CN114722628A - 一种基于psa模型及建模软件的配置风险评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，属于核电站安全分析技术领域。该基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法包括如下步骤：S1：获取设计阶段PSA模型和实时风险模型之间的差异，差异包括维修/试验不可用事件、运行/备用列、集总始发事件、未模化设备四个方面；S2：消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响以形成修改模型；S3：根据电厂实际运行情况，通过计算设置消除运行/备用列、未模化设备、集总始发事件对计算结果的影响其中一个或者多个，获取电厂风险增量值，根据电厂风险增量值管控电厂风险。本发明能弥补风险监测器上线前电厂概率安全配置风险管控的缺失，提高电厂整体核安全水平。

Description

一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法
技术领域
本发明涉及核电站安全分析技术领域，具体涉及一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法。
背景技术
自20世纪70年代概率风险评价（PSA）方法迅速发展并应用到核电中以来，世界各国对PSA开展了大量的研究，并将PSA应用于核电站的运行管理和安全监管中。美国NRC于1991年发布维修规则（10 CFR 50.65），要求核电厂业主制定适当的管理及指标体系对SSC的维修活动进行有效评价，于1999年，NRC修订了维修规则，要求业主在维修活动实施前对其引起的风险进行评价和管理。为了满足法规要求，美国绝大多数核电厂都建立了配置风险管理体系，对设备停役引入的风险进行评估和管理。国内在20世纪90年代也已经开始探索和研究利用风险监测器评价电厂的配置风险，并给出相关安全建议。实践证明，国内外核电的配置风险管控有效的提高了电厂运行安全。
目前，国内外各个核电厂均采用风险监测器对电厂进行基于概率安全分析的配置风险管理。风险监测器是将实时风险模型进行封装，并提供友好的用户界面，供非PSA专业人员使用的工具。但开发风险监测器需要经过两个步骤的模型转换，第一步是将设计阶段PSA模型转换成运行阶段PSA模型，第二步是将运行阶段PSA模型转换成实时风险模型。
一般来说，电厂在设计阶段拥有的是设计阶段PSA模型，运行阶段PSA模型是在综合考虑电厂设计变更、运行特点等因素的基础上对设计阶段PSA模型进行的二次开发，反映的是运行期间的电厂风险特征，故只能在电厂运行后才能开展运行阶段PSA模型的开发工作，进而完成实时风险模型的转换，实现风险监测器的开发。根据该特点，电厂一般新机组正式商运后的2-3年才能完成风险监测器的开发，故所有新建电厂在风险监测器开发完成之前都会经历一段运行阶段配置风险管控空白期，电厂需要经历一段时间的风险管控的缺失，在这个期间内电厂的安全性无法得到保证，电厂运行的风险较大，所以做好电厂这一阶段的配置风险管控对提高电厂运行安全性具有重要意义。
中国专利CN103400246B、公告日2016-07-06公开了一种基于云架构的核电厂风险监测系统及监测方法，该系统包含八大功能模块。系统基于云平台进行架构，将核电厂的闲置物理机通过互联网构建虚拟机集群，该系统可以进行故障节点的自动迁移，从而确保其可靠稳定连续运行；同时又可以利用云计算和分布式计算结合的优点，可以解决使用风险监测系统的维修计划管理模块进行大规模维修计划时根据维修计划的状态点数目动态分配计算资源，从而在解决计算速度过慢不能满足实际生产管理需求的问题同时最大程度节约计算资源。上述专利中的系统是在电厂的风险监测器开发完毕后对电厂进行风险监测，则是对于正式商运2-3年的电厂进行风险监测，由于处于风险管控空白期的新建电厂的风险监测器未开发完毕，则上述系统无法进行对处于风险管控空白期的新建电厂进行风险管控。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提出一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法。
本发明提出一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，包括如下步骤：
S1：基于电厂的设计阶段PSA模型和实时风险模型，获取设计阶段PSA模型和实时风险模型之间的差异，所述差异包括维修/试验不可用事件、运行/备用列、集总始发事件、未模化设备四个方面；
S2：通过建模软件消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响以形成修改模型；
S3：根据电厂实际运行情况，通过计算设置消除运行/备用列、未模化设备、集总始发事件对计算结果的影响其中一个或者多个，获取电厂风险增量值，根据电厂风险增量值管控电厂风险。
进一步地，步骤S2中消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响具体包括：将设计阶段PSA模型中对应基本事件的失效概率值设置为0，或者将设计阶段PSA模型中对应基本事件状态设成FALSE，或在设计阶段PSA模型中直接删除对应基本事件。
进一步地，步骤S3中消除运行/备用列影响具体包括：根据电厂实际运行情况和修改模型中的系统配置情况，对修改模型中的设备状态进行调整。
进一步地，步骤S3中消除集总始发事件影响具体包括：通过合理设置修改模型和适当修正风险计算结果，来获取电厂相应的风险增量。
进一步地，步骤S3中消除未模化设备影响具体包括：获取电厂实际运行中的失效设备，如果失效设备在修改模型中为未模化设备，分析该未模化设备的失效影响，获取失效影响与未模化设备的失效影响一致的已模化设备，将已模化设备的失效替代未模化设备的失效。
进一步地，如果模型中的配置和电厂实际运行中的配置一致且电厂实际运行中的所有列只有处于运行和备用其中的一种状态，则在电厂实际运行中的第一预设列出现维修时将模型中的第一预设列中的设备设为失效。
进一步地，如果电厂实际运行中的所有列包括处于备用状态的备用列和处于运行状态的运行列：电厂的运行列发生维修，如果此时电厂中的运行状况未发生变化，则将模型中的运行列设备设为失效，如果此时电厂中的运行状况发生变化，则将模型中的备用列设备设为失效；电厂的备用列发生维修，则将模型中的备用列设备设为失效。
进一步地，如果失效设备属于预设集总始发事件的缓解设备，分别获取电厂在去除该预设集总始发事件后由其他始发事件导致的第一风险值和电厂由该预设集总始发事件导致的第二风险值，将第一风险值和第二风险值相加获取电厂的CDF。
进一步地，获取第一风险值具体包括：假设电厂系统中包含A、B两列管线，模型中仅包括A列管线，当电厂实际运行中A列设备失效时，将模型中的A列设备设为失效，利用建模软件计算出电厂总体的CDF1和单独计算该集总始发事件导致的CDF2，根据公式CDF1-CDF2计算出第一风险值；当电厂实际运行中B列设备失效时，无需设置模型，利用建模软件计算出电厂总体的CDF1和单独计算该集总始发事件导致的CDF2，根据公式CDF1-CDF2计算出第一风险值。
进一步地，获取第二风险值具体包括：根据第二风险值的计算公式==0.5*该集总始发事件频率*用A列缓解的失效概率*其他缓解系统的失效概率+0.5*该集总始发事件频率*用B列缓解的失效概率*其他缓解系统的失效概率；假设电厂系统中包含A、B两列管线，模型中仅包括A列管线，当电厂实际运行中A列设备或B列设备失效时，首先将该集总始发事件的频率变为原来的一半，利用建模软件计算出由该集总始发事件引起的风险值CDF3，再基于始发事件频率修改后的模型，将模型中A列管线上的设备设为失效，若电厂实际为B列管线上的设备失效，则也是将模型中A列管线上的设备设为失效，利用建模软件计算出由该集总始发事件引起的风险值CDF4，根据公式CDF3＋CDF4计算出第二风险值。
本发明的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法有以下有益效果：
本方法基于电厂设计阶段PSA模型特点和建模软件，电厂可通过自主修改设计阶段PSA模型，实现提前开展配置风险管控工作，能弥补风险监测器上线前电厂概率安全配置风险管控的缺失，解决新建核电站在风险监测器开发完成前配置风险管控空白的问题，提高电厂整体核安全水平，创造良好的核安全氛围；本方法能帮助电厂人员更好的优化维修计划，协助管控好电厂的整体风险；本方法具有较强的通用性，可应用于各类型机组上；本方法的实施可由电厂可自行完成，可行性高，且无需额外实践成本。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
请参阅图1。本发明实施例的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，包括如下步骤：
S1：基于电厂的设计阶段PSA模型和实时风险模型，获取设计阶段PSA模型和实时风险模型之间的差异，差异包括维修/试验不可用事件、运行/备用列、集总始发事件、未模化设备四个方面；
S2：通过建模软件消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响以形成修改模型；
S3：根据电厂实际运行情况，通过计算设置消除运行/备用列、未模化设备、集总始发事件对计算结果的影响其中一个或者多个，获取电厂风险增量值，根据电厂风险增量值管控电厂风险。
在充分分析电厂的设计阶段PSA模型的设计特点基础上，开发适宜的模型修改方法和计算方法，指导电厂工作人员在风险监测器开发完成前使用设计阶段PSA模型和建模软件开展配置风险管控工作，以提高电厂整体核安全水平。经对比实时模型和设计阶段PSA模型，两者分析结果的差异主要体现在维修/试验不可用事件、运行/备用列、集总始发事件、未模化设备上，首先消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响以形成修改模型，然后根据电厂实际运行情况，通过计算设置消除运行/备用列、未模化设备、集总始发事件对计算结果的影响其中一个或者多个，实现在风险监测器上线前使用设计阶段PSA模型进行配置风险评价。
电厂一般先有设计阶段PSA模型，经过2-3年后，基于设计阶段PSA模型，结合电厂这几年的设计变更开发运行PSA模型，然后在运行阶段PSA模型的基础上开发实时模型，所以电厂一般无法在设计阶段PSA模型开发完成后就开发精确的实时模型，所以本申请中可以直接对电厂设计阶段PSA模型进行简单修改，即通过建模软件消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响，再利用修改后的模型，使用特定的计算方式计算出一个风险值，即通过计算设置消除运行/备用列、未模化设备、集总始发事件对计算结果的影响其中一个或者多个，然后视计算情况进行适当修正，进而得到一个能够反映电厂风险增量值，以此来管控电厂风险，在电厂实际运行中存在一个风险阈值，电厂人员根据风险阈值和配置风险评价结果进行风险管控。在本申请中消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响是一定要做的，消除运行/备用列影响、未模化设备影响、集总始发事件影响可以根据不同的计算情况选择使用，根据实际计算情况，若碰到运行/备用列影响，则进行消除运行/备用列影响，若碰到未模化设备影响，则进行消除未模化设备影响。
步骤S2中消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响具体包括：将设计阶段PSA模型中对应基本事件的失效概率值设置为0，或者将设计阶段PSA模型中对应基本事件状态设成FALSE，或在设计阶段PSA模型中直接删除对应基本事件。设计阶段PSA模型通常会用一个基本事件来模化试验/维修不可用事件，然而实时风险模型中电站配置是确定的，不需要考虑试验/维修不可用事件，所以需要消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响。
步骤S3中消除运行/备用列影响具体包括：根据电厂实际运行情况和修改模型中的系统配置情况，对修改模型中的设备状态进行调整。实时风险模型根据电厂不同的配置建立了相应的故障树模型，而设计阶段模型只假设一种特定的配置并对其进行建模，如在电厂里假设有A、B两列，在实时风险模型中既对A运行、B备用这种配置进行了建模，还对A备用、B运行这种配置进行了建模，而在设计阶段PSA模型中只对A运行、B备用这种配置进行了建模，所以需要消除运行/备用列影响。就该问题而言，可在评价过程中通过对模型的合理设置来解决，无需根据电厂实际情况将模型补全。
如果模型中的配置和电厂实际运行中的配置一致且电厂实际运行中的所有列只有处于运行和备用其中的一种状态，则在电厂实际运行中的第一预设列出现维修时将模型中的第一预设列中的设备设为失效。
情景一——实际电厂运行状况为所有列都处于运行状态，模型中的配置与电厂一致，也为所有列都处于运行状态。则：
1) 若维修发生在A列，则将模型中的A列设备设为失效。
2) 若维修发生在B列 ，则将模型中的B列设备设为失效。
情景二——实际电厂运行状况为所有列都处于备用状态（一般为AB两列），模型中的配置与电厂一致，也为所有列都处于备用状态。则：
1) 若维修发生在A列，则将模型中的A列设备设为失效。
2) 若维修发生在B列 ，则将模型中的B列设备设为失效。
如果电厂实际运行中的所有列包括处于备用状态的备用列和处于运行状态的运行列：电厂的运行列发生维修，如果此时电厂中的运行状况未发生变化，则将模型中的运行列设备设为失效，如果此时电厂中的运行状况发生变化，则将模型中的备用列设备设为失效；电厂的备用列发生维修，则将模型中的备用列设备设为失效。
情景三——实际电厂运行状况为一用一备或两用一备，模型中的配置可能与电厂运行状况一致，也有可能与电厂运行状况不一致。则：
1) 维修发生在运行列。若此时电厂运行状况未发生变化（运行列未退出运行，备用列未投入运行），则将模型中的运行列设备设为失效。若此时电厂运行状况发生变化（运行列退出运行同时备用列投入运行），则将模型中的备用列设备失效。
2) 若维修发生在备用列，则将模型中的备用列设备设为失效。
备用列和运行列的建模方式是不同的，在维修发生在运行列或者备用列时将模型中的对应列设为失效，可以让模型中的状态更加贴近实际情况，从而获得准确的计算结果。情景一、二、三是消除运行/备用列影响这个步骤下的三种情况。
步骤S3中消除集总始发事件影响具体包括：通过合理设置修改模型和适当修正风险计算结果，来获取电厂相应的风险增量。设计阶段PSA模型一般会根据事故的进程、成功准则等对始发事件做一些集总假设，如在设计阶段PSA模型中，针对SGTR、DVI管线破裂等始发事件均认为破口发生在B列，故在事故后的缓解系统中未模化B列，但是在实时风险模型中，若依旧保持这种假设，则可能会无法反映电厂实际配置的风险水平，所以在实时模型中会对这些始发事件进行均衡化处理，如针对SGTR、DVI管线破裂事故，会对A列管线破裂及B列管线破裂分别建模，始发事件的频率各取一半。就这个问题而言，可以通过对模型的合理设置和对结果进行适当修正来解决，无需将模型根据电厂实际情况补全。
如果失效设备属于预设集总始发事件的缓解设备，分别获取电厂在去除该预设集总始发事件后由其他始发事件导致的第一风险值和电厂由该预设集总始发事件导致的第二风险值，将第一风险值和第二风险值相加获取电厂的CDF。
获取第一风险值具体包括：假设电厂系统中包含A、B两列管线，模型中仅包括A列管线，当电厂实际运行中A列设备失效时，将模型中的A列设备设为失效，利用建模软件计算出电厂总体的CDF1和单独计算该集总始发事件导致的CDF2，根据公式CDF1-CDF2计算出第一风险值。当电厂实际运行中B列设备失效时，无需设置模型，利用建模软件计算出电厂总体的CDF1和单独计算该集总始发事件导致的CDF2，根据公式CDF1-CDF2计算出第一风险值。此处的CDF2是软件计算出来的不准确的风险值，则第一风险值为建模软件计算出刨除该集总始发事件后电厂其他始发事件导致的风险值。
获取第二风险值具体包括：根据第二风险值的计算公式==0.5*该集总始发事件频率*用A列缓解的失效概率*其他缓解系统的失效概率+0.5*该集总始发事件频率*用B列缓解的失效概率*其他缓解系统的失效概率。假设电厂系统中包含A、B两列管线，模型中仅包括A列管线，当电厂实际运行中A列设备或B列设备失效时，首先将该集总始发事件的频率变为原来的一半，利用建模软件计算出由该集总始发事件引起的风险值CDF3，再基于始发事件频率修改后的模型，将模型中A列管线上的设备设为失效（若电厂实际为B列管线上的设备失效，则也是将模型中A列管线上的设备设为失效，如电厂实际为1-XXX-XX-01B失效，则将模型中A列管线上的1-XXX-XX-01A设为失效），利用建模软件计算出由该集总始发事件引起的风险值CDF4，根据公式CDF3＋CDF4计算出第二风险值。
则电厂准确的总CDF= CDF1- CDF2+ CDF3+ CDF4，可以更好识别风险，并进行管控。
步骤S3中消除未模化设备影响具体包括：获取电厂实际运行中的失效设备，如果失效设备在修改模型中为未模化设备，分析该未模化设备的失效影响，获取失效影响与未模化设备的失效影响一致的已模化设备，将已模化设备的失效替代未模化设备的失效。由于设计阶段PSA模型中一般只假定一种特定的配置，所以某些设备在模型中未模化，这在设计阶段模型中是合适的，但无法反应电厂的真实配置，针对这个问题，可通过模型设置来规避，而无需将模型中未模化的设备一一添加进来，若在风险评价过程中发现未模化的设备，首先分析其失效的影响，再用已模化设备的失效来替代未模化设备的失效。例如，A设备和B设备位于同一串联支路上，但设计阶段PSA模型中仅模化A设备，由于B设备失效影响和A设备失效影响一致，故若实际电厂配置是B设备失效时，可在模型中将A设备设为失效。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本申请的描述中，指示的方位或位置关系的术语“上端”、“下端”、“底端”为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：基于电厂的设计阶段PSA模型和实时风险模型，获取设计阶段PSA模型和实时风险模型之间的差异，所述差异包括维修/试验不可用事件、运行/备用列、集总始发事件、未模化设备四个方面；
S2：通过建模软件消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响以形成修改模型；
S3：根据电厂实际运行情况，通过计算设置消除运行/备用列、未模化设备、集总始发事件对计算结果的影响其中一个或者多个，获取电厂风险增量值，根据电厂风险增量值管控电厂风险。
2.如权利要求1所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，步骤S2中消除设计阶段PSA模型中的维修/试验不可用事件影响具体包括：将设计阶段PSA模型中对应基本事件的失效概率值设置为0，或者将设计阶段PSA模型中对应基本事件状态设成FALSE，或在设计阶段PSA模型中直接删除对应基本事件。
3.如权利要求1或2所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，步骤S3中消除运行/备用列影响具体包括：根据电厂实际运行情况和修改模型中的系统配置情况，对修改模型中的设备状态进行调整。
4.如权利要求1或2所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，步骤S3中消除集总始发事件影响具体包括：通过合理设置修改模型和适当修正风险计算结果，来获取电厂相应的风险增量。
5.如权利要求1或2所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，步骤S3中消除未模化设备影响具体包括：获取电厂实际运行中的失效设备，如果失效设备在修改模型中为未模化设备，分析该未模化设备的失效影响，获取失效影响与未模化设备的失效影响一致的已模化设备，将已模化设备的失效替代未模化设备的失效。
6.如权利要求3所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于：如果模型中的配置和电厂实际运行中的配置一致且电厂实际运行中的所有列只有处于运行和备用其中的一种状态，则在电厂实际运行中的第一预设列出现维修时将模型中的第一预设列中的设备设为失效。
7.如权利要求3所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，如果电厂实际运行中的所有列包括处于备用状态的备用列和处于运行状态的运行列：电厂的运行列发生维修，如果此时电厂中的运行状况未发生变化，则将模型中的运行列设备设为失效，如果此时电厂中的运行状况发生变化，则将模型中的备用列设备设为失效；电厂的备用列发生维修，则将模型中的备用列设备设为失效。
8.如权利要求4所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于：如果失效设备属于预设集总始发事件的缓解设备，分别获取电厂在去除该预设集总始发事件后由其他始发事件导致的第一风险值和电厂由该预设集总始发事件导致的第二风险值，将第一风险值和第二风险值相加获取电厂的CDF。
9.如权利要求8所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，获取第一风险值具体包括：假设电厂系统中包含A、B两列管线，模型中仅包括A列管线，当电厂实际运行中A列设备失效时，将模型中的A列设备设为失效，利用建模软件计算出电厂总体的CDF1和单独计算该集总始发事件导致的CDF2，根据公式CDF1-CDF2计算出第一风险值；当电厂实际运行中B列设备失效时，无需设置模型，利用建模软件计算出电厂总体的CDF1和单独计算该集总始发事件导致的CDF2，根据公式CDF1-CDF2计算出第一风险值。
10.如权利要求8所述的一种基于PSA模型及建模软件的配置风险评价方法，其特征在于，获取第二风险值具体包括：根据第二风险值的计算公式==0.5*该集总始发事件频率*用A列缓解的失效概率*其他缓解系统的失效概率+0.5*该集总始发事件频率*用B列缓解的失效概率*其他缓解系统的失效概率；假设电厂系统中包含A、B两列管线，模型中仅包括A列管线，当电厂实际运行中A列设备或B列设备失效时，首先将该集总始发事件的频率变为原来的一半，利用建模软件计算出由该集总始发事件引起的风险值CDF3，再基于始发事件频率修改后的模型，将模型中A列管线上的设备设为失效，若电厂实际为B列管线上的设备失效，则也是将模型中A列管线上的设备设为失效，利用建模软件计算出由该集总始发事件引起的风险值CDF4，根据公式CDF3＋CDF4计算出第二风险值。
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