一种核电站系统误动率计算方法
【专利摘要】本发明提供了一种核电站系统误动率计算方法，基于马尔可夫理论的MooN架构，即当属于所述核电站系统的N个部件中，有M个部件处于正常工作状态，所述核电站系统能正常工作，建立核电站相关系统的状态空间图以及核电站系统故障频率稳态表达式其中λ为误动失效率；μ为修复率。当处理维修策略有变化时，无需重新建立计算模型，只需对相关参数进行修改，即可得到维修策略调整后的结果。
【专利说明】-种核电站系统误动率计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于核电领域安全级仪控【技术领域】，特别涉及一种核电站系统误动率计算 方法。
【背景技术】
[0002] 误动率，是指在现场工况正常的情况下，安全级仪控系统因自身随机故障误执行 安全功能的频率（即安全级仪控系统自身的部件出现失效情况而引起系统误动）。一旦安 全级仪控系统执行安全功能，现场工况被强制终止，此时需要开展一系列排查、记录、恢复 等处理措施，直至安全功能执行的原因被查明并将现场工况恢复至可继续运行的状态，才 能重启现场工况。因此，误动率是安全级仪控系统造成现场工况非预期停运的重要评价指 标，准确反应了安全级仪控系统的经济性。
[0003] IEEE Std 577是核电厂安全级仪控系统可靠性分析的顶层标准，明确提出了安全 级仪控系统误动率要求。然而，此标准并没有提供误动率的通用计算方法，因此，目前，主流 的核电仪控供应商基于可靠性理论，结合自身实践经验，各自独立推导出了系统误动率计 算方法，例如，三菱公司应用可靠性框图理论计算误动率，西屋公司和AREVA则应用故障树 理论推导误动率计算公式。
[0004] 由于安全级仪控系统的总体架构一般为MooN型表决系统（即：N中取M表决系统， 如4取2、3取2、2取1等，此类系统由N个独立同分布的部件构成，只有M个或M个以上部 件正常工作，系统才能正常工作），属于可修系统，而且维修策略较为复杂，对于此类架构的 可修系统，无论误动率算法的核心原理是可靠性框图还是故障树理论，均存在不足之处：
[0005] 1)对于基于可靠性框图的误动率算法，
[0006] 可靠性框图是从可靠性角度出发研究系统与部件之间的逻辑图，是系统单元及其 可靠性意义下连接关系的图形表达，表示单元的正常或失效状态对系统状态的影响，但是 由于可靠性框图的主要适用对象为不可修系统，故其计算模型无法直观地反映维修策略， 只能通过在计算公式中引入维修参数来体现维修策略，这造成了计算模型和计算公式不匹 配，模型和公式的正确性难以得到保证。
[0007] 其产生原因是：可靠性框图的主要适用对象为不可修系统，其计算模型无法直观 地反映维修策略，只能通过在计算公式中引入维修参数来体现维修策略。
[0008] 2)对于基于故障树理论的误动率算法，
[0009] 故障树在系统设计过程中通过对可能造成系统失效的各种因素（包括硬件、软 件、环境、人为因素）进行分析，画出逻辑框图（失效树），从而确定系统失效原因的各种可 能组合方式或其发生概率，已计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性 的一种设计分析方法，它是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符 号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事的"因"， 逻辑门的输出事件是输入事件的"果"，由此可见，虽然模型可以直观地反映维修策略，但 一个模型只能体现一种维修策略，当需要对不同的维修策略进行比较时，则需要重新建立 数个不同的模型才能进行评估比较，这对于单元数量巨大、架构复杂的系统，将产生巨大地 工作量。
[0010] 其产生原因是：虽然模型可以直观地反映维修策略，但一个模型只能体现一种维 修策略，当需要对不同的维修策略进行比较时，则需要重新建立数个不同的故障树模型才 能进行评估比较
【发明内容】
[0011] 由于核电相关标准没有给出通用的误动率计算方法，主流仪控供应商推导的MooN 类架构可修系统误动率计算方法并不统一，且均存在不同程度的不足之处，因此，针对上述 技术存在的问题，本发明的目的是引入一种基于马尔可夫理论的误动率计算方法，此方法 既能够充分考虑MooN架构系统的维修策略，又能够在维修策略变化时，大大提高重新建模 的效率。
[0012] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种核电站系统误动率计算方法， 包括以下步骤：
[0013] Sl :根据马尔可夫过程建立所述核电站系统状态空间图，
[0014] 所述状态空间图包括：当属于所述核电站系统的N个部件中，有M个部件处于正 常工作状态，所述核电站系统能正常工作，否则所述核电站系统处于故障状态；其中，MXK N>M ；
[0015] S2:根据所述核电站系统状态空间图，通过设定概率矩阵以及对所述概率矩阵的 计算，得到所述核电站系统故障频率稳态表达式：
【权利要求】
1. 一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其特征在于， S1:根据马尔可夫过程建立所述核电站系统状态空间图， 所述状态空间图包括：当属于所述核电站系统的N个部件中，有M个部件处于正常工作 状态，所述核电站系统能正常工作，处于稳定状态，否则所述核电站系统处于故障状态；其 中，M>0、N>M; S2:根据所述核电站系统状态空间图，通过设定概率矩阵以及对所述概率矩阵的计算， 得到所述核电站系统在稳定状态下误动率表达式：
其中，F为所述核电站系统在稳定状态下误动率表达式，为误动失效率，由系统给 定；U为修复率。
2. 根据权利要求1所述的一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其特征在 于，所述状态空间图还包括：所述核电站系统有N-M+2个不同状态，所述概率矩阵为N-M+2 阶方阵：
其中，当发生故障的部件大于1时，只能有一个部件处于维修状态，其他故障部件处于 待维修状态；并且〇状态至N-M状态为所述核电站系统正常运行状态，N-M+1状态属于所述 核电站系统故障状态。
3. 根据权利要求1-2任一项所述的一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其 特征在于，通过设定概率矩阵以及对所述概率矩阵的计算过程为： 1) 根据所述N-M+2阶方阵T，得到一个状态方程系数矩阵A:
其中，U为N-M+2阶单位矩阵； 2)根据所述状态方程系数矩阵A得到状态方程式：/^^心实中，P为各状态的列向 量，P为各状态概率倒数的列向量； 3) 将步骤2)的所述状态方程式展开得到：
4)将所述步骤3)中的等式展开，并进行拉式变换得到所述步骤S2中所述核电站系统 故障频率稳态表达式； 优选的，所述修复率U= 1/MTTR，其中MTTR为平均故障修复时间，由系统给定。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其 特征在于，所述的一种核电站系统为核电站的停堆保护子系统RTS;所述停堆保护子系统 RTS的N个部件为：4个完全相同的安全通道； 所述停堆保护子系统RTS的状态空间图包括：当属于所述停堆保护子系统RTS的4个 完全相同的安全通道中，至少有2个安全通道处于正常工作状态，则所述停堆保护子系统 RTS正常工作，反之所述停堆保护子系统RTS处于故障状态； 优选的，所述停堆保护子系统RTS的故障状态为误动状态； 优选的，当至少有2个安全通道的输出结果为"触发"则执行停堆保护功能，反之则维 持非触发状态。
5. 根据权利要求4所述的一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其特征在 于，所述停堆保护子系统RTS的安全通道包括：模拟量输入AI模块、主处理单元MPU模块和 数字量输出DO模块； 所述停堆保护子系统RTS的误动失效率（通道）=误动失效率（AI) +误动失效率 (MPU) +误动失效率（DO); 优选的，所述误动失效率（AI) = 4. 37E-5 ; 所述误动失效率（MPU) =L22E-4 ; 所述误动失效率0〇) = 3. 13E-5 ; 所述误动失效率（通道）=2. 07E-4 ; 优选的，所述停堆保护子系统RTS的平均故障修复时间MTTR= 72小时；所述停堆保护 子系统RTS的修复率y= 0. 014h。
6. 根据权利要求4-5任一项所述的一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其 特征在于，根据所述步骤S2中核电站系统故障频率稳态表达式：
将 M= 2，N= 4;A=2. 07E-4 ;y= 0. 014带入得到所述停堆保护子系统RTS的故障频率稳 态表达式：F= 1. 02E-6QT1);其中，1T1为单位，表示每小时所述发生误动的几率。
7. 根据权利要求4所述的一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其特征在 于，所述停堆保护子系统RTS的状态包括： 状态〇 :所有安全通道正常运行； 状态1 :1个安全通道处于维修状态，其余安全通道正常运行； 状态2 :1个安全通道处于维修状态，1个安全通道待维修，剩余2个安全通道正常运 行； 状态3 :1个安全通道处于维修状态，2个安全通道待维修，剩余1个安全通道正常运 行； 其中，当所述停堆保护子系统RTS处于状态0、状态1或状态2任意一种时，所述停堆 保护子系统RTS正常工作；当所述停堆保护子系统RTS处于状态3时，所述停堆保护子系统 RTS处于误动状态。
8.根据权利要求1所述的一种核电站系统在稳定状态下误动率计算方法，其特征在 于，所述核电站系统在t_0时刻所处的状态为已知的条件下，过程时刻t>t_0所处状态的 条件分布与过程在时刻t_0之前所处的状态无关。
【文档编号】G06F19/00GK104408312SQ201410697546
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】莫昌瑜, 李明利, 唐庆, 谢逸钦 申请人:北京广利核系统工程有限公司, 中国广核集团有限公司