一种核电厂异常处理策略的设计方法与流程

本发明属于核电厂运营技术领域，涉及一种核电厂异常处理策略的设计方法。

背景技术：

核电厂的两大总目标为受控发电(可用性目标)和防止向环境释放放射性(安全目标)。当由于各种原因，机组偏离正常运行状态，或设备发生故障，而机组安全参数未超过运行限值，未触发保护系统和专设安全系统动作，这类状态下的主要策略是要求操纵员首先遵循异常运行下处理策略执行操作。

异常处理策略用于处理核电厂可能发生的各类异常工况，是核电厂安全的重要保证，也是核电厂纵深防御的重要组成部分。异常工况处理的目标就是最大限度地利用可用的功能及其它手段，以尽量减少或限制异常工况的后果，尽可能降低机组工况进一步恶化的可能性，并使机组恢复到一种安全的状态。

异常处理策略开发的难度包括以下两方面：

一是核电厂的组成和结构复杂程度远高于同等规模的燃料电厂。一座核电厂约包含300多个系统，数万台各类阀门。在核电厂的异常工况下运行所涉及的系统和设备数量众多，可能发生故障及异常的始发事件数量庞大，对各部分的操作顺序、操作时机和操纵员的相互配合也都有着复杂而精准的要求。核电厂的异常运行既是核电厂运行的重点同时也是难点。

二是核电厂异常工况运行瞬变比石化电厂要快的多(例如：蒸汽发生器水位变化与锅炉水位变化比较)，这也使得操纵员控制核电厂状态变的更加困难。

关于核电厂处理策略，现有技术中有一些报道。

例如中国专利申请201711183629.4公开了一种数字化压水堆核电厂主控室不可用故障处理策略分析方法，该方法确立了数字化压水堆核电厂主控室不可用故障处理策略的分析原则，分析机组的各种初始工况，得到所需设计的机组初始运行工况的清单，以及每个初始运行工况对应的操作策略，生成策略分析总表，将操作策略相同的相邻工况合并，生成策略合并表，确定策略合并表中每条路径的优先级，生成策略优先级表，分析策略的优先级，对步骤进行合并优化，完成整体的故障处理策略。

又如中国专利申请201810743902.2公开了一种压水堆核电厂故障诊断策略的设计方法。所述的设计方法包括如下步骤：(1)确定需要引导的故障规程的范围；(2)梳理被引导规程的入口条件；(3)确定诊断顺序；(4)基于故障征兆共性特征的诊断流程优化；(5)基于步骤(1)至步骤(4)的工作，得到包含被引导规程的范围和被引导规程的诊断顺序的故障诊断策略初稿。

又如中国专利申请201710155779.8公开了一种核电厂事故处理策略符合性验证方法。所述的验证方法包括如下工作：(1)准备工作：包括事故处理初步策略的制定，最佳估算程序核电厂模型的建立以及其他设计资料的准备，所述的其他设计资料包括事故处理策略中涉及到的相关系统和设备的工艺设计参数和仪控设计资料；(2)验证工作：包括需求分析、确定建模范围和边界条件、序列计算、定值分析、策略修改，并在策略修改后，重新开展序列计算和定值分析，循环迭代直至获得一个合理优化的事故处理策略。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，以能够基于不同的核电机组设计，得到最优的异常处理策略，更好地体现其先进性和安全性。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，所述的设计方法依次包括如下步骤：

(1)完成异常处理策略体系架构；

(2)异常处理诊断策略设计；

(3)特定工况处理策略框架分析；

(4)策略定值确定；

(5)策略验证确认及定型。

本发明的相关原理如下。

异常处理策略是以异常工况分析为基础，通过若干机组状态参数来监督和控制核电厂状态，避免机组状态进一步恶化。当这些参量相对于其正常运行整定值发生偏离时即为核电厂的异常工况。异常处理策略的设计主要包括以下几方面：

1、诊断策略设计

核电厂设计繁杂，涉及大量的系统和设备，其可能发生的异常工况数量非常巨大。在通过评估可能发生异常工况的后果后，确定异常处理策略覆盖异常工况范围。核电厂不同异常运行工况影响的机组安全性和经济性后果不尽相同，需设计诊断策略以识别出发生叠加故障时，异常工况处理的轻重缓急，避免出现由于应对后果较轻的异常工况，而使得后果较重的异常工况不能得到及时处理而导致机组运行安全受到威胁。

2、具体异常工况缓解策略设计

不同的异常工况对机组运行产生的影响不尽相同，其后果可能包括机组运行安全性和经济性两方面。因此对于不同的异常运行工况而言，需要具体分析其缓解策略。包括具体异常工况处理策略入口条件的设计，以及具体缓解策略的设计。另一方面，如何确保策略对异常工况的处理是否合理和准确也是需要解决的问题。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中步骤(1)中，异常处理策略体系的覆盖范围应包括处理不及时会触发停堆或要求触发专设的异常工况，和部分会导致放射性释放以及重要设备故障的异常工况。

异常处理策略的目标为防止异常状态参数进一步恶化而触发紧急停堆或专设动作。异常处理策略体系的作用为在出现异常瞬态时，稳定机组状态，避免停堆或要求触发专设。因此，需通过分析确定异常处理策略体系覆盖工况范围以完成异常处理策略的架构。

异常处理策略体系的覆盖范围应包括，处理不及时会触发停堆或要求触发专设的异常工况，本质上意味着该故障直接或间接影响电厂安全功能。另一方面，部分会导致放射性释放以及重要设备故障等异常工况，虽然不会直接威胁机组安全，但由于其与公众安全及电厂经济性相关，异常处理策略体系也应考虑覆盖。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中步骤(2)中，基于步骤(1)工作结论所确定的异常处理策略体系构架，还须完成对这些策略的执行优先级分析。该工作首先通过工况影响评级对应对对应工况的异常处理策略分为安全相关和经济相关两档，再通过同级别工况处理优先级分析确定同级别异常处理策略之间的处理优先等级，并最终完成异常诊断策略的设计。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中针对步骤(1)结论所对应的覆盖工况进行后果分析，针对其造成的安全性后果和经济性后果进行综合评价。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中：

异常工况的安全性后果可表示为：

ocs＝gcs(s1，s2，s3...，sn)*f+es；

异常工况的经济性后果可表示为：

oce＝φ*f+ee。

安全性后果ocs为基于工况模拟计算后对机组安全功能影响程度以及工况发生频率(f)确定，并充分考虑运行经验反馈。其中运行经验反馈为基于实际机组调研所确定的一个(0，1)间的权重值(es)，模拟计算安全功能影响的归一化后果(gcs)为工况发生后机组安全功能状态参数变化量(s)的函数gcs(s1，s2，s3...，sn)。

经济性后果oce为基于异常工况发生时对机组运行性影响分析，以及设备经济性影响评价分析确定，同时考虑运行经验反馈。其中运行经验反馈为基于实际机组调研所确定的一个(0，1)间的权重值(ee)，机组运行性影响分析结果为基于工况发生频率(f)以及造成机组状态异常经济损失权重(φ)确定。

对于核电厂异常处理而言，安全目标优先于经济目标。因此，诊断处理策略中应优先处理安全性后果高的工况，对于安全性后果较小的工况，基于经济性后果进行工况处理优先级设计。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中步骤(2)中，在对工况完成安全相关和经济相关两档划分后，还需基于并发故障分析，以确定由于某一始发异常工况而导致的并发异常工况下，诊断策略应引导操纵员优先处理始发异常工况。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中步骤(3)中，所述的特定工况处理策略框架分析包括策略入口分析、故障排查策略分析、稳定及后撤策略分析，

所述的策略入口分析针对特定异常工况完成模拟计算分析，确定该工况发生时影响较大的征兆，并基于系统设计，选取该征兆对应的核电状态参数作为策略入口；另外，策略入口还应统一协调考虑其它核电厂运行文件的接口及运行人员判断等；入口通常包括报警、事故处理策略等其它运行文件接口要求、运行人员要求等(参见图1)，

所述的故障排查策略分析为结合故障原因及系统设计确定具体故障的排查策略，

所述的稳定及后撤策略分析为针对异常工况对机组安全性和经济性的影响程度，分别制定安全功能控制策略和经济影响后撤策略。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中：

安全功能控制策略由安全功能状态分析、缓解策略分析、制定安全功能控制策略框架等部分组成；通过工况安全性影响分析确定该异常工况条件下，需缓解的安全功能优先级；针对各安全功能确定对应的缓解措施，分析包括缓解系统和设备的可用性分析、冗余性分析、可靠性分析等，以确定缓解措施的优先级；结合确定的安全功能缓解优先级和缓解措施优先级，制定安全功能控制策略框架，

经济影响后撤策略由后撤需求分析、后撤措施分析、制定后撤策略框架等部分组成；通过分析异常工况对正常运行的影响程度(如凝汽器对机组正常运行必需，而停堆工况对其不做可用性要求)，确定机组需后撤的需求状态；基于电厂设计，确定后撤措施，并完成其优先级分析；结合确定的后撤需求和后撤措施优先级，制定后撤策略框架。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中步骤(4)中，所述的策略定值确定的设计方法为：根据异常导则框架确定关键干预节点，进而确定计算序列；计算执行无人员干预时，工况发展趋势；结合人员干预时间确定定值初值；迭代计算考虑定值按操作策略框架人员干预的工况变化趋势；完成定值变化对工况缓解效果的敏感性分析；基于计算结果，结合本机组设计特点，评估优化整定值，直至最终满足缓解故障及稳定电厂安全状态的要求。

异常处理策略包含大量定值，用来监视机组状态并为操作提供判据。对于其中的关键定值，需通过针对特定故障进行计算定量分析确定。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂异常处理策略的设计方法，其中步骤(5)中，基于步骤(1)至(4)的分析结论，确定异常工况处理缓解策略初稿；通过人因等方面的验证确认过程确定该策略是否要求；若验证确认结果不满足验收准则要求，则应返回策略制定流程初始，重新进行分析及设计梳理等分析。

本发明的有益效果在于，利用本发明的核电厂异常处理策略的设计方法，能够基于不同的核电机组设计，得到最优的异常处理策略，更好地体现其先进性和安全性。

本发明的有益效果具体体现在：

(1)本发明适用于包括压水堆核电厂在内的不同堆型，为不同堆型的异常处理策略体系构架提供了一套设计方法；

(2)本发明首次提出了同时考虑安全性和经济性影响的特定异常工况的处理策略的设计方法，为不同核电堆型的特定异常工况处理策略提供了一套设计方法；

(3)本发明首次提出基于异常工况后果对安全性和经济性的定量评估方法及工况处理优先级设计方法，可用于不同核电堆型的异常诊断策略的设计；

(4)本发明首次提出一种异常处理策略的定值设计方法，可用于不同堆型核电厂异常处理策略的定值设计；

(5)本发明为操纵员提供了在异常工况处理时的最佳操作序列，避免了操纵员在异常工况处理过程中由于处理优先级较低的序列而导致的优先级较高的工况处理延误，进而影响机组的安全性和经济性。

附图说明

图1为异常处理策略入口条件类型示意图。

图2为示例性的本发明的核电厂异常处理策略的设计方法的流程图。

图3为示例性的本发明的核电厂异常处理策略的设计方法的详细执行流程图。

图4为具体实施方式中重要厂用水丧失策略框架示意图。

图5为具体实施方式中无定值人员干预工况发展趋势图。

图6为具体实施方式中有定值人员干预工况发展趋势图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

示例性的本发明的核电厂异常处理策略的设计方法的流程如图2、图3所示，依次包括如下步骤。

(1)完成异常处理策略体系架构

异常处理策略体系的覆盖范围应包括处理不及时会触发停堆或要求触发专设的异常工况，和部分会导致放射性释放以及重要设备故障的异常工况。

异常处理策略的目标为防止异常状态参数进一步恶化而触发紧急停堆或专设动作。异常处理策略体系的作用为在出现异常瞬态时，稳定机组状态，避免停堆或要求触发专设。因此，需通过分析确定异常处理策略体系覆盖工况范围以完成异常处理策略的架构。

异常处理策略体系的覆盖范围应包括，处理不及时会触发停堆或要求触发专设的异常工况，本质上意味着该故障直接或间接影响电厂安全功能。另一方面，部分会导致放射性释放以及重要设备故障等异常工况，虽然不会直接威胁机组安全，但由于其与公众安全及电厂经济性相关，异常处理策略体系也应考虑覆盖。

(2)异常处理诊断策略设计

首先通过工况影响评级对应对对应工况的异常处理策略分为安全相关和经济相关两档，再通过同级别工况处理优先级分析确定同级别异常处理策略之间的处理优先等级，并最终完成异常诊断策略的设计。

针对步骤(1)结论所对应的覆盖工况进行后果分析，针对其造成的安全性后果和经济性后果进行综合评价。

异常工况的安全性后果可表示为：

ocs＝gcs(s1，s2，s3...，sn)*f+es；

异常工况的经济性后果可表示为：

oce＝φ*f+ee。

在对工况完成安全相关和经济相关两档划分后，还需基于并发故障分析，以确定由于某一始发异常工况而导致的并发异常工况下，诊断策略应引导操纵员优先处理始发异常工况。

(3)特定工况处理策略框架分析

所述的特定工况处理策略框架分析包括策略入口分析、故障排查策略分析、稳定及后撤策略分析，

所述的策略入口分析针对特定异常工况完成模拟计算分析，确定该工况发生时影响较大的征兆，并基于系统设计，选取该征兆对应的核电状态参数作为策略入口；另外，策略入口还应统一协调考虑其它核电厂运行文件的接口及运行人员判断；入口通常包括报警、事故处理策略其它运行文件接口要求、运行人员要求，

所述的故障排查策略分析为结合故障原因及系统设计确定具体故障的排查策略，

所述的稳定及后撤策略分析为针对异常工况对机组安全性和经济性的影响程度，分别制定安全功能控制策略和经济影响后撤策略。

安全功能控制策略由安全功能状态分析、缓解策略分析、制定安全功能控制策略框架组成；通过工况安全性影响分析确定该异常工况条件下，需缓解的安全功能优先级；针对各安全功能确定对应的缓解措施，分析包括缓解系统和设备的可用性分析、冗余性分析、可靠性分析，以确定缓解措施的优先级；结合确定的安全功能缓解优先级和缓解措施优先级，制定安全功能控制策略框架，

经济影响后撤策略由后撤需求分析、后撤措施分析、制定后撤策略框架组成；通过分析异常工况对正常运行的影响程度，确定机组需后撤的需求状态；基于电厂设计，确定后撤措施，并完成其优先级分析；结合确定的后撤需求和后撤措施优先级，制定后撤策略框架。

(4)策略定值确定

所述的策略定值确定的设计方法为：根据异常导则框架确定关键干预节点，进而确定计算序列；计算执行无人员干预时，工况发展趋势；结合人员干预时间确定定值初值；迭代计算考虑定值按操作策略框架人员干预的工况变化趋势；完成定值变化对工况缓解效果的敏感性分析；基于计算结果，结合本机组设计特点，评估优化整定值，直至最终满足缓解故障及稳定电厂安全状态的要求。

(5)策略验证确认及定型

基于步骤(1)至(4)的分析结论，确定异常工况处理缓解策略初稿；通过人因方面的验证确认过程确定该策略是否要求；若验证确认结果不满足验收准则要求，则应返回策略制定流程初始，重新进行分析及设计梳理。

上述示例性的本发明的核电厂异常处理策略的设计方法的应用举例如下(以某型核电厂重要厂用水丧失异常工况为例)。

1、策略入口分析

针对重要厂用水丧失的后果分析，确定其入口征兆为泵出口压力低，重要厂用水流量低，以及换热器压差异常。

2、故障排查策略分析

重要厂用水丧失的故障原因包括泵机械故障、热交换器故障、能动阀门故障、管道破裂及仪表故障等。

3、基于安全功能控制策略分析确定的重要厂用水丧失处理策略框架如图4所示。

4、策略定值确定

确定关键干预节点，并结合人员干预时间，形成计算序列如下：

计算无基于定值人员干预时工况发展趋势，如图5所示。

确定策略框架内关键定值，如启动返冷对应水温等。迭代计算基于关键定值执行人员干预后的工况变化趋势，如图6所示。

确认框架及定值满足设计要求，形成重要厂用水丧失异常工况处理策略初稿。

5、完成验证及确认，形成重要厂用水丧失异常工况处理策略的设计。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。