數(shù)字化反應(yīng)堆保護裝置響應(yīng)時間的概率分析方法及測試方法改進

王明星　孫詩炎　葉奇　伍巧鳳　賀理

【摘 要】反應(yīng)堆保護裝置的響應(yīng)時間是反應(yīng)堆保護裝置最重要的性能指標(biāo)，文中通過對數(shù)字化反應(yīng)堆保護裝置各個數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的分析，以概率論為基礎(chǔ)，對數(shù)字化反應(yīng)堆保護裝置響應(yīng)時間進行了定量分析，并根據(jù)此定量分析結(jié)果，針對目前響應(yīng)時間測試方法的不足，提出改進方法。

【關(guān)鍵詞】反應(yīng)堆保護裝置；響應(yīng)時間；概率論

0 引言

在概率論中，我們把具有如下3個特點的試驗稱為隨機試驗[1]：

a）可以在相同的條件下重復(fù)進行；

b）每次試驗的可能結(jié)果不止一個，并且能事先明確試驗的所有可能結(jié)果；

c）進行一次試驗之前不能確定哪一個結(jié)果會出現(xiàn)。

數(shù)字化反應(yīng)堆保護裝置的響應(yīng)時間試驗具有以上全部特點，所以可通過概率論來進行數(shù)字化反應(yīng)堆保護裝置的響應(yīng)時間分析。

目前國內(nèi)外核電站反應(yīng)堆保護裝置的響應(yīng)時間測試均在離線環(huán)境下進行，且測試方法（見圖1）大多是通過模擬信號源注入假信號，觸發(fā)保護裝置發(fā)出動作信號，通過示波器采集這兩者的時間差來得到這一次的響應(yīng)時間的。而判斷響應(yīng)時間是否滿足要求則是重復(fù)多次這樣的測試步驟，如果多次的測量結(jié)果均未超過要求值，則判斷響應(yīng)時間滿足設(shè)計要求。

但這樣的測試方法和判斷依據(jù)有其固有的局限性：

a）測試必須在停堆期間進行，且測試過程復(fù)雜，需要專業(yè)的人員才能進行，測試完成后還需要將設(shè)備恢復(fù)到工作狀態(tài)，需要大量的人力；

b）即便在多次的測試中，均沒有出現(xiàn)響應(yīng)時間超標(biāo)的情況，但是由于響應(yīng)時間的隨機性，也不能保證當(dāng)前反應(yīng)堆保護裝置的響應(yīng)時間是和理論設(shè)計相符合的。

2 響應(yīng)時間各個組成環(huán)節(jié)概率密度分析

3 響應(yīng)時間總概率密度函數(shù)計算

假設(shè)數(shù)字化反應(yīng)堆保護裝置由AD采集、定值比較、邏輯處理、信號輸出等幾個典型數(shù)據(jù)處理部分組成，各個部分的信號處理周期分別為30ms、16.6ms、16.6ms、100μs。

4 響應(yīng)時間測試方法改進研究

由圖4可以看出，理論上，響應(yīng)時間是很難掉落在紅色陰影部分中的，通過第3節(jié)計算得到的概率密度函數(shù)，可以計算得出響應(yīng)時間的概率分布函數(shù)，進而計算得出響應(yīng)時間掉落在圖4中各個區(qū)間段的概率。

通過計算，發(fā)現(xiàn)響應(yīng)時間要掉落在142ms～149.2ms這個區(qū)間的概率只有6.6508×10-4，換句話說，平均需要66508次的響應(yīng)時間測試才有1次會掉落在142ms～149.2ms這個區(qū)間。如果依靠手動測試，假設(shè)單次響應(yīng)時間的測試大約需要花費1分鐘，那么要得到響應(yīng)時間掉落在142ms～149.2ms這個區(qū)間的值的話，平均下來，需要花費大約66508分鐘，大約是46天！這基本上是不可能完成和實現(xiàn)的。同時，從圖中我們還可以分析出兩種依靠現(xiàn)在的判斷依據(jù)很難或者完全無法判斷出的異常情況。

4.1 響應(yīng)時間超設(shè)計要求的異常情況

如果因為某些原因（比如維修人員維修后未完全恢復(fù)到正常狀態(tài)等），這時的響應(yīng)時間概率密度函數(shù)有可能如圖4中的紅線所示，這時響應(yīng)時間已經(jīng)不能滿足設(shè)計要求了（假設(shè)響應(yīng)時間的設(shè)計要求為不大于150ms），但如用原來的測試方法和判斷依據(jù)，響應(yīng)時間的測試結(jié)果幾乎都是掉落在30ms～150ms這個區(qū)間之內(nèi)的，很難發(fā)現(xiàn)存在的異常情況。

4.2 響應(yīng)時間未超設(shè)計要求的異常情況

另外還有一種情況是實際響應(yīng)時間概率密度函數(shù)如圖4中黑線所示，這時所有的實測值只會掉落在49.4ms～104.61ms之間，雖然滿足不大于150ms的要求的，但此時的反應(yīng)堆保護裝置運行情況和實際設(shè)計情況是不一致的，存在異常因素影響。這個異常，通過現(xiàn)有的測試方法和判斷依據(jù)也是無法發(fā)現(xiàn)的。

4.1和4.2的兩種異常情況，通過概率密度函數(shù)，可以很直觀的看出它們的差異，而且進一步研究的話，還可以根據(jù)兩者概率密度差異來反推到底是哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了異常。

4.3 響應(yīng)時間測試方法及判斷依據(jù)改進

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的測試方法及判斷依據(jù)均是需要改進的。

在測試方法上面，需要引入一種自動測試手段，來代替大量、繁瑣、重復(fù)性的手動測試工作。

在判斷依據(jù)上面。首先，多次測量結(jié)果必須滿足不大于響應(yīng)時間設(shè)計值的要求。然后，對多次測量結(jié)果進行概率分析，得到實測的概率密度函數(shù)，這個函數(shù)也必須滿足不大于設(shè)計值的要求。最后，實測的概率密度函數(shù)還必須和理論計算結(jié)果大致一致。通過這樣的三重判斷，可保證如圖4中的異常情況及時被發(fā)現(xiàn)。

【參考文獻】

[1]盛驟，謝世千，潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M].北京：高等教育出版社，2008.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]