秦山三期重水堆核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器研發(fā)進(jìn)展

吳宜燦,胡麗琴,李亞洲,羅月童,袁 潤,王 芳,王家群,顧曉慧,汪 進(jìn),陳珊琦,王強(qiáng)龍,黃群英,汪建業(yè),張振華,陳明軍,曾 春,宋明海,蘇長松,彭曉春,張剛平

(1.中國科學(xué)院等離子體物理研究所,安徽 合肥 230031;2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),安徽 合肥 230026;3.秦山第三核電有限公司,浙江 嘉興 314300)

1 國內(nèi)外發(fā)展概況

經(jīng)過多年的研究和發(fā)展,核電站概率安全評(píng)價(jià)(PSA,Probabilistic Safety A ssessment)技術(shù)已逐步成熟,作為PSA技術(shù)高級(jí)應(yīng)用的核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)(RM,Risk Monitor)可在核電站運(yùn)行和維修決策中發(fā)揮重要的指導(dǎo)作用,已逐漸成為研究熱點(diǎn)。風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)是基于當(dāng)前系統(tǒng)和設(shè)備真實(shí)狀態(tài)而確定核電站瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)[1],它不僅能夠?yàn)楹穗娬救粘＿\(yùn)行安全管理提供必要的風(fēng)險(xiǎn)信息,同時(shí)又能夠?yàn)楹税踩O(jiān)管部門提供監(jiān)管依據(jù),而且還能減少核電站運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用從而提高電站安全性和經(jīng)濟(jì)性。

國外對(duì)核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的研究起步較早,1988年世界上第一個(gè)核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)ESSM在英國Heysham核電站投入使用后,相繼出現(xiàn)了多個(gè)核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng),如英國Torness核電站的 ESOP1/LINKITT,美國SCIENTECH公司為San Onofre核電站開發(fā)的Safety Monitor等。截至2005年全世界共有150余套風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)處于運(yùn)行或在研狀態(tài)[1],核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展趨勢見圖1。

國內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)方面還處于探索起步階段,20世紀(jì)90年代清華大學(xué)對(duì)核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了初步的探索性研究[2-3],廣東大亞灣核電站在線風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測與管理系統(tǒng)于2005年投入使用[4],該系統(tǒng)采用基于國外計(jì)算引擎的封裝式開發(fā)模式,這種方式一定程度上限制了其二次開發(fā)及更深入的應(yīng)用。

圖1 核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展趨勢Fig.1 Trend of riskmonitors

在國家自然科學(xué)基金、中科院知識(shí)創(chuàng)新工程和ITER國際合作計(jì)劃等項(xiàng)目的聯(lián)合資助下,以中國科學(xué)院等離子物理研究所和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)核科學(xué)技術(shù)學(xué)院為依托的FDS團(tuán)隊(duì)(www.fds.org.cn)在PSA及核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)方面開展了大量算法研究及軟件研發(fā),研發(fā)了具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的故障樹求解計(jì)算引擎及概率安全分析軟件(命名為RiskA)[5],在全面深入調(diào)研了國內(nèi)外現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀況和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上開發(fā)了基于RiskA計(jì)算引擎的核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測原型系統(tǒng)(命名為RiskAngel)[6-7]。秦山三期重水堆核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器(TQRM)就是在此原型系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,針對(duì)秦山第三核電有限公司具體管理流程和實(shí)際應(yīng)用需求開發(fā)的。

2 TQRM研發(fā)背景

近年來,我國核電產(chǎn)業(yè)面臨快速發(fā)展,目前已有13臺(tái)在運(yùn)機(jī)組,并有包括紅沿河、三門、陽江、福清等20余臺(tái)機(jī)組在建[8],核安全問題已引起監(jiān)管當(dāng)局、核電業(yè)主、核電行業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)的廣泛關(guān)注。我國核監(jiān)管當(dāng)局在PSA技術(shù)和核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)等方面進(jìn)行了大量推廣和建議工作[9-11],各核電業(yè)主單位也出于提高自身經(jīng)濟(jì)性以及競爭力的目的,不斷提高重視風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測的意識(shí)。

秦山三期重水堆核電站(以下簡稱“秦山三核”)是我國首座商用重水堆核電站,采用了加拿大CANDU核電技術(shù)[12],其安全穩(wěn)定運(yùn)行和管理自主創(chuàng)新受到公司領(lǐng)導(dǎo)高度重視。2006年年初秦山三核機(jī)組安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行五年發(fā)展規(guī)劃之一的“秦山三核概率安全評(píng)價(jià)應(yīng)用項(xiàng)目”正式啟動(dòng),其中風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器研發(fā)與應(yīng)用正是該項(xiàng)目的重要內(nèi)容之一。

真正應(yīng)用于核電站的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)需要和電站的管理流程相結(jié)合,它需要根據(jù)不同電站的實(shí)際情況進(jìn)行量身定制,因此難以直接購買到適用于不同電站的通用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng);同時(shí)研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)核安全分析軟件是核能行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。FDS團(tuán)隊(duì)?wèi){借多學(xué)科交叉人才資源,完全依托自主研發(fā)實(shí)力,在PSA領(lǐng)域特別是核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和核心算法研究方面有著深厚的積累。秦山第三核電站委托 FDS團(tuán)隊(duì)在前期RiskA和RiskAngel的基礎(chǔ)上研發(fā)秦山三核風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器TQRM,其已成為國內(nèi)第一套擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并應(yīng)用于核電站的大型核安全分析軟件。

3 TQRM總體方案

3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則

設(shè)計(jì)目標(biāo)

TQRM設(shè)計(jì)目標(biāo)是為秦山三核安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供以下三方面的技術(shù)支持[13]：

(1)跟蹤電站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)變化;

(2)進(jìn)行維修計(jì)劃評(píng)估;

(3)為合理確定電站特定狀態(tài)下機(jī)組可運(yùn)行時(shí)間要求及設(shè)備允許停役時(shí)間要求提供技術(shù)支持。

設(shè)計(jì)原則

作為應(yīng)用于核安全分析領(lǐng)域的專業(yè)軟件,必須能夠滿足核電行業(yè)對(duì)于軟件的特殊要求,同時(shí)考慮軟件升級(jí)以及未來發(fā)展需要。因此TQRM設(shè)計(jì)主要基于以下原則：

(1)快速精確風(fēng)險(xiǎn)分析。目前普遍認(rèn)同的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)可接受的計(jì)算時(shí)間是對(duì)核電站狀態(tài)的每一個(gè)改變分析計(jì)算時(shí)間應(yīng)在分鐘量級(jí)。TQRM必須滿足或優(yōu)于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn);

(2)可靠性原則。為切實(shí)保障所開發(fā)軟件的可靠性,除嚴(yán)格遵循軟件工程開發(fā)流程外,還需要對(duì)各個(gè)階段采取各種措施進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量保證;

(3)易升級(jí)及易擴(kuò)展原則。TQRM設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮未來升級(jí)及維護(hù)需要。同時(shí)軟件設(shè)計(jì)中還需要考慮同現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的無縫鏈接和資源共享,如可兼容秦山三核資產(chǎn)管理系統(tǒng)和電子日志系統(tǒng)等。

3.2 總體框架

TQRM系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：(1)基于基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)模型建立的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型;(2)針對(duì)實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算及故障樹求解的快速計(jì)算引擎;(3)方便直觀的人機(jī)交互式輸入輸出界面;(4)與核電站其他系統(tǒng)的擴(kuò)展接口,如操縱員日志管理系統(tǒng)等。圖2為TQRM結(jié)構(gòu)圖。

圖2 TQRM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Framew ork of TQRM

TQRM使用對(duì)象幾乎涉及電站所有運(yùn)行管理部門,包括運(yùn)行人員、維修計(jì)劃人員、安全分析人員和系統(tǒng)維護(hù)人員等,且使用對(duì)象分布于電站的不同物理位置,因此網(wǎng)絡(luò)版風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)是未來的必然發(fā)展趨勢。在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)建的兩種基本技術(shù)路線瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)和客戶端/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)中,盡管B/S結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)交互式功能方面存在一些困難;然而較之于B/S結(jié)構(gòu),C/S系統(tǒng)部署和維護(hù)困難,升級(jí)與維護(hù)成本隨客戶端數(shù)量增加急劇上升,同時(shí)C/S開發(fā)平臺(tái)和運(yùn)行平臺(tái)兼容性較差。因此TQRM最終選擇了B/S結(jié)構(gòu)。圖3為TQRM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖3 TQRM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.3 Topo logy structure o f TQRM

3.3 功能模塊

為滿足不同專業(yè)用戶的使用需求,TQRM設(shè)計(jì)了以下五個(gè)功能模塊：電廠信息維護(hù)、電廠計(jì)劃維護(hù)、專業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析、軟件權(quán)限管理和風(fēng)險(xiǎn)信息查詢。模塊及具體功能如表1所示。

表1 TQRM模塊及功能Table1 Modules and Functions of TQRM

4 關(guān)鍵算法與技術(shù)

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

TQRM架構(gòu)選擇對(duì)系統(tǒng)開發(fā)起著舉足輕重的作用,為提高系統(tǒng)可維護(hù)性和易擴(kuò)展性,TQRM采用基于JAVA技術(shù)的J2EE平臺(tái),針對(duì)MVC(M odel-View-Controller)的設(shè)計(jì)思想選擇Struts2、Spring和 Hibernate(SSH)架構(gòu)相結(jié)合的方式[14]：

(1)Struts2作為表現(xiàn)層,與客戶端具有良好的交互性,Action可以完全脫離容器運(yùn)行便于進(jìn)行單元測試;

(2)Spring架構(gòu)核心思想是面向切面編程和依賴注入模式,具有高度可插拔性,面向切面編程,可以通過配置文件將一系列服務(wù)插入到程序流程中,依賴注入模式可實(shí)現(xiàn)模塊之間低耦合,提高模塊的可測試性;

(3)H ibernate作為ORM(Object Relation Mapping)持久層架構(gòu),Hibernate可以實(shí)現(xiàn)從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫到實(shí)體對(duì)象模型的映射,從而使用面向?qū)ο蟮乃枷氩僮鲾?shù)據(jù)庫。

通過Struts2、Sp ring和 H ibernate三個(gè)架構(gòu)的整合,可以充分發(fā)揮不同架構(gòu)各自優(yōu)勢,很好地對(duì)程序解耦合,從而提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性、靈活性、健壯性和可維護(hù)性。

4.2 實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法

風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算具有實(shí)時(shí)性要求,因此對(duì)于其計(jì)算方法一直是研究熱點(diǎn)之一,常見的方法有以下三種：

(1)割集法。該方法基于預(yù)先求解的最小割集,可快速計(jì)算電站的風(fēng)險(xiǎn),其缺點(diǎn)是并不能保證電站所有狀態(tài)下的最小割集都存在。另外這種方法由于存在概率截?cái)鄦栴},如一些被截?cái)嗟淖钚「罴捎谠O(shè)備移出服務(wù),使得對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)水平貢獻(xiàn)急劇增加;

(2)重解法。將PSA模型(包含很多事件樹和故障樹)轉(zhuǎn)換成一個(gè)以堆芯損傷為頂事件的大故障樹模型,然后重新求解該故障樹。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠確保計(jì)算結(jié)果的精確,但是其缺點(diǎn)就是計(jì)算速度較慢;

(3)混合法。這種方法是前面兩種方法的結(jié)合。它使用較高的截?cái)嘀抵匦虑蠼釶SA模型,然后與預(yù)先求解的最小割集進(jìn)行對(duì)比,如發(fā)現(xiàn)有新的割集存在,則將新的割集加入到預(yù)先解出的割集中。速度介于割集法和重解法之間,但仍存在截?cái)嗾`差問題。

FDS團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述三種方法進(jìn)行了大量理論分析,在實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測原型系統(tǒng)RiskA ngel中分別實(shí)現(xiàn)了三種算法[7]。分別采用三種算法對(duì)秦山三核實(shí)際PSA模型進(jìn)行了測試和比較,最終TQRM中集成了速度快的割集法和精確度高的重解法兩種實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)算法。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算實(shí)時(shí)性要求較高人員,如運(yùn)行人員等需要依據(jù)分析計(jì)算結(jié)果迅速對(duì)事故場景進(jìn)行判斷以便采取相應(yīng)措施,推薦選用割集法;專業(yè)概率安全評(píng)價(jià)人員對(duì)計(jì)算精度和分析方法要求較高,推薦選用重解法。

4.3 故障樹計(jì)算方法

故障樹計(jì)算引擎研發(fā)是風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié),它不僅決定了風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的計(jì)算速度,還決定了系統(tǒng)的自主化程度。

RiskA是國內(nèi)第一個(gè)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)且計(jì)算速度與國際同類先進(jìn)軟件相當(dāng)?shù)母怕拾踩治鲕浖?其故障樹計(jì)算引擎采用了最先進(jìn)的改進(jìn)型零壓縮二元決策圖故障樹求解算法,內(nèi)存消耗小且計(jì)算速度快[5],可滿足風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的要求。

TQRM系統(tǒng)采用了RiskA故障樹計(jì)算引擎,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合秦山三期重水堆實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型的具體特點(diǎn),對(duì)故障樹算法進(jìn)行了進(jìn)一步改進(jìn)和提升,主要包括改進(jìn)型基本事件排序算法[15]、邏輯沖突處理、及恢復(fù)互斥處理、ZBDD快速求解重要度算法等,進(jìn)一步提升了計(jì)算引擎的速度和效率,使得TQRM 計(jì)算SCDF的時(shí)間降到分鐘量級(jí)。

4.4 分布式并行加速技術(shù)

維修計(jì)劃調(diào)整與優(yōu)化是實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)主要功能之一,單個(gè)維修計(jì)劃一般會(huì)有多個(gè)設(shè)備改變在役狀態(tài),因此一個(gè)維修計(jì)劃將對(duì)應(yīng)數(shù)個(gè)或數(shù)十個(gè)設(shè)備配置狀態(tài)點(diǎn),尤其是長周期計(jì)劃調(diào)節(jié)其狀態(tài)變化點(diǎn)多達(dá)數(shù)百個(gè)。而維修計(jì)劃需要計(jì)算所有設(shè)備配置狀態(tài)變化點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn),意味著對(duì)應(yīng)一個(gè)維修計(jì)劃,系統(tǒng)重復(fù)調(diào)用計(jì)算引擎幾十到幾百次。即使計(jì)算引擎數(shù)分鐘內(nèi)完成一次實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算,計(jì)算幾百個(gè)狀態(tài)點(diǎn)則需數(shù)百分鐘。

根據(jù)維修計(jì)劃對(duì)應(yīng)的多個(gè)狀態(tài)點(diǎn)之間相互獨(dú)立的特點(diǎn),本文利用分布式并行的理念和技術(shù)提升了實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的速度：一方面,利用多線程技術(shù)充分利用單機(jī)資源,即在單機(jī)上將原本串聯(lián)執(zhí)行的任務(wù)分解成多項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行并行計(jì)算;同時(shí),在單機(jī)多線程的基礎(chǔ)上利用分布式計(jì)算技術(shù)充分調(diào)動(dòng)電廠內(nèi)其他閑置計(jì)算資源,即將原本在服務(wù)器等待計(jì)算的任務(wù)分布到其他閑置節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算。

實(shí)現(xiàn)后的分布式并行算法可將原本需要數(shù)小時(shí)乃至數(shù)天的串聯(lián)計(jì)算工作轉(zhuǎn)化成數(shù)分鐘以內(nèi)即可完成的并行任務(wù),從而較大縮短維修計(jì)劃調(diào)整和優(yōu)化的時(shí)間。

4.5 人性化人機(jī)界面

因具有易部署、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),TQRM最終采用了B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。但一般B/S架構(gòu)的系統(tǒng)存在界面單調(diào)等不足,影響了風(fēng)險(xiǎn)管理器系統(tǒng)的直觀和友好性。TQRM在保留B/S架構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),運(yùn)用最新的富互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(RIA,Rich Internet App lications)克服界面單調(diào)的問題。主要體現(xiàn)在：

(1)基于拖拽式甘特圖的維修計(jì)劃維護(hù)界面：采用實(shí)時(shí)在線的甘特圖體現(xiàn)維修設(shè)備的信息非常直觀,繪制一般的甘特圖有很多技術(shù)可以實(shí)現(xiàn),但能實(shí)現(xiàn)在線功能的比較少且功能單一,無法滿足 TQRM要求的維修設(shè)備狀態(tài)條鼠標(biāo)可拖拉等高級(jí)功能。TQRM選擇了FLEX技術(shù)最終實(shí)現(xiàn)FLASH效果的復(fù)雜豐富的甘特圖。圖4是TQRM計(jì)劃維護(hù)頁面;

(2)交互式風(fēng)險(xiǎn)曲線瀏覽界面：實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)曲線圖是風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果最主要的體現(xiàn)方式。曲線圖既要美觀簡潔大方又要充分顯示風(fēng)險(xiǎn)變化點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相關(guān)電站狀態(tài)配置信息,為了實(shí)現(xiàn)這種特殊需求,TQRM調(diào)研了各種實(shí)現(xiàn)技術(shù),最終采用Flot技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)曲線圖的顯示、坐標(biāo)可拖拉縮放,風(fēng)險(xiǎn)變化點(diǎn)相關(guān)信息懸垂顯示等高級(jí)功能。圖5是 TQRM風(fēng)險(xiǎn)信息顯示及維護(hù)頁面;

圖4 電廠計(jì)劃維護(hù)界面Fig.4 Screenshot of schedulers

圖5 電廠風(fēng)險(xiǎn)信息顯示及維護(hù)界面Fig.5 Screenshot of operators

(3)為保證軟件界面美觀,TQRM在主題頁面設(shè)計(jì)和開發(fā)上充分采用了Ex tJS和AJAX等富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開發(fā)技術(shù)[14]。ExtJS是一個(gè)使用JavaScript編寫的工具和控件庫,它提供了一個(gè)和后臺(tái)技術(shù)無關(guān)的前端框架,主要用于交互式網(wǎng)絡(luò)頁面開發(fā),其界面美觀功能強(qiáng)大,ExtJS最大特點(diǎn)是后臺(tái)數(shù)據(jù)傳遞不依賴于前臺(tái),因此交互速度快,即它可不刷新頁面便可直接從后臺(tái)獲取數(shù)據(jù)。

4.6 實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型

與輕水堆核電站相比,重水堆核電站結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,而且涉及更多安全相關(guān)系統(tǒng)[12]。因此重水堆核電站PSA模型在復(fù)雜程度上高于輕水堆核電站的模型。實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型需基于基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)模型并按照特定模型轉(zhuǎn)換原則進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換[6],以消除平均風(fēng)險(xiǎn),從而使其能夠反映即時(shí)風(fēng)險(xiǎn)。

TQRM實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型的建立首先需要對(duì)基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)模型進(jìn)行細(xì)化,包括：運(yùn)行備用列展開、維修/試驗(yàn)事件的移除、始發(fā)事件再評(píng)估、人因/共因再評(píng)估、不對(duì)稱的消除、環(huán)境因子影響評(píng)估和兩臺(tái)機(jī)組模型的建立等,基于細(xì)化后的基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)模型,建立完整實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)分析所需頂邏輯故障樹模型,并清理設(shè)備和基本事件對(duì)應(yīng)關(guān)系和準(zhǔn)備各種配置文件等。

5 系統(tǒng)集成與應(yīng)用

目前實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型和TQRM軟件系統(tǒng)研發(fā)工作已經(jīng)完成,并已將模型植入軟件系統(tǒng)。

秦山三核實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型共包含7 901個(gè)基本事件和7 819個(gè)邏輯門。經(jīng)計(jì)算,沒有任何設(shè)備停役和沒有任何運(yùn)行備用列切換的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型的嚴(yán)重堆芯損傷頻率(SCDF)為7.144E-06,此種配置狀態(tài)下對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)水平貢獻(xiàn)最大的始發(fā)事件為IE-DCC(約占21.7%),貢獻(xiàn)最大的人誤事件為OEP(約占27.5%)。

TQRM系統(tǒng)實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的正確性主要取決于計(jì)算引擎的正確性。本文對(duì)TQRM系統(tǒng)的RiskA計(jì)算引擎進(jìn)行了正確性校核,校核過程如下：

因此為能使用真實(shí)電站PSA模型校核RiskA計(jì)算引擎的正確性和計(jì)算速度,本文對(duì)秦山三核事故序列定量計(jì)算程序PRAQUANT第三方引擎調(diào)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,并實(shí)現(xiàn)了 PRAQUANT對(duì) RiskA計(jì)算引擎的調(diào)用。

這樣可針對(duì)秦山三核PSA模型利用PRAQUANT自帶的計(jì)算引擎(CQUANT)對(duì)RiskA進(jìn)行校核,該對(duì)比測試在W indow s操作系統(tǒng)下進(jìn)行,計(jì)算機(jī)配置為：Intel(R)Core(TM)2Duo CPU,3.0GHz,內(nèi)存2G。結(jié)果表明RiskA的定性分析和定量計(jì)算結(jié)果與CQUANT的結(jié)果完全一致,且RiskA計(jì)算引擎速度比CQUANT快上百倍,部分例題的計(jì)算速度快數(shù)千倍[16]。部分計(jì)算對(duì)比如表2、表3所示。

表2 R iskA和CQUANT計(jì)算結(jié)果對(duì)比表Table 2 Resu lts Comparison between RiskA and CQUANT

表3 RiskA與CQUANT計(jì)算時(shí)間對(duì)比表Table 3 Calculated time Comparison between RiskA and CQUANT

經(jīng)過大量實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型不同配置狀態(tài)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算,證明了 TQRM系統(tǒng)滿足分鐘量級(jí)的時(shí)間內(nèi)獲得單個(gè)狀態(tài)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)值的要求。下文以計(jì)算沒有任何設(shè)備停役情況下的SCDF為例說明TQRM系統(tǒng)的計(jì)算速度。

該測試在W indow s操作系統(tǒng)下進(jìn)行,采用微型計(jì)算機(jī),配置為：Intel(R)Core(TM)2 Duo CPU,3.0GH z,內(nèi)存2G。計(jì)算截?cái)嘀等?×10-12采用割集法計(jì)算均可在幾秒內(nèi)便可獲得SCDF結(jié)果,采用重解法約4 min可獲得SCDF結(jié)果。若采用先進(jìn)的計(jì)算工作站,一般應(yīng)用計(jì)算均可在秒鐘量級(jí)時(shí)間內(nèi)完成。

6 總結(jié)

核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)已在全世界核電站獲得廣泛關(guān)注,國外風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)研究起步較早,而國內(nèi)研發(fā)工作開展較晚。風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)和核電站日常運(yùn)營管理密切相關(guān),必須根據(jù)核電站量身定制,依賴國外計(jì)算引擎的封裝式開發(fā)必將限制風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)更高級(jí)的應(yīng)用,開發(fā)完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)既能滿足核電站安全分析的需求,同時(shí)又符合國家提倡核電軟件自主化的發(fā)展策略。

(1)FDS團(tuán)隊(duì)調(diào)研了國內(nèi)外風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀,在前期開發(fā)的核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)RiskAngel的基礎(chǔ)上,結(jié)合秦山三核的需求開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)版風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器TQRM。該系統(tǒng)包括五大基本模塊：風(fēng)險(xiǎn)信息查詢、電廠信息維護(hù)、電廠計(jì)劃維護(hù)、專業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析和軟件權(quán)限管理等;系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,功能上涵蓋了核電站風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能;用戶界面友好便捷,能滿足實(shí)際應(yīng)用需求;

(2)TQRM采用完全自主研發(fā)的處于國際先進(jìn)水平的計(jì)算引擎RiskA。經(jīng)過與國際同類軟件的計(jì)算引擎(如CAFTA的CQUANT、RiskSpectrum的RSAT等)的大量計(jì)算對(duì)比,對(duì)比結(jié)果證明了RiskA引擎計(jì)算正確,且計(jì)算速度優(yōu)于或相當(dāng)于同類先進(jìn)軟件,經(jīng)過秦山三核PSA模型和實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型的實(shí)際計(jì)算分析,表明TQRM及計(jì)算引擎的速度能滿足秦山三核實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器分析計(jì)算要求;

(3)在秦山三核基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了TQRM實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)模型,其工作技術(shù)路線清晰合理,模型轉(zhuǎn)換方法正確,能滿足風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測器的實(shí)時(shí)計(jì)算要求。

TQRM和RiskA的研發(fā)對(duì)于推進(jìn)我國核安全分析領(lǐng)域軟件自主化發(fā)展和核電站風(fēng)險(xiǎn)管理具有重要意義。

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