用于反應堆動態概率風險評價的事件序列圖研究

文 華 劉紅宇 謝海燕

1中國人民解放軍91630部隊，廣東廣州510715

2海軍工程大學船舶與動力學院，湖北武漢430033

用于反應堆動態概率風險評價的事件序列圖研究

文 華1劉紅宇1謝海燕2

1中國人民解放軍91630部隊，廣東廣州510715

2海軍工程大學船舶與動力學院，湖北武漢430033

動態概率風險評價的研究方法理論性強、技術難度高、掌握運用困難，從而限制了其實際應用。在Cassini任務PRA的基礎上，對事件序列圖方法進行拓展和完善，采用事件序列圖方法進行反應堆動態概率風險評價，研究反應堆事故中動態因素對系統和事故發展進程及其后果的影響。通過對反應堆冷卻劑系統失流事故的分析，闡述事件序列圖法在反應堆事故分析中的應用過程。事件序列圖分析提供了足夠的系統動態信息，易于工程技術人員理解、掌握和應用，適合于大型系統的動態概率風險評價。

事件序列圖；動態概率風險評價；動態特性

1 引言

概率風險評價（PRA）的基本任務是確認系統可能的事故場景和后果及其發生概率。動態系統中的硬件、軟件和人員之間及其與環境之間存在復雜的交互作用。硬件、軟件、人員等系統要素狀態的變化即為事件，在PRA研究中應特別考慮事件的發生時間和發生順序以及過程變量的相關性等動態問題。故障樹和事件樹方法本質上是靜態方法，對處理系統的動態問題有缺陷，為了描述動態因素對系統的影響，發展了許多方法，統稱為“動態法”，分為連續法如連續事件樹和離散法，如Dylam、Detam、ADS、DDET和連續CCMT等［1］。這些方法的提出在一定范圍內針對了具體系統特定的動態概率風險評價問題，但是由于各自的局限而無法在工程應用領域中得到廣泛的應用［2］，為了能夠解決這一矛盾，需在已有方法的基礎上作出新的探索。

事件序列圖法 （ESD）是事件場景的直觀體現，通過鑒別及構造事件的時間序列，反映出系統的動態特性［3－7］。國內外對ESD方法的應用做過一些研究，取得了一些成果，如將ESD用于提高操作員對事故場景的理解，監控事故發展進程［8，9］；為建造事件樹起到定性的輔助作用［10］；用于定量研究簡單的化學系統。由于船用堆的安全系統相對單薄，可利用資源相對較少，因此對操縱人員的依賴性大，人為干預環節多，動態性更加明顯，但目前ESD還沒有用于艦艇反應堆的相關研究。本文闡述了ESD的基本框架和分析流程，完善并增加了部分圖形符號，以船用堆冷卻劑系統為研究對象，分析了失流事故的演變過程，建立了事故的ESD模型，實現了ESD在船用堆事故中的應用，對反應堆事故分析和事故操作規程的制定有重要的指導意義。

2 ESD基本框架

ESD的基本單元包括事件、條件、邏輯門、過程參數集、約束條件和相依性規則。事件是指分析人員可觀察到的任何物理現象，分為時間分布事件、基于需求的事件、不可量化事件（即注釋）和終態；條件是指控制場景按不同路徑發展的規則，包括時間條件和物理變量條件；邏輯門包括邏輯與門和邏輯或門；過程參數集是指包括時間和其他影響系統的物理參數的集合；約束條件是指事件或者過程參數的時間間隔集合，它們與多個連續事件的發生時間競爭；相依性規則用于描述各系統設備之間如何影響以及和過程參數集的交互。

為對動態系統進行直觀描述，ESD將其基本要素采用動態邏輯符號表示，現有的ESD方法創建了事件、條件、競爭以及各種邏輯門的圖形符號。盡管如此，在實際應用中，還是存在現有ESD符號所無法表達或者是表達起來非常復雜的情況。因此，為了進一步提供ESD對動態問題的描述能力，必須根據實際應用需要對其進行擴展，包括提出一些新的ESD符號。本文建立了順序門、N中取K門、可擴展門和限制等符號，形成了比較完整的ESD圖形符號集。ESD中常用的各種符號如表1所示。順序門描述N個事件必須按照一定的順序發生之后，下一個事件才能發生的情況。N中取K門描述N個事件中必須有K個以上事件發生之后，下一個事件才會發生的情況。可擴展門描述實際ESD模型中相同的事件序列分支，使ESD模型更加簡潔易讀。

ESD方法是一種直觀的圖形描述方法，能真實地描述出系統的事故場景，比較準確地給出系統的各個事故場景的發生概率，同時由于運用ESD方法所得到的動態PRA結果能夠提供足夠的系統結構信息，因此ESD方法容易為工程技術人員理解并掌握和應用。此外，ESD方法比較容易運用計算機輔助技術來支持這一優勢，從而推動ESD方法在動態PRA中的應用。

3 反應堆冷卻劑系統

反應堆冷卻劑系統是導出反應堆產生的熱量并將其傳給蒸汽發生器二次側工質的冷卻劑循環系統［11］。系統原理圖如圖1所示。P1和P2為反應堆主冷卻劑泵，P1運行，P2備用。一旦P1失效，系統經過一定的延遲（約0.5 s）啟動P2。V1和V2為閘閥。SQ為流量傳感器，STe為溫度傳感器，ST為周期傳感器。CQ為流量控制器，當流量傳感器探測到流量達到低流量限值時，系統將通過流量控制器啟動停堆邏輯。CTe為溫度控制器，當反應堆出口溫度達到高溫限值時，系統將通過溫度控制器啟動停堆邏輯。CT為周期控制器，當反應堆出現短周期時，系統將通過周期控制器啟動停堆邏輯。CP為功率控制器，當反應堆超功率時，系統通過功率控制器啟動停堆邏輯。SDL為停堆邏輯，SCM為緊急停堆裝置。

表1ESD的常用符號

圖1 反應堆冷卻劑系統原理圖

4 失流事故ESD分析

4.1 假設條件和邊界條件

假設系統在運行期間發生失流事故，從系統圖可以看出，當泵失效或者閥門關閉都將導致系統喪失冷卻劑流量，發生失流事故。初始事件為t＝0時刻泵P1失效或者閥門1或2失效。系統運行期間，各傳感器SQ、STe、SP和ST可能產生誤信息，由于其概率極小，假定傳感器不會產生誤信息。當失流事故發生后，只考慮系統是否能夠實現緊急停堆，不考慮反應堆停堆后的事故處理，如果反應堆能在允許時間內實現停堆，認為反應堆是安全的，否則認為反應堆失控。

4.2 ESD分析過程

考慮系統在運行期間發生失流事故，采用ESD方法對系統的事故場景進行分析。下面簡述ESD模型的建立過程。本文詳細描述初始事件為泵P1在t＝0時失效的ESD模型建立過程。初始事件為閥門1或2失效時，其建立過程類似。

P1失效后，P2與P1處于聯鎖狀態，P2將會自動啟動，在P1失效和P2啟動之間有一個延遲，延遲時間在0~0.5 s之間。延遲期間，備用泵可能發生故障，該故障可能在備用期間就已經發生了，也有可能在啟動過程中發生。如果P2在延遲期間發生故障，系統朝著失流方向發展。如果系統在整個任務時間Tm內，P2都沒有失效，那么系統將正常運行。因此，事件的發生時間必須小于Tm，否則事件將不會發生。任務時間實際上是系統的一個全局限制。如果停堆邏輯或者緊急停堆裝置失效，反應堆將因無法緊急停堆而失控，在此期間，操縱員發現故障并實施手動停堆所允許的最長時間為tm。系統的ESD模型如圖2所示。可擴展門第D、E、F與可擴展門C情形類似；可擴展門H、I與G相類似；可擴展門K與J相類似，本文不再給出。

圖2 失流事故的ESD模型

5 結論

ESD給出了一種簡單的方法來獲得在系統建模中大量的復雜動態現象。本文在現有的ESD框架的基礎上，完善并擴展了圖形符號體系，運用ESD方法對反應堆失流事故進行了分析，探討了失流事故的演變過程，建立了失流事故的ESD模型。與傳統的事件樹和故障樹方法相比，ESD分析給出了系統大量的動態信息，圖形符號簡單易懂，易于工程技術人員理解、掌握和應用，更適合于大型系統的動態概率風險評價。同事件樹與故障樹一樣，實現ESD的定量分析能為確定論分析提供依據，因此，如何進行可行且可信的ESD定量分析是未來的重點研究內容和努力方向。

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［5］周經綸，鄭龍.基于ESD的動態系統安全性建模與實現［J］.計算機工程與應用，2007，43（12）：129－132.

［6］譚林，龔時雨，郭波.計算機輔助故障模式影響分析與事件序列圖綜合分析方法研究 ［J］.安全與環境學報，2007，7（3）：137－140.

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Study of the Event Sequence Diagram for Reactor Dynamic Probabilistic Risk Assessment

Wen Hua1Liu Hong－yu1Xie Hai－yan2
1 The 91630 Troops of PLA，Guangzhou 510715，China 2 College of Naval Architecture and Power，Naval Univ.of Engineering，Wuhan 430033，China

The methodologies used for dynamic probabilistic risk assessment（DPRA）are highly academic and they are difficult to command，which restrict the practical application.The event sequence diagram （ESD）method is extended and perfected based on the Cassini mission PRA.And then ESD method is used for the reactor DPRA，in order to study the effects of dynamic factors on the systems and the accident progression and consequences.The loss－of－flow accident is taken for example to show the application of ESD to the reactor accident analysis.With enough dynamic information for the system，ESD analysis is easy for engineering to understand and command and is suitable for DPRA of large systems.

event sequence diagram；dynamic probabilistic risk assessment；dynamic characteristics

TL333

：A

：1673－3185（2009）01－60－04

2008－11－21

文 華（1980－），男，助理工程師。研究方向：裝備維修保養。E-mail：441055760＠qq.com