面向系統(tǒng)動(dòng)態(tài)與非能動(dòng)特性的概率安全評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、核能是目前唯一一種可以替代化石能源的可持續(xù)新型清潔能源，而核安全是核能持續(xù)發(fā)展的生命線。概率安全評(píng)價(jià)(Probabilistic Safety Assessment，PSA)是核電廠安全分析的兩種重要方法之一，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于核能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維修和退役各個(gè)階段。
　　傳統(tǒng)PSA（基于故障樹/事件樹）方法在處理系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和非能動(dòng)特性問(wèn)題時(shí)還有很大的不足和缺陷:傳統(tǒng)PSA方法需要將系統(tǒng)中的“動(dòng)態(tài)”問(wèn)題轉(zhuǎn)化為靜態(tài)問(wèn)題來(lái)處理，而不能直接

2、處理“動(dòng)態(tài)”問(wèn)題;傳統(tǒng)PSA方法不能用于分析和評(píng)價(jià)非能動(dòng)系統(tǒng)的功能失效。
　　近些年發(fā)展出來(lái)用于解決系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題的動(dòng)態(tài)PSA方法存在計(jì)算消耗大的問(wèn)題，而常被應(yīng)用于非能動(dòng)系統(tǒng)功能失效分析的蒙特卡洛模擬同樣存在著計(jì)算消耗大的問(wèn)題。為了解決PSA分析中的上述問(wèn)題，本文進(jìn)行了以下研究:
　　(1)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)PSA方法的特性對(duì)比研究。研究的對(duì)象包括蒙特卡洛(MC)模擬、動(dòng)態(tài)事件樹(DET)和蒙特卡洛動(dòng)態(tài)事件樹方法(MCDET)。用

3、上述三種動(dòng)態(tài)PSA方法分別為兩個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)建立了動(dòng)態(tài)PSA模型。模型中考慮部件老化、狀態(tài)相依、可維修、部件故障順序與時(shí)間等動(dòng)態(tài)因素對(duì)結(jié)果的影響。結(jié)果表明動(dòng)態(tài)事件樹方法的計(jì)算耗時(shí)與任務(wù)時(shí)間呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系，適用于短任務(wù)時(shí)間的模擬;而MC模擬和MCDET兩種方法的計(jì)算耗時(shí)與任務(wù)時(shí)間呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，在長(zhǎng)任務(wù)時(shí)間模擬上更具優(yōu)勢(shì)。
　　(2)提出了一種偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率的MC模擬方法。該方法通過(guò)在選定的偏置部件旁邊串聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)移率較大的虛擬部件，

4、提高“整體”轉(zhuǎn)移率，增大MC模擬中模擬到與該部件相關(guān)的系統(tǒng)失效事件，可提高M(jìn)C模擬的捕捉稀有事件效率和方法性能。通過(guò)本文的例題測(cè)試，該方法在捕捉稀有失效事件的平均耗時(shí)有顯著降低。
　　(3)提出了一種偏置MCDET方法。本文將上述的偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率方法與MCDET方法耦合。在偏置MCDET模型中，對(duì)一些與系統(tǒng)失效相關(guān)的小概率失效部件進(jìn)行偏置，并采用偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率方法代替直接MC方法進(jìn)行抽樣。該方法可進(jìn)一步提高方法的模擬效率。將該方法

5、應(yīng)用于應(yīng)急與備用電源系統(tǒng)(Emergency and Standby Power System，ESPS)的可靠性分析中，計(jì)算結(jié)果表明:耦合后的方法的捕捉稀有事件效率明顯高于MCDET方法。
　　(4)提出了兩種響應(yīng)面構(gòu)造方法，即:改進(jìn)響應(yīng)面擬合方法和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多方法耦合方法。兩種方法可擬合出兩種近似的數(shù)學(xué)模型，代替計(jì)算消耗昂貴的確定論模型，用于非能動(dòng)系統(tǒng)功能失效的PSA分析。將兩種方法應(yīng)用于中國(guó)鉛基研究實(shí)驗(yàn)堆CLEAR-Ⅰ