一種核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)可靠性分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于系統(tǒng)可靠性分析與設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核電站反應(yīng)堆保護系 統(tǒng)可靠性分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 系統(tǒng)可靠性表示系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。從整 個全生命周期的視角看，系統(tǒng)能否能夠完成預期功能有多個衡量指標：對于可修系統(tǒng)和設(shè) 備，衡量指標包括可靠度、平均故障間隔時間（MeanTimeBetweenFailure，MTBF)、平均修 復時間（MeanTimeToRepair，MTTR)、可用度、有效壽命等；對于不可修系統(tǒng)或產(chǎn)品，包括 可靠度、可靠壽命、故障率、平均壽命（MeanTimeToFailure，MTTF)等技術(shù)指標。
[0003] 產(chǎn)品設(shè)計結(jié)束后需要經(jīng)過嚴格的材料物理試驗與應(yīng)力篩選、生產(chǎn)和制造過程的工 藝控制，以及嚴格的質(zhì)量檢測等環(huán)節(jié)，這時產(chǎn)品所具有的可靠性被稱為"固有可靠性"?？煽?性試驗是產(chǎn)品研制單位和使用單位了解產(chǎn)品可靠性、獲得可靠性數(shù)據(jù)的基本途徑。由于產(chǎn) 品壽命試驗具有破壞性，設(shè)計和生產(chǎn)單位一般通過少量的試驗數(shù)據(jù)預測產(chǎn)品總體的壽命可 靠性水平和各類可靠性指標，這需要一種依據(jù)小子樣能夠?qū)ο到y(tǒng)可靠性水平和動態(tài)失效率 做出正確預計的高精度技術(shù)方法。
[0004] 核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的失效事件具有影響后果嚴重、影響時間長、影響范圍大 等高風險的特點，所以系統(tǒng)各個工作部件和結(jié)構(gòu)的可靠性標準要求很高，失效概率一般在 十萬次一遇或百萬次一遇的水平。應(yīng)用傳統(tǒng)可靠性估計方法，理論上需要每百萬次的可靠 性試驗才能獲得一個失效數(shù)據(jù)樣本，必然產(chǎn)生巨大的人力、物力和財力等成本消耗。如果能 夠提供一種基于幾百次或千次小子樣可靠性試驗，能夠獲得1〇_ 5~10 _6級別系統(tǒng)失效概率 的精確估計技術(shù)方法，無疑對解決復雜機電系統(tǒng)小失效概率的評價問題具有重要的工程意 義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)可靠性分析方 法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)可靠性分析方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、根據(jù)核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能聯(lián)系確定其故障樹模型；
[0009] 步驟2、用下行法求解引發(fā)頂事件即核電站緊急停堆失效發(fā)生的最小割集，即底事 件同時發(fā)生則導致頂事件發(fā)生的組合；
[0010] 步驟3、獲取核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的歷史故障數(shù)據(jù)即各個底事件發(fā)生故障的時 間統(tǒng)計數(shù)據(jù)樣本；
[0011] 步驟4、通過最小割集計算核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的壽命統(tǒng)計量，即核電站反應(yīng)堆 保護系統(tǒng)發(fā)生故障時已經(jīng)運行的時間；
[0012] 步驟5、建立核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)的信息熵模型，求解核 電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)最優(yōu)的壽命分布概率密度函數(shù)；
[0013] 步驟6、利用核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)求解核電站反應(yīng)堆保 護系統(tǒng)的失效概率，即核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)在t時刻之前發(fā)生故障的概率；
[0014] 步驟7、利用核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)求解核電站反應(yīng)堆保 護系統(tǒng)可靠度，即核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)在時間t之后仍然正常工作的概率；
[0015] 步驟8、利用核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)求解核電站反應(yīng)堆保 護系統(tǒng)動態(tài)失效率，即核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)工作到時刻t時尚未失效、在時刻t以后的單 位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率。
[0016] 所述步驟1包括以下步驟：
[0017] 步驟1. 1、確定故障樹的頂事件及導致頂事件發(fā)生的二級事件；
[0018] 故障樹的頂事件為核電站緊急停堆失效；
[0019] 導致頂事件的二級事件包括穩(wěn)壓器壓力低信號失效、停堆斷路器拒開、至少三束 控制棒卡??；
[0020] 任一二級事件發(fā)生均導致頂事件發(fā)生；
[0021] 步驟1. 2、確定故障樹中導致二級事件發(fā)生的三級事件；
[0022] 導致穩(wěn)壓器壓力低信號失效事件發(fā)生的事件包括穩(wěn)壓器壓力傳感器失效、三個穩(wěn) 壓器壓力傳感器閾值繼電器定值錯誤；
[0023] 導致停堆斷路器拒開事件發(fā)生的事件為兩個停堆斷路器共因失效；
[0024] 至少三束控制棒卡住事件視為底事件即導致核電站緊急停堆失效的不能再分的 事件；
[0025] 步驟1. 3、確定導致三級事件發(fā)生的可能事件即四級事件；
[0026] 導致穩(wěn)壓器壓力傳感器失效的事件包括相關(guān)的穩(wěn)壓器壓力傳感器失效；其中任意 兩個事件同時發(fā)生則會導致穩(wěn)壓器壓力傳感器失效事件的發(fā)生；
[0027] 三個穩(wěn)壓器壓力傳感器閾值繼電器定值錯誤、兩個停堆斷路器共因失效均為底事 件；
[0028] 步驟1. 4、確定導致四級事件發(fā)生的可能事件即五級事件；
[0029] 步驟1. 5、確定導致五級事件發(fā)生的可能事件即六級事件，直至該事件不能再分為 止，引發(fā)頂事件即核電站緊急停堆失效事件發(fā)生的所有可能事件搜尋完畢，得到底事件。
[0030] 步驟5所述核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)按如下步驟建立：
[0031] 步驟5. 1、引入最大熵估計方法，建立核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的信息熵模型；
[0032] 步驟5. 2、確定核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)信息熵優(yōu)化模型的約束條件，包括核電站反 應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命統(tǒng)計量的分數(shù)矩的建立、核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù) 估計的積分值為1 ;
[0033] 步驟5. 3、引入拉格朗日方程求解核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)最大熵約束優(yōu)化問題，使 拉格朗日方程對核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度估計量求偏導數(shù)，令其值等于0， 得到核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)的解析式估計；
[0034] 步驟5. 4、引入K-L距離方法，建立求解核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度 函數(shù)參數(shù)的無約束優(yōu)化模型；
[0035] 步驟5. 5、利用歷史故障數(shù)據(jù)求解核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù) 的拉格朗日乘子A與分數(shù)矩指數(shù)a;
[0036] 步驟5. 6、將拉格朗日乘子X與分數(shù)矩指數(shù)a代入步驟5-3中的核電站反應(yīng)堆 保護系統(tǒng)的概率密度函數(shù)的解析式估計，得到核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函 數(shù)。
[0037] 有益效果：
[0038] 本發(fā)明突破了傳統(tǒng)方法對大量觀測樣本的依賴，依據(jù)少量可靠性試驗數(shù)據(jù)對系統(tǒng) 整體的壽命分布與動態(tài)失效率做出預測，計算結(jié)果與基于大樣本的蒙特卡洛模擬結(jié)果相 符，為小失效概率情況下核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的壽命預測和動態(tài)失效率評估提供技術(shù)方 法。
【附圖說明】
[0039] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)可靠性分析方法流程圖； [0040]圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)故障樹模型；
[0041] 圖3是本發(fā)明【具體實施方式】的簡化后的故障樹模型；
[0042] 圖4是本發(fā)明【具體實施方式】的核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)建 立流程圖；
[0043] 圖5是本發(fā)明【具體實施方式】的核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)壽命分布概率密度函數(shù)； [0044]圖6是本發(fā)明【具體實施方式】的核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)失效概率預測曲線；
[0045] 圖7是本發(fā)明【具體實施方式】的核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)可靠度預測曲線；
[0046] 圖8是本發(fā)明【具體實施方式】的核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)動態(tài)失效率預測曲線。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0048] 以某核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的可靠性分析為例，詳細說明本發(fā)明方法的實施過 程，該核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)可靠性分析方法，如圖1所示，包括以下步驟：
[0049] 步驟1、根據(jù)核電站反應(yīng)堆保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能聯(lián)系確定其故障樹模型；
[0050] 步驟1. 1、確定故障樹的頂事件及導致頂事件發(fā)生的二級事件；
[0051] 故障樹的頂事件為核電站緊急停堆失效（RCPS000);
[0052]導致頂事件的二級事件包括穩(wěn)壓器壓力低信號失效（RCPS001)、停堆斷路器拒開 (RCPS002)、至少三束控制棒卡住（RCPS003);
[0053] 任一二級事件發(fā)生均導致頂事件（RCPS000)發(fā)生；
[0054] 步驟1. 2、確定故障樹中導致二級事件發(fā)生的三級事件；
[0055] 導致穩(wěn)壓器壓力低信號失效事件（RCPS001)發(fā)生的事件包括穩(wěn)壓器壓力傳感器 失效（RCPS004)、三個穩(wěn)壓器壓力傳感器閾值繼電器定值錯誤（PCF005-013);
[0056] 導致停堆斷路器拒開事件（RCPS002)發(fā)生的事件為兩個停堆斷路器共因失效 (RPA300JA-R0)；
[0057] 至少三束控制棒卡住事件（RCPS003)視為底事件即導致核電站緊急停堆失效的 不能再分的事件；
[0058] 步驟1. 3、確定導致三級事件發(fā)生的可能事件即四級事件；
[0059] 導致穩(wěn)壓器壓力傳感器失效（RCPS004)的事件包括相關(guān)的穩(wěn)壓器壓力傳感器失 效，具體是穩(wěn)壓器壓力傳感器RCP005MP失效（RCPS005)、穩(wěn)壓器壓力傳感器RCP006MP失效 (RCPS006)和穩(wěn)壓器壓力傳感器RCP007MP失效（RCPS007);其中任意兩個事件同時發(fā)生則 會導致穩(wěn)壓器壓力傳感器失效（RCPS004)事件的發(fā)生；
[0060] 三個穩(wěn)壓器壓力傳感器閾值繼電器定值錯誤（PCF005-013)、兩個停堆斷路器共因 失效（RPA300JA-R0)均為底事件；<