基于多层流模型的核动力装置可靠性分析及故障诊断方法研究

摘要

在确保核安全的基础上实现良好的经济性是核电长期可持续发展的动力，可靠性分析技术是保障核电厂安全性、可靠性和经济性的重要手段。可靠性分析技术不仅可以定量评估设备可靠性对核电厂安全性和可用性的贡献，用于优化定期测试和在役检查周期，制定最佳的维修策略，而且可以揭示设备的故障原因和对系统运行和安全的影响，用于改进设计提高系统的固有可靠性和安全性，或者辅助运行人员进行故障诊断、制定应急规程或防范措施以消除和缓解故障影响。 论文来源于国家自然科学基金和“十二五”核能开发项目，目的是在改进多层流模型(MFM)建模理论的基础上，研究基于MFM的核电厂可靠性分析方法及其在故障诊断中的应用，论文的主要工作如下: 针对传统的MFM只能描述系统静态特性的问题，论文首先通过引入逻辑门、逻辑属性、基本目标、时间点和信号等新概念，对MFM建模方法进行了补充和改进，改进后的MFM可以更清晰地描述系统和设备之间的可靠性逻辑关系，同时也可以描述系统和设备的阶段任务和时序关系。 论文提出了利用MFM层次化流结构进行可靠性分析的基本方法和特征量，提出了两状态系统可靠性分析方法和结合决策表分析的多状态系统可靠性分析方法，提出了MFM生成GO-FLOW模型方法，可以分析有阶段任务的动态系统可靠性问题。 为了进行可靠性定性分析，论文提出了基于MFM的故障模式及影响分析(FMEA)方法，遵循守恒原理沿着MFM的流结构依次分析功能故障的原因和影响，方法简便且不容易遗漏重要的失效模式。在此基础上，论文给出了两状态系统MFM生成故障树方法，通过将MFM功能元件依次生成故障树模型、选择顶事件后连接各元件故障树模型并断开逻辑环路，可以对导致顶事件发生的最小割集、元件的重要度和敏感度等可靠性指标进行定性分析。 论文将MFM可靠性定性分析方法应用于核电厂故障诊断领域，提出了一种综合故障诊断技术，集成了三种故障诊断方法:警报分析法根据守恒原理分析功能故障状态之间的因果关系，通过排除结果性警报，在实现警报压缩功能同时，给出可能的故障集;最小割集法以警报分析法为基础，通过进一步将多状态MFM转化为故障树模型，可以求解系统当前异常状态的最小故障模式;针对警报限值的设定对警报分析法和最小割集法可能造成的影响，论文提出了基于Bayesian原理的不确定性推理方法，通过将具有不确定性因果关系的多状态MFM转化为故障树模型，可以定量给出导致系统故障状态的近似却又合理的解释，在操纵员利用深层次知识进行故障诊断时可以辅助决策。 论文对MFM图形化建模平台、基于MFM的可靠性分析程序和基于MFM的核电厂故障诊断系统进行了设计和开发，可以通过简单的鼠标和键盘操作快速生成和修改系统MFM，通过一次分析可以评价多个系统目标和组态变化，并可处理多状态、时延、时序和阶段任务等问题，可以分析设备故障原因及其对系统可运行性和安全性的影响，综合了基于目标、基于规则、基于风险和基于专家经验的特点，采用统一的建模语言和建模平台，辅助操纵员全面了解系统运行要求，进行推理判断并深入了解系统设计和运行中的薄弱环节，具有良好的工程实践前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 核电厂可靠性分析方法及应用

1．2．1 常用的可靠性分析方法

1．2．2 可靠性分析方法在核电厂中的应用

1．3 论文的主要工作

第2章 基于多层流模型的动态系统建模方法

2．1 MFM的基本元素

2．1．1 目标

2．1．2 功能

2．1．3 物理部件

2．1．4 关系

2．2 MFM建模方法

2．3 MFM建模方法的改进

2．3．1 逻辑门

2．3．2 逻辑属性

2．3．3 信号

2．3．4 阶段任务和时间点

2．3．5 基本目标

2．4 MFM图形化建模平台

2．5 基于MFM的核动力装置动态可靠性建模

2．5．1 安全注入系统功能

2．5．2 安全注入系统基本组成

2．5．3 安全注入系统运行

2．5．4 安全注入系统多层流模型

2．6 本章小结

第3章 基于多层流模型的可靠性定量分析方法

3．1 基于MFM的可靠性分析方法

3．1．1 传统的系统可靠性分析方法

3．1．2 基于MFM的可靠性分析基本概念

3．2 两状态系统可靠性定量分析方法

3．2．1 两状态系统可靠性分析程序

3．2．2 两状态系统可靠性分析算例

3．2．3 共有信号问题和算法修正

3．3 多状态系统可靠性定量分析方法

3．4 有时序系统可靠性定量分析方法

3．4．1 GO-FLOW方法

3．4．2 基于MRA的有时序系统可靠性分析方法

3．5 基于MFM的动态系统可靠性分析程序

3．6 基于MFM的核动力系统动态可靠性算例分析

3．7 本章小结

第4章 基于多层流模型的可靠性定性分析方法

4．1 基于MFM的故障模式和影响分析

4．2 MFM生成故障树方法

4．3 MFM生成故障树算例分析

4．4 本章小结

第5章 基于多层流模型的核电厂综合故障诊断方法

5．1 基于MFM的定性故障诊断方法

5．1．1 警报分析法

5．1．2 最小割集法

5．2 基于MFM的不确定性故障诊断方法

5．3 基于MFM的核动力装置综合故障诊断系统

5．3．1 总体设计

5．3．2 核动力装置多层流模型建模

5．3．3 警报分析

5．3．4 故障诊断及显示

5．3．5 仿真验证

5．4 本章小结

结论

英文符号含义索引

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢