基于FPGA的反应堆保护系统可靠性建模与分析

为建立基于现场可编程门阵列（FPGA）的反应堆保护系统的可靠性模型,以对系统安全提供有效的分析与验证手段。本研究采用故障树、随机Petri网模型,对CANDU堆1号停堆系统（SDS1）单通道进行可靠性建模与分析。对故障树模型分析得到最小割集,以顶事件发生概率作为系统故障概率,在考虑故障检测、维修与定期试验情况下对随机Petri网模型进行仿真得到系统的拒动概率。研究结果表明,故障树和状态空间方法存在一定局限性,随机Petri网能够反映故障检测与定期试验对反应堆保护系统的影响,可以动态地反映系统可靠性,并且避免了状态空间爆炸问题。因此,本研究建立的随机Petri网模型适用于反应堆保护系统的可靠性建模。      

CARR保护系统可靠性分析

保护系统是保证中国先进研究堆（CARR）安全的重要系统之一，它的高可靠性是保证其完成预期功能的重要条件。本工作以保护系统为研究对象，利用故障模式及影响分析和故障树等可靠性分析方法，建立相应模型，对保护系统进行了定性和定量的分析，得到了保护系统发生故障的概率和最小割集，其可靠性水平达到了CARR工程的设计要求，验证了设计，为CARR其他系统分析和验证奠定了基础。     

HTR-10常规岛热力系统中特殊子系统的运行可靠性分析

在利用事件树和故障树相结合的方法对核电站进行概率安全评价（PSA）分析中,其备用系统和可修复系统的运行可靠性分析是一个难点。本文利用故障树分析的技术和可靠性工程数学的分析方法,对10MW高温气冷堆（HTR－10）常规中的上述子系统的运行可靠性进行了深入的分析和研究,可供PSA分析人员参考。     

逻辑退化对数字化核反应堆保护系统可靠性的影响

主要论述数字化核反应堆保护系统(RPR)取代模拟RPR的优点,以及数字化系统符合逻辑退化对系统可靠性的影响。依据当前核电厂通用的4通道保护系统的架构和传统的可靠性框图(RBD)方法,建立2种系统可靠性模型,并对不同的逻辑退化方案进行讨论,结果表明:数字化系统优于模拟系统;数字化系统的逻辑退化在满足可靠度变小、诊断覆盖率很大时会降低系统的风险;诊断覆盖率对系统可靠性的贡献很大。同时本文提供了一种获得全系统或全厂的概率安全分析(PSA)所需基础数据的方法。     

田湾核电站数字化反应堆保护系统可靠性分析

分析了田湾核电站数字化反应堆保护系统的结构和基本功能,以故障树分析方法为基础,确定了数字化反应堆保护系统故障树的顶事件,建立了以反应堆停堆子系统失效为顶事件的故障树,利用RISK-SPECTRUM程序,对所建的故障树进行了定量分析和计算,得到了系统故障树的失效概率和最小割集,为田湾核电站运行和维修提供了有益的指导.     

ATWS缓解系统可靠性分析

未能紧急停堆的预期瞬态（ATWS）缓解系统是保证中国先进研究堆（CARR）安全的重要系统之一。当发生预期运行瞬态,反应堆未能紧急停堆时,通过ATWS缓解系统动作实现停堆,从而保护反应堆安全。ATWS缓解系统的高可靠性是保证其完成预期功能的重要条件,因此对该系统的可靠性给予了高度重视。本文以ATWS缓解系统为研究对象,利用故障模式及影响分析和故障树等可靠性分析方法,建立相应模型,对ATWS缓解系统进行了定性和定量的分析,得到了ATWS缓解系统发生故障的概率和最小割集,找出了薄弱环节,提出了改进措施和建议,其可靠性水平已达到CARR工程的设计要求,验证了设计,为CARR其他系统分析和验证奠定了基础。     

基于BDMP的AP1000设备冷却水系统动态可靠性分析

设备冷却水系统（CCS）是一类具有双重冗余的可修复系统,冗余设备的交替运行以及故障设备的修复等因素对可靠性分析结果影响较大。传统故障树分析因缺乏对时间因素的描述,对于此类动态时序问题,分析假设过于保守。针对故障树分析的上述局限性,采用布尔逻辑驱动的马尔可夫过程（BDMP）方法对先进压水堆（AP1000）CCS进行了动态可靠性分析。然后基于BDMP模型导出了最简故障组合,计算了系统失效概率,并分析了系统失效的主要贡献因素。结果表明,CCS失效概率对设备冷却水泵的共因失效因子敏感,降低泵的共因失效可提高CCS可靠性。      

反应堆保护系统可靠性分析辅助软件

针对某核电厂某型数字化仪表控制系统(DCS)的反应堆保护系统(RPS),分析其RPS功能和结构,提出图形化自动建模的需求。根据需求设计开发专用的可靠性分析辅助软件,能实现对RPS安全功能可靠性分析过程的图形化组态,可创建、修改和保存组态图,并具有组态方案自动分析、故障树信息自动生成和导出等功能。     

CPR1000核电厂DCS机柜失电分析

介绍了CPR1000核电厂数字化控制系统（DCS）的总体结构,以反应堆保护机柜（RPC）为基础,分析RPC的信号接口特性和信号关键路径节点的信号处理机制。结合RPC Ⅳ保护通道失电造成未能停堆的预期瞬变（ATWS）系统误发停堆信号的原因进行分析及优化,结果表明：对DCS机柜失电分析的研究是必要的,通过对RPC Ⅳ的给水流量信息进行优化和合理分配,可避免误发停堆信号。失电分析可优化仪控的设计,提高核电厂的可靠性。     

伊格纳林核电站RBMK-1500反应堆事故检测系统的动态可靠性和风险评价

本文给出了RBMK-1500反应堆事故检测系统（Accident Localization System，ALS）的可靠性和风险分析，以防止放射性向环境释放。系统的可靠性采用两种方法来估计和比较：传统的故障树方法和创新的基于随机微分方程的动态可靠性模型。对通过ALS的放射性释放的概率进行了估计。研究结果表明，在这个例子中传统的故障树模型方法在系统可靠性估计中存在高度的保守性。 对ALS进行可靠性研究的目的之一，就是证明动态可靠性分析方法与传统故障树，事件树方法相比较的优点。提出了对系统行为的动态方面进行处理的马尔科夫体系。虽然没有进行详细分析，但该体系仍然有能力解决非常多的部件失效的问题。简述了随机微分方程的计算方法，包括解析方法（仅适用相对小而简单的系统）和一些数值方法，如蒙特卡罗方法和对微分方程进行数值迭代的计算法。最后，对所研究系统的可靠性和使用的计算方法进行了评论和总结。     

岭澳核电站3,4号机组反应堆保护系统概率安全评价结果校算

为了评估数字化仪表控制系统对核电厂安全的影响,以电厂停堆系统和专设安全设施驱动系统为例,参考西门子公司提供的故障树逻辑,对主泵流量低及功率量程中子通量高于整定值停堆故障和蒸汽发生器(SG)低-低水位和同一SG中主给水流量低故障进行了概率安全分析.分析中分别采用西门子公司提供的输入数据及通过失效率、试验时间以及β因子方法计算得到的数据,对西门子的分析结果进行了校算,在主要割集和失效概率上得到更为真实的结果.结果表明,考虑2种多样性的反应堆保护系统停堆I&C功能需求失效概率均值为5.5×10~(-8),符合分布式控制系统(DCS)合同中确定的可靠性目标值(1.0×10~(-7))和辅助给水电动泵驱动信号功能需求失效概率均值(5.21×10~(-6)与8.32×10~(-6)),也符合DCS合同中确定的可靠性目标值(1.0×10~(-5)).     

Quantitative modeling of digital reactor protection system using Markov state-transition model

Recently, digital instrumentation and control systems have been increasingly installed for important safety functions in nuclear power plants such as the reactor protection system (RPS) and the actuation system of the engineered safety features. Since digital devices consist of not only electronic hardware but also software that can control microprocessors, the functions specific to digital equipment such as self-diagnostic functions have been becoming available. These functions were not realized with conventional electric components. On the other hand, it has been found that it is difficult to model the digital equipment reliability in probabilistic risk assessment (PRA) using conventional fault tree analysis technique. OECD/NEA CSNI Working Group of Risk Assessment (WGRisk) set up the task group DIGREL to develop the basis of reliability analysis method of the digital safety system and is now discussing about several issues including quantitative dynamic modeling. This paper shows that, taking account of the relationship among the RPS failures, demand after the initiating event, detection of the RPS fault by self-diagnostic or surveillance tests, repair of the RPS components and plant shutdown operation by the plant operators as a stochastic process, the anticipated transient without scram (ATWS) event can be modeled by the event logic fault tree and Markov state-transition diagrams assuming the hypothetical 1-out-of-2 digital RPS.     

HTR-PM反应堆保护系统软件可靠性增长模型的研究

研究数字化反应堆保护系统软件的可靠性对提高保护系统的整体可靠性具有重要的意义。本文在分析、整理HTR-PM保护系统软件开发过程中记录的测试数据基础上,研究并提出了基于错误严重程度的软件可靠性模型。软件测试过程中不同严重程度的错误其检测难度不同,导致检测率随时间的变化趋势不同,本文提出了严重程度比函数的概念以表述这一现象,并对不同严重程度错误的检测数据分别建模,使软件可靠性模型的预测结果更具有工程应用价值。     

基于FPGA的核安全级仪控系统设计与验证

为解决基于微处理器技术的核电厂安全级数字化仪控系统（DCS）中软件共因故障（CCF）的问题,通过多样性手段避免当未能紧急停堆的预计瞬态（ATWS）发生或反应堆保护系统（RPS）因CCF导致丧失安全功能的风险,本文设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）技术的核安全级DCS系统平台,并以核电厂中RPS为实例测试验证平台的功能性能。结果表明:基于FPGA的核安全级DCS系统平台在可用性、适用性和可靠性等方面都满足核电厂安全级数字化仪控系统的要求。      

Methodology for reliability allocation based on fault tree analysis and dualistic contrast

Reliability allocation is a difficult multi-objective optimization problem.This paper presents a methodology for reliability allocation that can be applied to determine the reliability characteristics of reactor systems or subsystems.The dualistic contrast,known as one of the most powerful tools for optimization problems,is applied to the reliability allocation model of a typical system in this article.And the fault tree analysis,deemed to be one of the effective methods of reliability analysis,is also adopted.Thus a failure rate allocation model based on the fault tree analysis and dualistic contrast is achieved.An application on the emergency diesel generator in the nuclear power plant is given to illustrate the proposed method.     

考虑自诊断的反应堆保护系统停堆功能可靠度评估模型研究

“在线自诊断”作为数字化仪控系统的重要特征,对核电厂反应堆保护系统（RPS）停堆功能的可靠性分析具有重要作用。通过分析自诊断对人因、定期试验等因素的影响,建立设备级误动模型;以典型RPS TX为例,通过马尔科夫方法建立动态的TX序列级和系统级模块误动模型;利用系统级模块误动模型定量计算TX停堆功能可靠度与自诊断的关系。通过定性分析与定量计算论证了综合考虑自诊断对RPS停堆功能可靠性分析的必要性,为后续国内RPS停堆功能的可靠性评价提供了借鉴。     

大亚湾核电站反应堆保护系统可靠性分析

以故障模式影响分析（FMEA）和FTA可靠性分析方法为基础，依据大亚湾核电站PRA事件树分析的结果，确定了反应堆保护系统（RPR）故障树的顶事件和成功准则，建立了以紧稳停堆失效和专设安全设施驱动失效为顶事件的故障，利用RISK－SPECTRUM程序，对所建的故障树进行定量分析与计算，得到系统故障的失效概率和最小割集，从而为大亚湾核电站可视化风险分析软件提供数据支持。     

Reliability model of the digital reactor protection system considering the repair time and common cause failure

Reliability of the digital reactor protection system (RPS) is intensively researched as it is designed and installed to ensure the safety and economy which can be measured respectively by the probability of failure on demand (PFD) and probability of spurious trip (PST). Meanwhile, by analyzing the failure modes of the digital RPS, the failure on demand and spurious trip are the two main modes that should be evaluated for the reliability of digital RPS. Therefore, this paper develops the PFD and PST calculation formulas considering the module repair time as the repair takes some time, and during the repair duration, the digital system is operated in the degraded configuration and the common cause failure (CCF) which would severely impact the system in the event of occurrence. Considering the failure phenomenon of the digital RPS, the binomial failure rate (BFR) model is adopted for CCF. And the fault-tolerance techniques and their fault coverage are considered when calculating the PFD and PST. The quantitative results show that, in the example, CCF dominates the PFD while CCF is one of the major factors that result in PST but the main contributor is the independent failure. Also it can be concluded that the discovery time for the undetected failures dominates the PFD and PST when it costs long time to discover the failures even though the uncovered failures are very few. Thus, the failures should be covered by the fault-tolerance techniques as much as possible when designing the digital RPS.