面向系統(tǒng)動態(tài)與非能動特性的概率安全評價方法研究.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。概率安全評價(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、運行、維修和退役各個階段。
　　傳統(tǒng)PSA（基于故障樹/事件樹）方法在處理系統(tǒng)動態(tài)和非能動特性問題時還有很大的不足和缺陷:傳統(tǒng)PSA方法需要將系統(tǒng)中的“動態(tài)”問題轉(zhuǎn)化為靜態(tài)問題來處理，而不能直接

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

3、上述三種動態(tài)PSA方法分別為兩個基準測試系統(tǒng)建立了動態(tài)PSA模型。模型中考慮部件老化、狀態(tài)相依、可維修、部件故障順序與時間等動態(tài)因素對結(jié)果的影響。結(jié)果表明動態(tài)事件樹方法的計算耗時與任務(wù)時間呈指數(shù)增長關(guān)系，適用于短任務(wù)時間的模擬;而MC模擬和MCDET兩種方法的計算耗時與任務(wù)時間呈線性增長關(guān)系，在長任務(wù)時間模擬上更具優(yōu)勢。
　　(2)提出了一種偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率的MC模擬方法。該方法通過在選定的偏置部件旁邊串聯(lián)一個轉(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MC模擬的捕捉稀有事件效率和方法性能。通過本文的例題測試，該方法在捕捉稀有失效事件的平均耗時有顯著降低。
　　(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，對一些與系統(tǒng)失效相關(guān)的小概率失效部件進行偏置，并采用偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)移率方法代替直接MC方法進行抽樣。該方法可進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，代替計算消耗昂貴的確定論模型，用于非能動系統(tǒng)功能失效的PSA分析。將兩種方法應(yīng)用于中國鉛基研究實驗堆CLEAR-Ⅰ