出核电厂火灾后果模拟方法，从火灾荷载分析出发确定设备的失效时间和失效后果，以接近真实的模拟火灾工况，能够相对真实地反映火灾进程对机组运行的影响。

如图4所示，图4是根据一示例性实施例示出的核电厂火灾后果模拟系统的框图，该系统与全范围模拟机10配合使用，包括数据卡20、人机接口30和通讯模块40。

其中，数据卡20用于识别受火灾影响的防火分区，在所述防火分区内设立火灾工况场景，并生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据；

人机接口30用于选择需要模拟的所述火灾工况场景，激活其对应的所述设备失效数据；

通讯模块40，用于将所述设备失效数据发送至全范围模拟机，所述全范围模拟机依据所述设备失效数据对火灾后果进行模拟。

在本公开实施例中，通过人机接口选中某一火灾工况场景后，该火灾工况场景对应的数据卡被激活，并通过通讯模块与全范围模拟机的数据通讯，在激活某一火灾工况场景时，将该场景的数据卡送至全范围模拟机。

进一步地，如图5所示，数据卡20可以包括数据分析模块21和数据生成模块22。

其中，数据分析模块21用于对每一所述火灾工况场景进行火灾载荷分析，确定火灾蔓延和发展进程中不同火灾阶段的受影响设备；

数据生成模块22用于依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的设备失效时间和设备失效后果，并将受影响设备及其对应的设备失效时间和设备失效后果作为所述设备失效数据进行存储。

进一步地，数据卡20还可以包括第一设置模块23和第二设置模块24。

其中，第一设置模块23用于识别受火灾影响的防火分区，并分析确定所述防火分区内的火灾荷载；

第二设置模块24用于依据所述火灾荷载对机组运行的影响程度，建立与每一所述火灾荷载对应的火灾工况场景。

进一步地，数据生成模块22可以包括失效时间生成单元221和失效后果生成单元222。

其中，失效时间生成单元221，用于依据设备分类类型确定火灾发生后的设备失效时间段，并通过随机函数在所述设备失效时间段内确定设备失效时间；

失效后果生成单元222，用于依据设备分类类型确定火灾发生后设备所处的状态，并依据设备所处的状态确定设备失效后果；若设备所处的状态不确定，则依据设备失效对机组运行的影响确定设备失效后果。

上述系统中各个模块的功能和作用的实现过程具体详见上述火灾后果模拟方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。

进一步地，以上述场景1为例说明本系统的工作流程(假设正在进行操纵员火灾事故规程的模拟机培训)：

(1)操纵员报告反应堆厂房防火分区1内RCP001PO泵所在房间发生火灾(火灾工况场景1)；

(2)后台人员通过人机接口选择防火分区1的火灾工况场景1；(3)、反应堆厂房防火分区1的火灾情形1的数据卡激活；

(4)数据卡中被激活的设备失效数据依据预先定义的规则，通过通讯模块送往全范围模拟机；

(5)全范围模拟机依据数据卡中的设备失效数据对电厂状态进行动态配置(如报警触发，泵停运等)，模拟火灾的后果；

(6)操纵员执行反应堆厂房防火分区1火灾适用的火灾事故规程，引导机组后撤至安全状态。

显然，全范围模拟机依据设备失效数据对电厂状态进行动态配置的方式可以接近实际地反映火灾进程及火灾蔓延对机组运行的影响。

作为另一示例性实施方式，在全范围模拟机开发期间，不仅对LOCA、SLB等热工水力事故工况以及典型故障工况(如失电故障)进行考虑，也可参考上述火灾后果模拟系统的技术方案，针对性地对火灾工况进行考虑，这样，就不再需要设置独立的火灾后果模拟系统，而是将其集成在全范围模拟机之内。

综上所述，本发明提出的一种核电厂火灾后果模拟方法以及系统针对火灾工况的特殊性，从火灾荷载分析出发确定火灾后设备失效数据，用于在全范围模拟机上能够接近真实地模拟火灾工况，从而相对真实地反映火灾进程对机组运行的动态影响，进而可用以验证和生效火灾事故规程，以及操纵员火灾事故规程的培训，为火灾事故规程优化提供直接反馈，对提升操纵员对火灾事故的认知水平及火灾事故的响应能力有重要作用。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种核电厂火灾后果模拟方法，其特征在于，包括：

识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，并生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据；

选择需要模拟的所述火灾工况场景，激活其对应的所述设备失效数据；

将所述设备失效数据发送至全范围模拟机，所述全范围模拟机依据所述设备失效数据对火灾后果进行模拟；

其中，所述生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据，具体包括：

对每一所述火灾工况场景进行火灾载荷分析，确定火灾蔓延和发展进程中不同火灾阶段的受影响设备；

依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的失效时间和失效后果，并将受影响设备及其对应的失效时间和失效后果作为所述设备失效数据进行存储。

2.根据权利要求1所述的火灾后果模拟方法，其特征在于，所述识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，具体包括：

识别受火灾影响的防火分区，并分析确定所述防火分区内的火灾荷载；

依据所述火灾荷载对机组运行的影响程度，建立与每一所述火灾荷载对应的火灾工况场景。

3.根据权利要求1所述的火灾后果模拟方法，其特征在于，所述依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的设备失效时间和设备失效后果，具体包括：

依据设备分类类型确定火灾发生后的设备失效时间段，并通过随机函数在所述设备失效时间段内确定设备失效时间；

依据设备分类类型确定火灾发生后设备所处的状态，并依据设备所处的状态确定设备失效后果；若设备所处的状态不确定，则依据设备失效对机组运行的影响确定设备失效后果。

4.根据权利要求1所述的火灾后果模拟方法，其特征在于，所述设备分类类型包括机械设备、电气设备、仪表信息、报警信号、专设信号和保护信号。

5.一种核电厂火灾后果模拟系统，其特征在于，包括：

数据卡，用于识别受火灾影响的防火分区，在防火分区内设立火灾工况场景，并生成与所述火灾工况场景对应的火灾后设备失效数据；

人机接口，用于选择需要模拟的所述火灾工况场景，激活其对应的所述设备失效数据；

通讯模块，用于将所述设备失效数据发送至全范围模拟机，所述全范围模拟机依据所述设备失效数据对火灾后果进行模拟；

其中，所述数据卡包括：

数据分析模块，用于对每一所述火灾工况场景进行火灾载荷分析，确定火灾蔓延和发展进程中不同火灾阶段的受影响设备；

数据生成模块，用于依据设备分类类型确定火灾发生后受影响设备的失效时间和失效后果，并将受影响设备及其对应的失效时间和失效后果作为所述设备失效数据进行存储。

6.根据权利要求5所述的火灾后果模拟系统，其特征在于，所述数据卡包括：

第一设置模块，用于识别受火灾影响的防火分区，并分析确定所述防火分区内的火灾荷载；

第二设置模块，用于依据所述火灾荷载对机组运行的影响程度，建立与每一所述火灾荷载对应的火灾工况场景。

7.根据权利要求5所述的火灾后果模拟系统，其特征在于，所述数据生成模块包括：

失效时间生成单元，用于依据设备分类类型确定火灾发生后的设备失效时间段，并通过随机函数在所述设备失效时间段内确定设备失效时间；

失效后果生成单元，用于依据设备分类类型确定火灾发生后设备所处的状态，并依据设备所处的状态确定设备失效后果；若设备所处的状态不确定，则依据设备失效对机组运行的影响确定设备失效后果。

8.根据权利要求5所述的火灾后果模拟系统，其特征在于，所述设备分类类型包括机械设备、电气设备、仪表信息、报警信号、专设信号和保护信号。

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