CN113792960A - 一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法 - Google Patents

一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，包括如下步骤：(1)基于PSA模型的基本事件，通过建立基本事件组合的方式，定义设备、系列、系统、子安全功能和安全功能，使所述基本事件组合从设备到安全功能形成层次性的关系；(2)根据PSA最小割集和步骤(1)所定义的内容开展重要贡献的事件序列确定及定量化计算；(3)在重要贡献的事件序列分析确定的基础上，开展相关记录和说明。本发明提供的方法规范、严谨，并具有实际可行性，不同分析人员和分析软件，按照本方法开展分析所得的结果是相同的，对分析结果的解读深入全面，不会存在误导性。

Description

一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法
技术领域
本发明属于核电厂概率安全分析技术，具体涉及一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法。
背景技术
概率安全分析(Probabilistic Safety Analysis,PSA)技术目前普遍用于核电厂的安全评价、设计优化、运行风险管理领域。通过PSA分析，能够定量计算堆芯损坏频率(CDF)和放射性大量释放频率(LRF)的数值。同时，在国内外PSA标准中(例如NB/T20037.11-2018RK、ASME/ANS RA-Sb-2013、IAEA-SSG-3等)还要求识别对CDF或LRF具有重要贡献的事件序列，提供风险见解，指导电厂设计和运行。但这些标准均只给出了原则性的要求，没有明确更为具体的分析方法。在实际分析中，一般基于分析者自身的理解或者分析软件的设置，来确定这些重要贡献的事件序列。这样导致了在识别重要贡献的事件序列的过程中，缺乏一致的分析方法和实施步骤，可能对分析结果的解读不够合理和深入，有时甚至会给出具有误导性的结果。例如，如果采用基于事件树中序列的方式开展，由于事件树功能事件的规模不同(有的以系统为单位，有的以功能为单位)，会导致重要贡献的事件序列不准确，相关风险见解存在误导性。
此外，2016年11月，国家核安全局颁布了新版《核动力厂设计安全规定》(HAF102-2016)，引入了“设计扩展工况”的概念，并明确要求“必须在工程判断、确定论和概率论评价的基础上得出一套设计扩展工况……”，在使用PSA确定设计扩展工况的过程中，需要基于对风险具有重要贡献的事件序列的分析，也存在需要确定一种一致性的方法对重要贡献的事件序列进行确定和量化分析。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，通过制定严格的事件序列分类方式、定量化方法、工作流程，形成了一种规范化的开展重要贡献的事件序列确定及量化分析的技术方法。
本发明的技术方案如下：一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，包括如下步骤：
(1)基于PSA模型的基本事件，通过建立基本事件组合的方式，定义设备、系列、系统、子安全功能和安全功能，使所述基本事件组合从设备到安全功能形成层次性的关系；
(2)根据PSA最小割集和步骤(1)所定义的内容开展重要贡献的事件序列确定及定量化计算；
(3)在重要贡献的事件序列分析确定的基础上，开展相关记录和说明。
进一步，如上所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，步骤(1)中，在定义设备时，将PSA基本事件按照设备进行归组；
在定义系列时，在设备定义的基础上，将设备归组到可能的系列上；
在定义系统时，在设备及系列定义的基础上，将设备或系列归组到系统上；
在定义子安全功能时，根据核电厂安全功能需求及具体设计，将总的安全功能拆分为子安全功能，各个子安全功能由相关设备、系列及系统来实现，由相关设备、系列及系统归组构成；
在定义安全功能时，由其包含的子安全功能归组构成。
更进一步，在步骤(1)中，根据系统的设计情况，把不会归组到系列的设备直接归组到系统上。
更进一步，在步骤(1)中，相关的人员操作以及有些不是明显以设备表征的基本事件直接归组到合适的系统内。
进一步，如上所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，步骤(2)包括如下内容：
(2-1)在设备、系列、系统、子安全功能、安全功能层次中，确定要分析的构成事件序列的层级；
(2-2)确定重要贡献的事件序列的标准；
(2-3)根据确定的重要贡献的标准，计算始发事件FV重要度，结合总体风险值，筛除低于标准的始发事件；
(2-4)对未筛除的始发事件逐一开展所选取层级的FV重要度计算，结合始发事件导致的后果频率，使用重要贡献的标准，筛除低于标准的事件组；
(2-5)对未筛除的事件组，结合最小割集情况，计算可能组合的事件组的联合FV重要度，得到事件序列频率；
(2-6)对得到的事件序列按照频率从高到低进行排序，得到最终的重要贡献事件序列清单。
更进一步，在步骤(2-1)中，可以是分析构成事件序列的多个层级，或者也可以是根据分析目的选取分析某一层级。
更进一步，在步骤(2-5)中所述联合FV重要度是指对于给定的多个基本事件组，每一组的某个或某些基本事件在最小割集中均存在，这些最小割集相对总体最小割集的比例份额。
两个事件组的联合FV重要度计算方式如下：
IAB＝IA+IB-IA+B
其中，IAB为A和B事件组的联合FV重要度，IA和IB分别为A、B事件组的FV重要度，IA+B为A、B事件组取并集构成的事件组的FV重要度；
三个事件组的联合FV重要度计算方式如下：
IABC＝IA+IB+IC-IA+B-IA+C-IB+C+IA+B+C
其中，IABC为A、B和C事件组的联合FV重要度，IA、IB和IC分别为A、B、C事件组的FV重要度，IA+B为A、B事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IA+C为A、C事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IB+C为B、C事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IA+B+C为A、B和C事件组取并集构成的事件组的FV重要度；
其他更多事件组的联合FV重要度计算方式以此类推。
更进一步，在步骤(2-5)中所述事件序列频率的计算方法为：始发事件叠加所有可能事件构成的事件序列频率乘以组合的事件组的联合FV重要度。
进一步，如上所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，步骤(3)中，将重要贡献的事件序列记录和解释为始发事件叠加相应事件组，并结合具体情况进行说明。
本发明的有益效果如下：本发明制定了一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，规定了严格的事件序列分类方式、定量化方法、工作流程，形成了一种规范化的开展重要贡献的事件序列确定及量化分析的技术方法，本方法规范、严谨，并具有实际可行性，不同分析人员和分析软件，按照本方法开展分析所得的结果是相同的，对分析结果的解读深入全面，不会存在误导性。
附图说明
图1为本发明提供的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
《应用于核电厂的一级概率安全评价第11部分功率运行内部事件》(NB/T20037.11-2018RK)，对重要贡献的事件序列识别的要求详见表1。
表1 NB/T 20037.11-2018RK对重要贡献的事件序列识别的要求
Figure BDA0003197872820000051
上述要求中，都给出了需要识别及记录重要事件序列(事故序列)的要求，但没有给出具体的方法。
本发明提供了一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤一：事件序列分析的设备、系列、系统、子安全功能、安全功能定义
本步骤的目的是基于PSA模型的基本事件，通过建立基本事件组合的方式，构建设备、系列、系统、子安全功能和安全功能。这些基本事件组合从设备到安全功能形成层次性的关系。
本步骤分析事项如表2所示。
表2事件序列分析的设备、系列、系统、子安全功能、安全功能定义
Figure BDA0003197872820000061
步骤二：重要贡献的事件序列确定及定量化计算
本步骤的目的是根据PSA最小割集和步骤一所定义的内容开展重要贡献的事件序列确定及定量化计算。
由于PSA最小割集数量庞大(几十万，甚至上百万)，如果直接将最小割集与步骤一定义的各层次组合进行分组来得到事件序列，会使得工作量巨大，耗费大量的时间，往往不具备实际分析的可行性。如果舍弃部分最小割集，又会带来结果不准确，并且引入的误差难以量化。
在PSA分析中的FV(Fussel-Vesely)重要度基础上，本发明引入“联合FV重要度”的概念，在保证分析结果准确的基础上，简化分析过程，给出可实际使用的分析方法。
联合FV重要度指的是：对于给定的多个基本事件组，每一组的某个或某些基本事件在最小割集中均存在，这些最小割集相对总体最小割集的比例份额。
例如，有事件组A和B，每组含有多个基本事件Ai和Bj，如果最小割集中均含有Ai和Bj事件，则这些最小割集所占整体的比例份额，即为事件组A和B的联合FV重要度。
考虑到最小割集的可能性一般较低，两个事件组的联合FV重要度计算方式如下：
IAB＝IA+IB-IA+B
其中，IAB为A和B事件组的联合FV重要度，IA和IB分别为A、B事件组的FV重要度，IA+B为A、B事件组取并集构成的事件组的FV重要度。
类似的，三个事件组的联合FV重要度计算方式如下：
IABC＝IA+IB+IC-IA+B-IA+C-IB+C+IA+B+C
其中，IABC为A、B和C事件组的联合FV重要度，IA、IB和IC分别为A、B、C事件组的FV重要度，IA+B为A、B事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IA+C为A、C事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IB+C为B、C事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IA+B+C为A、B和C事件组取并集构成的事件组的FV重要度。
其他更多组合的计算可以类推。
基于联合FV重要度，始发事件叠加两个事件组构成的事件序列的频率计算方式如下：
FIE：AB＝FIE*IAB
其中，FIE：AB为始发事件叠加A和B两个事件组的事件序列的频率，FIE为始发事件叠加所有可能事件构成的事件序列频率(总的频率)，IAB为A和B事件组的联合FV重要度。
基于上述计算方法，本步骤分析事项如表3所示。
表3重要贡献的事件序列确定及定量化计算
Figure BDA0003197872820000081
步骤三：重要贡献的事件序列记录及说明
本步骤的目的是在重要贡献的事件序列分析确定的基础上，开展相关记录和说明。
一般情况下，重要贡献的事件序列可以记录和解释为始发事件叠加相应事件组(例如多个系统丧失)。
但由于核电厂系统构成的复杂性，还需要结合具体情况进行说明。例如高压安注系统和低压安注系统的功能执行都需要电力的支持，可能会出现始发事件叠加电力失效是重要贡献的事件序列，则进行记录和解释时，需要补充说明电力失效导致了高压安注系统和低压安注系统都丧失。
实施例
考虑到完整的PSA模型规模过于庞大，选取典型核电厂的LOOP和LOCA事件类为代表，并适当的简化(对类似设备进行合并处理)，用以说明本发明的实施过程。
步骤一、事件序列分析的设备、系列、系统、子安全功能、安全功能定义
在本实例说明中，以系统层次为例说明事件序列的确定及量化分析，LOOP和LOCA事件类涉及到系统定义如下所示：
编码 名称 主要功能说明
CCW 设备冷却水系统 为安注、安喷提供冷却
CS 安全壳喷淋系统 安全壳热阱
EB 应急硼注入系统 紧急停堆失败后维持反应堆次临界
EDG 应急柴油发电机系统 提供应急电源
HPSI 高压安注系统 高压安全注入
LPSI 低压安注系统 低压安全注入
OFFSITE 厂外电源系统 厂外电
PZR 稳压器安全阀系统 超压保护、充排卸压
SG 二次侧辅助给水系统 通过二回路带热
TRIP 紧急停堆系统 反应堆紧急停堆
涉及到的设备较多，以安全壳喷淋为例，定义如下：
Figure BDA0003197872820000091
Figure BDA0003197872820000101
步骤二、重要贡献的事件序列确定及定量化计算
对序列后果进行定量化，得到最小割集。原始的PSA模型，分析结果中约40万个最小割集，本实例说明中，适当简化后得到约6万个最小割集。直接处理这些割集来得到序列往往是无法完成。
本实例分析中，选取5％作为重要贡献序列的选取准则。
始发事件重要度如下，根据重要度结果，LOCA和LOOP的重要度都超过5％，都需要进一步分析。
编码 名称 重要度 是否筛除
LOCA 一回路破口 76.70％ 否
LOOP 丧失厂外电 23.30％ 否
LOCA事件类中，系统重要度分析结果如下。对低于5％的系统，可直接筛除无需进一步开展事件序列确定及量化分析工作。
Figure BDA0003197872820000102
Figure BDA0003197872820000111
结合最小割集的情况，CS和CCW失效后，安全壳热量无法移除，会导致堆芯损坏，因此LOCA事件类中的重要贡献序列结果如下：
Figure BDA0003197872820000112
LOOP事件类中，系统重要度分析结果如下。对低于5％的系统，可直接筛除无需进一步开展事件序列确定及量化分析工作。
编码 名称 重要度 是否筛除
EDG 应急柴油发电机系统 62.80％ 否
SG 二次侧辅助给水系统 62.70％ 否
OFFSITE 厂外电源系统 62.60％ 否
PZR 稳压器安全阀系统 37.10％ 否
CS 安全壳喷淋系统 24.10％ 否
CCW 设备冷却水系统 7.85％ 否
TRIP 紧急停堆系统 5.32％ 否
EB 应急硼注入系统 0.27％ 是
HPSI 高压安注系统 0.08％ 是
结合最小割集的情况，EDG失效后，并不会导致堆芯损坏，还需要SG、恢复电源后的充排措施的失效，需要通过计算联合重要来量化该序列。以EDG、SG、恢复电源序列为例计算如下所示。
Figure BDA0003197872820000113
Figure BDA0003197872820000121
基于上述分析得到如下序列结果：
事件序列：LOOP发生后，EDG失效，SG带热失效，恢复厂外电源失效；
事件序列频率：LOOP后果*序列联合重要度＝1.73E-08/堆年*62.60％＝1.08E-08/堆年。
用上面的方法可以得到，LOOP事件类的重要贡献序列如下。
Figure BDA0003197872820000122
步骤三、重要贡献的事件序列记录及说明
汇总步骤二的分析结果，可以得到重要贡献序列如下：
Figure BDA0003197872820000123
对于本领域技术人员而言，显然本发明的结构不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，包括如下步骤：
(1)基于PSA模型的基本事件，通过建立基本事件组合的方式，定义设备、系列、系统、子安全功能和安全功能，使所述基本事件组合从设备到安全功能形成层次性的关系；
(2)根据PSA最小割集和步骤(1)所定义的内容开展重要贡献的事件序列确定及定量化计算；
(3)在重要贡献的事件序列分析确定的基础上，开展相关记录和说明。
2.如权利要求1所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，步骤(1)中，在定义设备时，将PSA基本事件按照设备进行归组：
在定义系列时，在设备定义的基础上，将设备归组到可能的系列上；
在定义系统时，在设备及系列定义的基础上，将设备或系列归组到系统上；
在定义子安全功能时，根据核电厂安全功能需求及具体设计，将总的安全功能拆分为子安全功能，各个子安全功能由相关设备、系列及系统来实现，由相关设备、系列及系统归组构成；
在定义安全功能时，由其包含的子安全功能归组构成。
3.如权利要求2所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，在步骤(1)中，根据系统的设计情况，把不会归组到系列的设备直接归组到系统上。
4.如权利要求2或3所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，在步骤(1)中，相关的人员操作以及有些不是明显以设备表征的基本事件直接归组到合适的系统内。
5.如权利要求1所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，步骤(2)包括如下内容：
(2-1)在设备、系列、系统、子安全功能、安全功能层次中，确定要分析的构成事件序列的层级；
(2-2)确定重要贡献的事件序列的标准；
(2-3)根据确定的重要贡献的标准，计算始发事件FV重要度，结合总体风险值，筛除低于标准的始发事件；
(2-4)对未筛除的始发事件逐一开展所选取层级的FV重要度计算，结合始发事件导致的后果频率，使用重要贡献的标准，筛除低于标准的事件组；
(2-5)对未筛除的事件组，结合最小割集情况，计算可能组合的事件组的联合FV重要度，得到事件序列频率；
(2-6)对得到的事件序列按照频率从高到低进行排序，得到最终的重要贡献事件序列清单。
6.如权利要求5所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，在步骤(2-1)中，可以分析构成事件序列的多个层级，或者是根据分析目的选取分析某一层级。
7.如权利要求5所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，在步骤(2-5)中所述联合FV重要度是指对于给定的多个基本事件组，每一组的某个或某些基本事件在最小割集中均存在，这些最小割集相对总体最小割集的比例份额。
8.如权利要求7所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，两个事件组的联合FV重要度计算方式如下：
IAB＝IA+IB-IA+B
其中，IAB为A和B事件组的联合FV重要度，IA和IB分别为A、B事件组的FV重要度，IA+B为A、B事件组取并集构成的事件组的FV重要度；
三个事件组的联合FV重要度计算方式如下：
IABC＝IA+IB+IC-IA+B-IA+C-IB+C+IA+B+C
其中，IABC为A、B和C事件组的联合FV重要度，IA、IB和IC分别为A、B、C事件组的FV重要度，IA+B为A、B事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IA+C为A、C事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IB+C为B、C事件组取并集构成的事件组的FV重要度，IA+B+C为A、B和C事件组取并集构成的事件组的FV重要度；
其他更多事件组的联合FV重要度计算方式以此类推。
9.如权利要求7所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，在步骤(2-5)中所述事件序列频率的计算方法为：始发事件叠加所有可能事件构成的事件序列频率乘以组合的事件组的联合FV重要度。
10.如权利要求5所述的概率安全分析中事件序列确定及量化分析方法，其特征在于，步骤(3)中，将重要贡献的事件序列记录和解释为始发事件叠加相应事件组，并结合具体情况进行说明。
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