非能动系统物理过程失效分析方法研究

摘要

在二代、二代加、三代AP1000和华龙一号的压水堆中均已引入非能动安全系统，以保障事故条件下的安全。但是，非能动系统也有相应的失效模式。非能动系统的失效应包含常规的部件失效以及物理过程的失效，目前，针对部件失效的研究较多，而针对物理过程失效的研究还比较欠缺，所以针对物理过程失效的研究具有重要的理论意义和应用价值。
　　首先，引入拉丁超立方抽样(LHS)，并结合蒙特卡洛模拟，建立功能可靠性分析(FRPS)方法。利用其研究了AP1000非能动余热排出系统在丧失正常给水事故时，不同的初始参数组合对于输出参数的影响。其主要的计算流程为:系统功能分析及关键参数选取;关键参数分布量化;抽样得到输入向量;运行Relap5得到输出;结合输入输出以及失效准则建立响应面;最后用蒙特卡洛方法进行概率计算。FRPS方法计算得到的失效概率，在106次、107次以及5×107次蒙卡计算中，得到的物理过程失效概率分别为9.4304E-7、9.7762E-7和9.7875E-7，可以认为FRPS方法计算的AP1000非能动余热排出系统物理过程失效概率在9E-7量级。同时，利用遗传神经网络方法(GNN)分析了各个输入参数对输出参数的重要度，得到了相应的重要度排序。
　　其次，引入根本原因分析方法，用于运行参数偏离其设计值的根本原因分析。将运行参数偏离其设计值导致的非能动系统物理过程失效归结为具体部件的失效，并通过RiskSpectrum软件建立系统故障树，计算运行参数偏离导致的物理过程失效概率。根本原因分析方法的计算结果表明，其物理过程失效的概率为2.73E-6，与功能可靠性分析（FRPS）方法结果在同一数量级。
　　最后，基于AP1000非能动余热排出系统的结构布置，借助RiskSpectrum分析软件建立非能动余热排出系统(PRHRS)的故障树，计算得到了PRHRS的部件失效概率。AP1000非能动余热排出系统部件失效的故障树分析表明，其部件失效概率为9.559E-6，与物理过程失效概率在同样的数量级上，说明了物理失效研究的重要性。
　　综上，引入拉丁超立方抽样(LHS)，并结合蒙特卡洛模拟建立功能可靠性方法，并通过根本原因分析方法，对非能动系统物理过程失效进行评估。同时通过传统的PSA方法，计算得到常规的部件失效概率。对比物理过程失效概率与部件失效概率，为非能动系统物理过程失效研究提供一种可靠的方法。

目录

声明

摘要

符号表

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 非能动系统物理过程失效的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 本科研团队的研究基础

1．3 存在的问题及进一步研究方向

1．4 研究内容及方法

第2章 研究方法

2．1 引言

2．2 功能可靠性分析方法

2．2．1 抽样方法

2．2．2 不确定性传递方法

2．2．3 失效准则及输出参数确定

2．2．4 失效面的建立方法

2．2．5 失效概率计算方法

2．2．6 计算流程

2．3 根本原因分析方法

2．3．1 根本原因分析目的

2．3．2 失效概率评估途径

2．3．3 失效准则确定

2．3．4 计算流程

2．4 遗传神经网络方法

2．4．1 遗传算法

2．4．2 BP网络

2．4．3 灵敏度分析方法

2．5 部件失效PSA方法

2．5．1 成功准则

2．5．2 基本假设

2．5．3 计算流程

2．6 分析总流程

2．7 本章小结

第3章 研究对象

3．1 引言

3．2 系统布置及功能

3．3 系统设计参数

3．4 丧失主给水事故进程

3．5 本章小结

第4章 Relap建模及结果

4．1 引言

4．2 Relap5建模

4．3 稳态计算结果

4．3．1 稳态堆芯功率

4．3．2 稳态堆芯压力

4．3．3 稳态冷热段流量

4．3．4 稳态冷热段温度

4．4 瞬态计算结果

4．4．1 堆芯功率变化

4．4．2 瞬态冷却剂系统流量变化

4．4．3 瞬态堆芯进出口温度变化

4．5 本章小结

第5章 功能可靠性分析方法计算结果

5．1 引言

5．2 关键参数选取结果

5．3 抽样结果

5．4 输入参数不确定性传递

5．4．1 输入参数对自然循环流量的影响

5．4．2 输入参数对堆芯出口温度的影响

5．4．3 输入参数对包壳温度的影响

5．5 失效面的建立及验证

5．5．1 替代模型建立

5．5．2 正态分布检验

5．5．3 误差分析

5．6 Monte Carlo计算结果

5．6．1 堆芯出口温度失效概率

5．6．2 包壳温度失效概率

5．7 参数重要度分析

5．8 本章小结

第6章 根本原因分析方法计算结果

6．1 引言

6．2 关键运行参数类型选取结果

6．3 根本原因分析结果

6．4 失效概率计算结果

6．5 本章小结

第7章 系统部件失效计算结果

7．1 引言

7．2 失效模式及影响分析

7．3 部件失效故障树建立结果

7．4 部件失效概率计算结果

7．5 本章小结

第8章 计算结果对比

8．1 引言

8．2 物理过程失效结果对比

8．3 物理过程失效与部件失效结果对比

8．4 参数重要度对比

8．5 本章小结

第9章 结论与展望

9．1 结论

9．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

作者简介