基于GO法的反應(yīng)堆廠區(qū)供電可靠性分析

汪可　郭俊材　雷超　王帥　干宇文　陳慶旭

【摘 要】本文依據(jù)概率公式算法的GO法原理，對(duì)某反應(yīng)堆廠區(qū)供電的可靠性進(jìn)行了建模和定量分析。經(jīng)過對(duì)I和II可靠段的GO模型進(jìn)行定量的分析和精確計(jì)算，結(jié)果表明，GO法建模清晰、運(yùn)算快捷、通用性強(qiáng)，并為其他反應(yīng)堆廠區(qū)供電可靠性分析研究和設(shè)計(jì)作參考。

【關(guān)鍵詞】GO法;核電;廠區(qū)供電;可靠性

中圖分類號(hào)： N945.17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）26-0001-004

【Abstract】According to the GO principle of probability formula algorithm， the reliability of power supply in a reactor plant is modeled and quantitatively analyzed. Through quantitative analysis and accurate calculation of GO models for I and II reliable sections， the results show that GO method is clear in modeling， fast in calculation and strong in universality， and it can be used as a reference for analysis and design of power supply reliability in other reactor plants.

【Key words】GO method; Nuclear power; Plant power supply; Reliability

0 引言

隨著核工業(yè)的發(fā)展，反應(yīng)堆作為核電等核動(dòng)力裝置前期試驗(yàn)研究的重要組成部分，其可靠性越來越受到人們的關(guān)注。廠區(qū)供電系統(tǒng)作為反應(yīng)堆電氣設(shè)備的重要供電保障，其可靠性更顯得極其重要，其可靠性分析是廠區(qū)供電系統(tǒng)可靠性評(píng)估的重要內(nèi)容之一。

GO法是上世紀(jì)60年代，美國(guó)軍方為了分析核武器和導(dǎo)彈系統(tǒng)的安全性和可靠性，由Kaman科學(xué)公司提出的，是一種以成功為導(dǎo)向的系統(tǒng)概率分析技術(shù)[1]。對(duì)與有多狀態(tài)、有時(shí)序的系統(tǒng)，尤其是有實(shí)際物流如氣流、液流、電流等生產(chǎn)過程的安全性分析更合適。近年，GO法被美國(guó)、日本等國(guó)廣泛用于核電站、船舶等的研究。

1 GO法概述

GO法的基本思想是把系統(tǒng)原理圖、流程圖或工程圖按一定規(guī)則翻譯成GO圖。GO圖中用操作符號(hào)代表具體的部件或邏輯關(guān)系，用信號(hào)流連接操作符代表具體的物流或邏輯上的進(jìn)程。按運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行GO運(yùn)算，得到系統(tǒng)的各種可靠性指標(biāo)[2]。GO法的主要步驟就是建立GO圖和進(jìn)行GO運(yùn)算，而GO圖和GO運(yùn)算的兩大要素是操作符和信號(hào)流。

GO法分析過程是從輸入事件開始，經(jīng)過一個(gè)GO模型的計(jì)算確定系統(tǒng)的最終概率。這個(gè)最終概率是把GO模型內(nèi)所有描述系統(tǒng)運(yùn)行情況的事件概率綜合起來得到的，事件概率的綜合室通過事件樹的特定處理過程而進(jìn)行的，如圖1。

（1）定義系統(tǒng)。規(guī)定系統(tǒng)的范圍，明確系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。確定系統(tǒng)的功能和系統(tǒng)所包含的部件，并給出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

（2）確定邊界。確定系統(tǒng)的輸入、輸出，確定系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的接口。

（3）成功準(zhǔn)則。成功準(zhǔn)則是要明確聲明是系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)，確定系統(tǒng)正常運(yùn)行所要求的最小輸出信號(hào)處于成功狀態(tài)的集合。

（4）建立GO圖。GO圖式從系統(tǒng)原理圖、結(jié)構(gòu)圖或流程圖直接模擬來建立。

（5）輸入數(shù)據(jù)、確定系統(tǒng)所有單元的狀態(tài)改變數(shù)據(jù)，然后按操作符編號(hào)輸入數(shù)據(jù)。

（6）GO運(yùn)算。根據(jù)GO圖和數(shù)據(jù)，從輸入操作符開始，按操作符的運(yùn)算規(guī)則，逐步至系統(tǒng)的輸出信號(hào)。

（7）評(píng)價(jià)系統(tǒng)。GO運(yùn)算結(jié)果和系統(tǒng)成功準(zhǔn)則用以計(jì)算系統(tǒng)的可靠度，根據(jù)系統(tǒng)的功能和要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 GO法在廠區(qū)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

廠區(qū)供電系統(tǒng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)序系統(tǒng)，它與其他系統(tǒng)以及自身系統(tǒng)的各個(gè)部分之間都存在相互作用，而且廠區(qū)供電系統(tǒng)是可修系統(tǒng)，對(duì)其的分析是時(shí)序的、有節(jié)點(diǎn)任務(wù)的可用性問題。GO法用于解決這類問題十分有效和方便。而且對(duì)于系統(tǒng)隨時(shí)間有不同狀態(tài)的可靠性問題。計(jì)算系統(tǒng)隨時(shí)間變化的可用度時(shí)，GO法可以很好地描述這些過程和所有可能的運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果更加反映真實(shí)的條件，因此GO法在廠區(qū)供電系統(tǒng)可靠性分析中可以解決其他系統(tǒng)可靠性分析方法不易解決的問題。下圖為廠區(qū)供電系統(tǒng)示意圖，如圖2。

將廠區(qū)供電的電網(wǎng)轉(zhuǎn)化成GO圖得到

相關(guān)計(jì)算參數(shù)如表1[3]：

3 廠區(qū)供電系統(tǒng)可靠性分析

3.1 原理

本文采用概率公式算法的GO法，所用的操作符和信號(hào)流的狀態(tài)累積概率如下[4]，其中，輸入信號(hào)的狀態(tài)概率和狀態(tài)累積概率分別為PS（i）和AS（i），輸出信號(hào)的狀態(tài)概率和累積概率分別記為PR（i）和AR（i），i在規(guī)定的狀態(tài)值0～N之內(nèi)。

3.1.1 信號(hào)流狀態(tài)累積概率

3.2 系統(tǒng)可靠性計(jì)算

在繪制GO圖和計(jì)算時(shí)，不將兩個(gè)UPS作為輸入電源，考慮為正常供電分系統(tǒng)失電后和柴油機(jī)起動(dòng)發(fā)電前的過渡，于是忽略此期間的失電情況，將柴油發(fā)電機(jī)等效為瞬時(shí)起動(dòng)。于是，將供電模式分為下列幾種情況。

3.2.1 極端情況下的應(yīng)急供電分系統(tǒng)可靠性

極端情況下的應(yīng)急供電分系統(tǒng)，指在失去變電站正常電源后，柴油發(fā)電機(jī)無法正常起動(dòng)，由移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)作為輸入電源的供電系統(tǒng)，包括單臺(tái)移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行，以及兩臺(tái)移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行柴油?？梢缘玫綐O端情況下的應(yīng)急供電分系統(tǒng)GO圖。如圖7。

根據(jù)GO圖計(jì)算得出：

單臺(tái)Ps11=0.98310769632

兩臺(tái)Ps12=0.999927857200

3.2.2 應(yīng)急供電分系統(tǒng)可靠性

應(yīng)急供電分系統(tǒng)，指失去變電站正常電源，系統(tǒng)由兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)作為輸入電源的供電系統(tǒng)?？梢缘玫綉?yīng)急供電分系統(tǒng)GO圖，如圖8。

根據(jù)GO圖計(jì)算得出：

Ps2=0.999927857200

3.2.3 正常供電分系統(tǒng)可靠性

正常供電分系統(tǒng)，指兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)和兩臺(tái)移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)未介入系統(tǒng)，僅由變電站供電作為輸入電源的供電系統(tǒng)?？梢缘玫秸９╇姺窒到y(tǒng)GO圖。如圖9。

根據(jù)GO圖計(jì)算得出：

Ps3=0.999964047420

3.2.4 移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)未引入時(shí)系統(tǒng)供電可靠性

此時(shí)的供電方式指柴油發(fā)電機(jī)為引入系統(tǒng)，系統(tǒng)僅含正常供電分系統(tǒng)和應(yīng)急供電分系統(tǒng)的供電方式，輸入電源為變電站和柴油發(fā)電機(jī)。如圖10。

根據(jù)GO圖計(jì)算得出：

Ps4=0.999999997407

3.2.5 全系統(tǒng)供電可靠性

全系統(tǒng)供電，指保證系統(tǒng)設(shè)備能夠正常供電，不指定某供電分系統(tǒng)作為輸入電源的供電模式。其GO圖為圖3。

根據(jù)GO圖計(jì)算得出：

Ps5=0.999999999956

4 結(jié)語

（1）本文把GO法引入到了反應(yīng)堆廠區(qū)供電系統(tǒng)可靠性領(lǐng)域，通過可靠性建模計(jì)算分析，看出GO法具有建模清晰簡(jiǎn)單、運(yùn)算快捷、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

（2）引入柴油發(fā)電機(jī)和移動(dòng)式柴油發(fā)電機(jī)，大大提高了廠區(qū)整個(gè)供電系統(tǒng)供電的可靠性。

（3）本文通過對(duì)廠區(qū)供電系統(tǒng)可靠性的分析計(jì)算，為其他反應(yīng)堆廠區(qū)供電的分析和設(shè)計(jì)提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]沈祖培，黃祥瑞.GO法原理及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2004：1-12.

[2]楊麗芳，楊紅義.GO法在CEFR核級(jí)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠性分析[J].核科學(xué)與工程.Vol.30，No.1 Mar，2010.

[3]曹景雷，劉承志，陳勇，等.基于GO法德主變電所主接線可靠性分析[J].電工電氣.No.4，2011.

[4]沈祖培，黃祥瑞，高佳，等. 可修系統(tǒng)可靠性分析中GO法的應(yīng)用[J]. 核動(dòng)力工程. Vol.21，No.4，Oct，2010.