概率安全分析(五次課六次課七次課)

核平安根底核動(dòng)力仿真研究中心第四章概率平安分析第四章概率平安分析§4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表§4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕§4.3事件樹分析法§4.4故障樹分析法§4.5事故序列分析§4.6核電廠平安性兩種評(píng)價(jià)方法的比較本章概述Prof.RasmussenWASH-1400報(bào)告概率平安評(píng)價(jià)根本思想1選擇一組始發(fā)事件；2始發(fā)事件發(fā)生后系統(tǒng)或人員響應(yīng)；3確定事件的成功判據(jù)；4故障樹與統(tǒng)計(jì)分析，確定各事件發(fā)生概率；5每個(gè)始發(fā)事件發(fā)生產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)及總風(fēng)險(xiǎn)；6各事件對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的奉獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)意見。始發(fā)事件：在設(shè)計(jì)時(shí)確定的能導(dǎo)致預(yù)計(jì)運(yùn)行事件或事故工況的事件。4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表１、事故分類方法為了確保核電廠平安，規(guī)定對(duì)工況Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的事故要作詳細(xì)的平安分析計(jì)算，給出定量結(jié)果并評(píng)定是否滿足標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)要求〔表3-1〕。核電廠事故分析涉及反響堆物理、熱工、控制、結(jié)構(gòu)、屏蔽及劑量防護(hù)等，范圍很廣。沒有流體流失的事故，主要指一般的瞬變。如反應(yīng)性引入事故、失流事故等以損失一回路或二回路流體為特征的管道破裂事故。如給水管道破裂事故、失水事故等２、典型始發(fā)事故；8類，輕水壓水堆核電站47種美國核管會(huì)1975年《輕水堆核電廠平安分析報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)格式及內(nèi)容》〔1〕、二回路系統(tǒng)排熱增加〔5種〕〔2〕、二回路系統(tǒng)排熱減少〔8種〕〔3〕、反響堆冷卻劑系統(tǒng)流量減少〔4種〕〔4〕、反響性與功率分布異常〔9種〕〔5〕、反響堆冷卻劑裝量增加〔3種〕〔6〕、反響堆冷卻劑裝量減少〔6種〕〔7〕、系統(tǒng)或設(shè)備的放射性釋放〔5種〕〔8〕、未能緊急停堆的預(yù)期瞬變ATWS〔7種〕核電廠設(shè)計(jì)部門須針對(duì)這47種典型始發(fā)事故，對(duì)所設(shè)計(jì)的核電廠進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，并證明所設(shè)計(jì)的核電廠能滿足有關(guān)的平安標(biāo)準(zhǔn)。4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表4.2核事故分類我國的核電站事故分類〔HAF102〕正常運(yùn)行預(yù)計(jì)運(yùn)行事件設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故嚴(yán)重事故（1）沒有明確地考慮作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，但可為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故所涵蓋的那些事故工況。（2）沒有造成堆芯明顯惡化的超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故。事故管理核動(dòng)力廠在規(guī)定的運(yùn)行限值和條件范圍內(nèi)的運(yùn)行。在核動(dòng)力廠運(yùn)行壽期內(nèi)預(yù)計(jì)至少發(fā)生一次的偏離正常運(yùn)行的各種運(yùn)行過程；由于設(shè)計(jì)中已采取相應(yīng)措施，這類事件不至于引起平安重要物項(xiàng)的嚴(yán)重?fù)p壞，也不至于導(dǎo)致事故工況。核動(dòng)力廠按確定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)那么在設(shè)計(jì)中采取了針對(duì)性措施的那些事故工況，并且該事故中燃料的損壞和放射性物質(zhì)的釋放保持在管理限值以內(nèi)。嚴(yán)重性超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故并造成堆芯明顯惡化的事故工況。★嚴(yán)重事故——嚴(yán)重性超過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，造成堆芯嚴(yán)重?fù)p壞和熔化甚至平安殼也遭到損壞，進(jìn)而可能導(dǎo)致放射性物質(zhì)大量釋放到環(huán)境的一種事故，是一種超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故?！锖蠊浅?yán)重：給環(huán)境、公眾健康、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)心理造成巨大影響。實(shí)踐證明：單純考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，不考慮嚴(yán)重事故的防止和緩解，缺乏以保證工作人員、公眾和環(huán)境的平安。4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表《核電廠設(shè)計(jì)平安規(guī)定》HAF102國家核平安局核電廠運(yùn)行狀態(tài)嚴(yán)重事故！4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表為了一標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一用語向公眾快速通報(bào)核電廠所發(fā)生事件的嚴(yán)重程度而采用的工具。判別準(zhǔn)那么廠內(nèi)影響廠外影響縱深防御功能的削弱4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表特大事故（Majoraccident）7嚴(yán)重事故（Seriousaccident）6跨廠事故（Accidentwithoff-siterisks）5廠內(nèi)事故（Accidentmainlyininstallation）4嚴(yán)重故障（Seriousincident）3一般故障

（Incident）2異常事件（Abnormity）1事故故障切爾諾貝利三哩島4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表安全上無嚴(yán)重性0等級(jí)一下偏離批準(zhǔn)的功能范圍1異常情況具有潛在安全后果的一般故障2一般故障接近事故喪失縱深防御措施嚴(yán)重污染工作人員超劑量放射性少量釋放：公眾照射計(jì)量為規(guī)定限值的一小部分3嚴(yán)重故障堆芯部分損毀，嚴(yán)重影響工作人員的健康放射性少量釋放：公眾照射計(jì)量在規(guī)定限值數(shù)量級(jí)內(nèi)4廠內(nèi)事故堆芯嚴(yán)重?fù)p毀放射性少量釋放：部分實(shí)施就地應(yīng)急計(jì)劃5跨廠事故放射性較大釋放：完全實(shí)施就地應(yīng)急計(jì)劃6嚴(yán)重事故放射性大量釋放：廣泛的健康和環(huán)境影響7特大事故縱深防御消弱廠內(nèi)影響廠外影響準(zhǔn)則

等級(jí)說明等級(jí)表的根本邏輯4.1核事故分類與國際核事件分級(jí)表4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕PSA是一種系統(tǒng)工程平安評(píng)價(jià)技術(shù)；可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)、概率風(fēng)險(xiǎn)分析；早先，嘗試法——試驗(yàn)、過失、改進(jìn)、再試驗(yàn)，不斷使樣機(jī)完善化〔緩慢、昂貴、危險(xiǎn)的〕；新思路70年代，PSA技術(shù)成功應(yīng)用于航空航天部門；70年代中期，PSA首次被用于輕水堆平安分析，獲得巨大成功〔WASH-1400報(bào)告〕；三哩島核事故的整個(gè)開展過程在WASH-1400中已有明確預(yù)測。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕人類生活在一個(gè)充滿風(fēng)險(xiǎn)的社會(huì)中地震臺(tái)風(fēng)疾病曬太陽汽車火車炸藥戰(zhàn)爭睡覺社會(huì)不安定勞動(dòng)科學(xué)探索事故的后果4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕概率平安評(píng)價(jià)法的概念隨機(jī)事件數(shù)學(xué)期望風(fēng)險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)的概念事故發(fā)生概率4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕例如1971年美國發(fā)生車禍約1.5×107起，每發(fā)生一起車禍平均損失300美元，每300起事故引起1人死亡。如果美國有2×108人，那么平均個(gè)人死亡風(fēng)險(xiǎn)為：那么因汽車事故造成的經(jīng)濟(jì)損失為：那么因汽車事故造成的死亡數(shù)為：4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕核電廠風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的主要任務(wù)識(shí)別潛在事故，尋找薄弱環(huán)節(jié)；計(jì)算放射性物質(zhì)分布，確定對(duì)周圍公眾與環(huán)境的影響；求出潛在核事故產(chǎn)生的總風(fēng)險(xiǎn)，并評(píng)估。三級(jí)PSA場外4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕二級(jí)PSA安全殼一級(jí)PSA堆芯PSA的三個(gè)等級(jí)4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕根本內(nèi)容找出導(dǎo)致堆芯損壞的事故序列分析平安系統(tǒng)的工作性能和可靠性事故序列概率定量計(jì)算根本方法采用事件樹和故障樹技術(shù)對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)和平安系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析目的幫助分析設(shè)計(jì)中的弱點(diǎn)指出防止堆芯損壞的途徑一級(jí)PSA堆芯4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕根本內(nèi)容分析堆芯熔化物理過程和放射性物質(zhì)在平安殼內(nèi)的釋放、遷移研究平安殼在嚴(yán)重事故工況下的響應(yīng)，平安殼失效模式估計(jì)放射性向環(huán)境的釋放目的對(duì)各種堆芯損壞事故序列造成放射性釋放的嚴(yán)重性作出分析，找出設(shè)計(jì)上的弱點(diǎn)，對(duì)減緩事故后果的途徑和事故處理提出具體意見。安全殼反應(yīng)堆壓力容器堆芯安全殼直接加熱堆芯熔融進(jìn)展裂變產(chǎn)物微粒的行為氫氣爆炸熔融物/冷卻劑相互作用水蒸氣爆炸熔融物與混凝土相互作用三級(jí)PSA分析根本內(nèi)容核電廠廠外不同距離處放射性核素濃度隨時(shí)間變化結(jié)合二級(jí)PSA分析結(jié)果按公眾風(fēng)險(xiǎn)的概念確定放射性事故造成的廠外后果目的能夠?qū)蠊麥p緩措施的相對(duì)重要性作出分析，也能對(duì)應(yīng)急響應(yīng)方案的制定提供支持。根本方法放射性微粒擴(kuò)散遷移場外系統(tǒng)分析安全殼分析廠外后

果評(píng)價(jià)收集原始信息1形成事件樹外部事件分析2系統(tǒng)建模5事故序列定量分析物理過程分析放射性核素的釋放與輸運(yùn)的分析放射性核素在環(huán)境中遷移和后果分析3人因可靠性和操作規(guī)程的分析4形成數(shù)據(jù)庫不確定性分析形成結(jié)果和解釋一級(jí)PSA研究結(jié)果二級(jí)PSA研究結(jié)果三級(jí)PSA研究結(jié)果核電廠概率平安分析程序4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕電廠設(shè)計(jì)、廠址和運(yùn)行的信息；一般性數(shù)據(jù)和電廠具體數(shù)據(jù)；關(guān)于PSA方法的文件報(bào)告。一級(jí)PSA分析需要有：最終平安分析報(bào)告、管路系統(tǒng)圖、電氣系統(tǒng)圖和儀表系統(tǒng)圖；關(guān)于所研究系統(tǒng)的說明性資料；試驗(yàn)、維修、運(yùn)行以及審批規(guī)程。這些信息是需要的，以便向分析人員提供一套盡可能完整的電廠設(shè)計(jì)和運(yùn)行的文件報(bào)告。二級(jí)PSA分析所需要的附加信息包括：關(guān)于反響堆冷卻劑系統(tǒng)和平安殼更詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料。平安殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的信息應(yīng)包括它的尺寸、質(zhì)量和材料。三級(jí)PSA分析需要：廠址處具體的氣象數(shù)據(jù)，以計(jì)算放射性核素在環(huán)境中的輸運(yùn)問題。系統(tǒng)分析——初始信息收集4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕分析由始發(fā)事件與各系統(tǒng)成功或失效組合而形成的各種事故序列，包括：確定所要分析的各類始發(fā)事件，說明響應(yīng)始發(fā)事件所涉及的系統(tǒng)或采取的行動(dòng)；對(duì)每一始發(fā)事件或具有同一事件樹結(jié)構(gòu)的一類始發(fā)事件形成各自的事件樹。系統(tǒng)分析——形成事件樹4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕對(duì)PSA中所涉及的電廠系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析方法：可靠性框圖法；故障樹方法；馬爾可夫分析法；GO法等；頂事件底事件失效概率ORANDAND以故障樹為工具對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法稱為故障樹分析法。(FaultTreeAnalysis,FTA〕系統(tǒng)分析——系統(tǒng)建模4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕根據(jù)對(duì)LER(執(zhí)行申請(qǐng)者事件報(bào)告)的研究發(fā)現(xiàn)，在造成對(duì)環(huán)境有放射性釋放的事件中，40％以上是由于人員過失違章或規(guī)程缺乏所造成的。系統(tǒng)分析——人因可靠性和操作規(guī)程的分析4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕PSA分析中通常不包括外部事件。外部事件包括有火災(zāi)、地震和水淹。這項(xiàng)任務(wù)利用電廠系統(tǒng)分析中建立起的模式，可以從外部事件的觀點(diǎn)獨(dú)立地對(duì)模式進(jìn)行分析，或者是對(duì)模型加以修正，以明確反映外部事件的影響。為了描繪所分析的外部事件序列，要建立一些附加的事件樹。

系統(tǒng)分析——外部事件分析4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕事故序列定量分析需要有部件的數(shù)據(jù)庫。PSA中所使用的數(shù)據(jù)可以有兩個(gè)來源：現(xiàn)有的通用數(shù)據(jù)電廠運(yùn)行所累積的特有數(shù)據(jù)

7.5典型部件的失效率數(shù)據(jù)

系統(tǒng)分析——形成數(shù)據(jù)庫4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕根據(jù)始發(fā)事件的發(fā)生頻率和相應(yīng)各電廠系統(tǒng)失效概率或人因可靠性，計(jì)算出事件樹中各事故序列的發(fā)生頻率。

系統(tǒng)分析——事故序列定量分析4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕堆芯熔化事故將會(huì)引起堆芯、壓力容器、反響堆冷卻劑系統(tǒng)和平安殼內(nèi)許多物理過程。已經(jīng)開展了一些計(jì)算機(jī)程序來分析這些物理過程。其計(jì)算結(jié)果可幫助人們透徹了解與事故序列有關(guān)的各物理現(xiàn)象和預(yù)計(jì)平安殼是否失效。對(duì)每個(gè)所討論的事故序列建立平安殼事件樹。平安殼分析——物理過程分析4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕平安殼分析——放射性核素釋放和輸運(yùn)分析對(duì)每一種可能造成平安殼破裂的堆芯熔化事故，必須估計(jì)釋放到環(huán)境中去的放射性核素總量。利用計(jì)算模型分析事故期間從反響堆燃料釋放出的放射性核素總量，并估計(jì)平安殼失效之前放射性核素在平安殼內(nèi)的輸運(yùn)和沉積。該分析的結(jié)果是預(yù)計(jì)每個(gè)事故序列下平安殼失效時(shí)釋放到環(huán)境中去的放射性核素總量。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕廠外后果評(píng)價(jià)——放射性遷移和后果分析由平安殼分析提供的從平安殼釋放出的源項(xiàng)，利用廠址處具體的氣象數(shù)據(jù)和局部地形信息，分析放射性核素在環(huán)境中的輸運(yùn)和彌散，計(jì)算核電廠周圍居民接受到的放射性劑量和造成的健康效應(yīng)。最后給出核電廠放射性釋放造成的各種后果：早期死亡、晚期癌癥死亡和財(cái)產(chǎn)損失。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕廠外后果評(píng)價(jià)——不確定性分析不管分析的范圍如何，不確定性分析都是PSA中的一個(gè)必要的組成局部。在PSA分析的每一步都有不確定性問題，有些不確定性可能還很大。不管是定性還是定量分析，都要考慮數(shù)據(jù)庫的不確定性、模型化時(shí)假設(shè)的不確定性以及分析的完整性。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的根本步驟確定初因事件；事件樹與故障樹分析，確定發(fā)生概率；確定堆芯內(nèi)和平安殼內(nèi)放射性物質(zhì)的沉積和遷移；確定向環(huán)境放射性物質(zhì)的釋放量；對(duì)公眾與環(huán)境的影響評(píng)估。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕3導(dǎo)致燃料熔化1一系列始發(fā)事故電廠瞬態(tài)運(yùn)行2時(shí)序響應(yīng)構(gòu)成事故序列4一回開路破損，放射性釋放5平安殼破損，放射性釋放到環(huán)境6對(duì)環(huán)境與公眾的影響（1）確定初因事件；事故序列（2）故障與事件樹分析，計(jì)算發(fā)生概率；〔3〕計(jì)算平安殼內(nèi)的放射性物質(zhì)遷移；〔4〕向環(huán)境的釋放量計(jì)算；（5）對(duì)環(huán)境與公眾的影響評(píng)估；4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕pA×

pC1pA×

pE1管道破裂〔A〕PARR裂變產(chǎn)物去除系統(tǒng)〔D〕CI平安殼完整性〔E〕ECI應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)〔C〕EP電源〔B〕事故序列發(fā)生概率pi=0.11-pi≈1初因事件pA失效

pB1-pB成功

1–pC1pC11–pD1pD1pE11–pE11–pD31–pE71–pE3pE2pE3pE41–pE21–pE41–pE51–pE61–pE81–pC2pC21–pD2pD2pD31–pD4pD4pE5pE6pE7pE5pApA×

pD1×

pE2pA×

pC1×

pE3pA×

pC2×

pD2pA×

pC1×

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×

pE4pA×

pD1pA×

pBpA×

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pD3

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pE6pA×

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pE7pA×

pB×

pC2

×

pD44.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕初因事件pA失效

pB1-pB成功

1–pC1pC11–pD1pD1pE11–pE11–pD2pD21–pE21–pE31–pE4pE2pE3pE4pApA×

pE1pA×

pD1×

pE2pA×

pC1pA×

pC1×

pE3pA×

pC2×

pD2pA×

pD1pA×

pB管道破裂〔A〕PARR裂變產(chǎn)物去除系統(tǒng)〔D〕CI平安殼完整性〔E〕ECI應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)〔C〕EP電源〔B〕事故序列發(fā)生概率pi=0.11-pi≈14.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕事件序列風(fēng)險(xiǎn)總風(fēng)險(xiǎn)4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕始發(fā)事件確實(shí)定與分組始發(fā)事件是造成核電廠擾動(dòng)并且有可能導(dǎo)致堆芯損壞的事件，它究竟能否造成堆芯損壞，依賴于核電廠各個(gè)緩解事故的系統(tǒng)是否能成功地運(yùn)行。始發(fā)事件是建造事件樹的起始點(diǎn)。要求始發(fā)事件確實(shí)定應(yīng)力求完善，需要有一份盡可能完備的始發(fā)事件清單。形成一個(gè)絕對(duì)完整的始發(fā)事件清單是非常困難的，只希望沒有被識(shí)別的始發(fā)事件對(duì)總風(fēng)險(xiǎn)的奉獻(xiàn)應(yīng)是極小的。始發(fā)事件確實(shí)定方法：工程評(píng)價(jià)法和演繹分析法4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕始發(fā)事件的分類始發(fā)事件的分類內(nèi)部始發(fā)事件危害（內(nèi)部的和外部的）內(nèi)部始發(fā)事件包括：核電廠硬件失效由人誤或計(jì)算機(jī)軟件缺陷造成核電廠硬件的錯(cuò)誤運(yùn)行。外部危害〔外部事件〕是指假設(shè)干個(gè)系統(tǒng)造成共同的極端環(huán)境條件的事件：地震洪水颶風(fēng)飛機(jī)墜落等。內(nèi)部危害包括內(nèi)部水淹、火災(zāi)飛射物撞擊。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕始發(fā)事件確實(shí)定方法實(shí)施PSA的第一步就是要產(chǎn)生一個(gè)需分析的始發(fā)事件〔IE〕清單，并對(duì)這些始發(fā)事件進(jìn)行分組以便減輕事故序列模型化和定量化的工作量。始發(fā)事件的確定工程評(píng)價(jià)演繹法工程評(píng)價(jià)法就是根據(jù)核電廠的運(yùn)行歷史和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并參照其他核電廠概率平安評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過工程判斷編制出始發(fā)事件的清單。演繹分析法是通過構(gòu)造頂事件-底事件邏輯框圖，邏輯圖最低一層事件就是核電廠的始發(fā)事件。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕演繹分析法4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕輕水堆始發(fā)事件分類一個(gè)核電廠的始發(fā)事件數(shù)量龐大，即便是對(duì)幾十個(gè)始發(fā)事件建立事件樹也是不現(xiàn)實(shí)的。按平安功能或者系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行分組。同一組內(nèi)的所有始發(fā)事件根本上具有相同的前沿系統(tǒng)成功準(zhǔn)那么，并且具有相同的特殊條件〔對(duì)操縱員要求，核電廠自動(dòng)響應(yīng)〕，因而能夠利用相同的事件樹／故障樹分析進(jìn)行模型化。冷卻劑喪失事故〔LOCA〕和瞬態(tài)兩大類需要反應(yīng)堆降功率、停堆并隨后排出衰變余熱的所有事件。直接造成一回路壓力邊界喪失完整性的所有事件。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕平安功能、前沿系統(tǒng)和支持系統(tǒng)對(duì)每一個(gè)始發(fā)事件，必須確定為防止堆芯損壞所需要執(zhí)行的平安功能。輕水堆內(nèi)防止堆芯損壞的平安功能有：控制反應(yīng)性反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)/高壓安全注射系統(tǒng)排出堆芯衰變熱和潛熱動(dòng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)/應(yīng)急給水系統(tǒng)/高壓安注和穩(wěn)壓器安全閥組/低壓安注/余熱排出系統(tǒng)保持反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界完整性（壓力控制）穩(wěn)壓器安全閥組保持反應(yīng)堆冷卻劑總裝量高壓安注/低壓安注保護(hù)安全殼完整性（隔離、超壓保護(hù)）安全殼噴淋系統(tǒng)/安全殼冷卻系統(tǒng)從安全殼大氣中清除放射性物質(zhì)安全殼噴淋系統(tǒng)4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕平安功能、前沿系統(tǒng)和支持系統(tǒng)前沿系統(tǒng)：直接執(zhí)行平安功能的系統(tǒng)。支持系統(tǒng)：為保證前沿系統(tǒng)正確執(zhí)行功能所需的系統(tǒng)。4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕PSA研究結(jié)果★核事故風(fēng)險(xiǎn)的大小:潛在核事故的后果遠(yuǎn)小于人們的想象核事故的發(fā)生概率遠(yuǎn)小于非核事故傷亡概率為非核事故的一萬倍！4.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕PSA研究結(jié)果

小破口失水事故2.6×10-545.54.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕PSA研究結(jié)果

小破口失水事故5.7×10-566.544.2概率平安評(píng)價(jià)〔PSA〕PSA研究結(jié)果概率分析研究結(jié)論:核電站的主要風(fēng)險(xiǎn)來自導(dǎo)致燃料熔化的事故，真正導(dǎo)致放射性釋放的潛在事故并不多；小破口失水事故及瞬態(tài)事故最易造成燃料熔化；人為失誤造成核事故的概率較高并往往加劇事故的嚴(yán)重性。4.3事件樹分析法事件樹分析法事件樹的概念及構(gòu)造事件序列定量化事件樹模型化事件樹的概念及構(gòu)造事件樹題頭：事件樹最上層是按順序列出可能影響事故進(jìn)程的一系列事件。在樹的分支點(diǎn)處，上分支表示系統(tǒng)成功，下分支表示系統(tǒng)失效。事件樹分析采用“兩態(tài)模型〞：不是成功就是失效，結(jié)果偏于保守。事故序列：在事件樹表示的每一條途徑代表著一種事故狀態(tài)。它從特定的始發(fā)事件開始，導(dǎo)致一種電廠損壞狀態(tài)。4.3事件樹分析法事件序列定量化它表示始發(fā)事件I發(fā)生后，系統(tǒng)A和C成功，而系統(tǒng)B和D失效的一個(gè)事故序列。該事故序列的頻率可以用下式表示:始發(fā)事件I發(fā)生、系統(tǒng)A成功、系統(tǒng)B失效下系統(tǒng)C成功的份額事件序列頻率始發(fā)事件I的頻率始發(fā)事件I發(fā)生下系統(tǒng)A成功的份額始發(fā)事件I發(fā)生、系統(tǒng)A成功下系統(tǒng)B失效的份額始發(fā)事件I發(fā)生、系統(tǒng)A成功、系統(tǒng)B失效和系統(tǒng)C成功下系統(tǒng)D失效的份額每一事故序列頻率為始發(fā)事件頻率乘以分支點(diǎn)上的分支概率。故障樹方法4.3事件樹分析法事件樹模型化方法大事件樹-小故障樹法〔顯示法〕帶支持系統(tǒng)狀態(tài)的小故障樹法，或者帶有邊界條件的事件樹方法。所有支持系統(tǒng)的狀態(tài)將明顯地出現(xiàn)在事件樹題頭中，亦可考慮根本領(lǐng)件、人員操作。優(yōu)點(diǎn)：在事件樹中反映了現(xiàn)有的相關(guān)性，與事件樹相關(guān)聯(lián)的故障樹規(guī)模不大；每個(gè)事故序列的發(fā)生頻率計(jì)算比較簡單，為響應(yīng)各個(gè)分支概率的乘積。缺點(diǎn)：只有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家經(jīng)過精心處理才可能在事件樹建立起正確的相關(guān)性；事件樹復(fù)雜程度迅速加大；故障樹的規(guī)模雖然變小，但故障樹的數(shù)目可能增加。4.3事件樹分析法事件樹模型化方法小事件樹-大故障樹法WASH-1400中使用的方法，美國NRC推薦使用方法。事件樹不包括支持系統(tǒng)，因此事件樹比較簡潔。對(duì)于支持系統(tǒng)，在前沿系統(tǒng)分析時(shí)應(yīng)考慮，因而對(duì)前沿系統(tǒng)形成一顆大故障樹。4.3事件樹分析法小事件樹-大故障樹法題頭的選擇：按照對(duì)始發(fā)事件響應(yīng)的時(shí)間順序來排列?！脖Ｗo(hù)系統(tǒng)、高壓安注、高壓再循環(huán)等〕。考慮系統(tǒng)功能上和硬件上的相互關(guān)系。如余熱排出系統(tǒng)可能需要平安殼噴淋系統(tǒng)的成功運(yùn)行，所以，余熱排出系統(tǒng)的題頭應(yīng)在平安殼噴淋系統(tǒng)之后。功能事件樹系統(tǒng)事件樹平安功能為題頭的事件樹。不是最終的產(chǎn)品，是一個(gè)中間步驟將前沿系統(tǒng)的狀態(tài)作為題頭4.3事件樹分析法大破口事件樹例事故進(jìn)程4.3事件樹分析法大破口事件樹反響性控制，緊急停堆；平安殼噴淋系統(tǒng)動(dòng)作，以降低平安殼壓力(COI)；一回路冷卻劑裝量的維持和堆芯余熱的導(dǎo)出，向堆芯注入應(yīng)急冷卻水(ECI)平安殼內(nèi)熱量排出，平安殼再循環(huán)冷卻〔COR〕；堆芯再循環(huán)冷卻(ECR)，進(jìn)入堆芯再循環(huán)冷卻階段。平安功能分析WASH-1400報(bào)告中大LOCA功能事件樹大破口事件樹安全功能系統(tǒng)成功準(zhǔn)則反應(yīng)性控制緊急停堆系統(tǒng)空泡率較高，由其帶來的負(fù)反應(yīng)性可以在短期內(nèi)使反應(yīng)堆進(jìn)入次臨界，在大破口事故分析中緊急停堆系統(tǒng)并非必不可少冷卻劑裝量的維持和堆芯余熱的導(dǎo)出安全注射箱注射3個(gè)安全注射箱至少有2個(gè)能將水注射一回路低壓安全注射直接注射2臺(tái)低壓安全注射泵至少1臺(tái)能正常運(yùn)行從換料水箱取水，3根注射管至少2根有效低壓再循環(huán)冷卻-冷段注射2臺(tái)低壓安全注射泵至少1臺(tái)能正常運(yùn)行。從地坑吸水，經(jīng)冷段注射管線注水，3根注射管至少2根有效。安全殼內(nèi)熱量的排出安全殼噴淋2臺(tái)安全殼噴淋泵至少1臺(tái)泵能將水經(jīng)1臺(tái)熱交換器注射到安全殼內(nèi)（24h）大破口事件樹系統(tǒng)間相互關(guān)系的分析系統(tǒng)事件樹安注箱注入失效，認(rèn)為堆芯已經(jīng)熔化；平安殼噴淋系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么不考慮平安注射系統(tǒng)再循環(huán)運(yùn)行：此時(shí)地坑水得不到冷卻；如果低壓平安注射在直接階段失效，再循環(huán)運(yùn)行已不起作用，堆芯已經(jīng)熔化。故障樹分析(FTA)技術(shù)是美國貝爾電報(bào)公司的實(shí)驗(yàn)室于1962年開發(fā)的，它采用邏輯的方法，形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作，特點(diǎn)是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，可以做定性分析，也可以做定量分析。表達(dá)了以系統(tǒng)工程方法研究平安問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測性。4.4故障樹分析法泰坦尼克海難海難后果船體鋼材不適應(yīng)海水低溫環(huán)境，造成船體裂紋觀察員、駕駛員失誤，造成船體與冰山相撞船上的救生設(shè)備缺乏，使大多數(shù)落水者被凍死距其僅20海里的California號(hào)無線電通訊設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，無法收到求救信號(hào)，不能及時(shí)救援頂事件邏輯門

中間事件4.4故障樹分析法故障樹分析—WHY？Pi確定事件樹重要要素：系統(tǒng)的成功或失效？系統(tǒng)可能沒有建成〔嶄新的系統(tǒng)〕，無可供使用的數(shù)據(jù)不希望為獲得數(shù)據(jù)而產(chǎn)生不希望的后果〔破壞性試驗(yàn)〕；冗余技術(shù)的使用使系統(tǒng)可靠性很高，整個(gè)系統(tǒng)失效是件稀有事件，無法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接確定系統(tǒng)可靠性，而部件的失效數(shù)據(jù)可能是容易解決的。需要采用有效的系統(tǒng)模型方法，以便根據(jù)部件失效數(shù)據(jù)來預(yù)測系統(tǒng)的可靠性。故障樹分析故障樹分析的概念把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的狀態(tài)作為系統(tǒng)故障的分析目標(biāo)，然后尋找直接導(dǎo)致這一狀態(tài)發(fā)生的全部因素，跟蹤追擊找出造成下一級(jí)事件發(fā)生的全部直接因素，直到毋需再深究其發(fā)生的因素為止。通過分析找出出現(xiàn)不希望狀態(tài)的所有可信途徑。這個(gè)最不希望發(fā)生的事件——頂事件；毋需再深究的事件——底事件；介于頂事件與底事件之間的一切事件——中間事件。用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T把頂事件、中間事件和底事件連接成樹形圖，這種樹形圖就稱為“故障樹〞〔FaultTree,FT〕。以故障樹為工具對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法稱為故障樹分析法〔FTA〕。4.4故障樹分析法故障樹分析步驟定義頂事件和邊界條件，確定成功準(zhǔn)則建造故障樹對(duì)故障樹簡化或模塊化定性分析定量分析是故障樹分析最為關(guān)鍵的一步，是定量分析的根底。4.4故障樹分析法故障樹分析常用符號(hào)4.4故障樹分析法故障樹的建造規(guī)那么明確建樹的邊界條件并形成簡化系統(tǒng)圖嚴(yán)格定義頂事件FMEA分析〔失效模式與影響分析〕找出部件失效模式和造成的影響試驗(yàn)、維修和人因相關(guān)性故障樹的層次結(jié)構(gòu)事件的命名和描述部件失效模式可分為3類：需求失效；貯備失效；運(yùn)行失效采用一種標(biāo)準(zhǔn)化格式來對(duì)故障樹中根本領(lǐng)件進(jìn)行編碼命名是極為重要的，必須與所選用的計(jì)算機(jī)程序匹配，應(yīng)清楚地說明：部件失效模式、部件標(biāo)識(shí)和類型、部件所處的系統(tǒng)、部件的電廠編碼在用故障樹分析法計(jì)算事件樹中支點(diǎn)的分支概率時(shí)，通常由系統(tǒng)在事件樹中的成功準(zhǔn)那么來規(guī)定頂事件。有時(shí)一個(gè)系統(tǒng)在不同的事故始發(fā)事件下必須采用不同的成功準(zhǔn)那么一顆故障樹能建得過大。為了減小樹的規(guī)模和突出重點(diǎn)，應(yīng)在FMEA分析的根底上，舍去那些不重要的部件，從系統(tǒng)圖的主要邏輯關(guān)系形成一個(gè)等效的簡化系統(tǒng)圖，然后從簡化系統(tǒng)圖出發(fā)進(jìn)行建樹。4.4故障樹分析法故障樹建造例一反響堆壓力保護(hù)系統(tǒng)圖，試畫出該系統(tǒng)的故障樹該系統(tǒng)是一個(gè)由三個(gè)輸入通道組成的3取2系統(tǒng)，其正常的功能是當(dāng)3個(gè)輸入通道中有2個(gè)通道的壓力信號(hào)超出容許的范圍時(shí)，那么輸出通道有信號(hào)輸出，反響堆就停閉。反之，該系統(tǒng)故障。因此把反響堆壓力保護(hù)系統(tǒng)故障選為頂事件。4.4故障樹分析法反響堆壓力保護(hù)系統(tǒng)建樹過程超壓停堆失效OR輸入通道故障輸出通道故障通道A和B故障通道B和C故障通道A和C故障邏輯門

A故障邏輯門

B故障通道A故障通道B故障通道C故障壓力敏

感元件

C故障壓力變

送器C

故障定值器

C故障壓力敏

感元件

A故障壓力變

送器A

故障定值器

A故障壓力敏

感元件

B故障壓力變

送器B

故障定值器

B故障準(zhǔn)底事件x1x2x3x4x5〔待開展事件x1，x2，x3〕TopOR輸入通道故障輸出通道故障通道A和B故障通道B和C故障通道A和C故障x4x5x1x2x1x3x2x3H1H2H3H4H5H6反響堆壓力保護(hù)系統(tǒng)故障樹故障樹建造例二簡化的應(yīng)急堆芯冷卻系統(tǒng)如以下圖示。該系統(tǒng)投入由安注信號(hào)觸發(fā)，安注信號(hào)將向安注泵及有關(guān)閥門發(fā)出4.4故障樹分析法邏輯或門事件邏輯與門失去工程平安電源的故障樹失去直流電源失去交流電源失去工程安全電源的事故失去廠內(nèi)交流電源失去外電源4.4故障樹分析法故障樹的定性分析目的：尋找導(dǎo)致頂事件發(fā)生的根本領(lǐng)件或根本領(lǐng)件的組合，識(shí)別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有失效模式，進(jìn)而決定系統(tǒng)或單元的薄弱環(huán)節(jié)，以便在設(shè)計(jì)中采取措施，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)最優(yōu)化。定性分析工作包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容：首先對(duì)建立起來的故障樹進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將非標(biāo)準(zhǔn)化的邏輯門或事件等效變換為標(biāo)準(zhǔn)化的邏輯門或事件，使建造出來的故障樹僅含根本領(lǐng)件、結(jié)果事件以及與、或、非三種邏輯門的故障樹；然后對(duì)故障樹進(jìn)行簡化和模塊化處理，以減小故障樹規(guī)模，節(jié)省處理工作量；最后采用故障樹算法〔上行法或下行法〕對(duì)故障樹處理，并按布爾代數(shù)規(guī)那么進(jìn)行化簡吸收求得全部最小割集。4.4故障樹分析法故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)故障樹中每個(gè)事件所處的狀態(tài)只有成功或失效兩種狀態(tài)，布爾變量，故障樹中的邏輯關(guān)系表示成布爾表示式。故障樹系根據(jù)全部底事件由邏輯關(guān)系連接而成，通過運(yùn)用布爾函數(shù)的運(yùn)算法那么求出故障樹的數(shù)學(xué)表達(dá)式底事件可定義：事件可定義為：

為故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)，反映了系統(tǒng)和單元之間的功能關(guān)系。假設(shè)能求得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)，那么系統(tǒng)和單元之間的好壞關(guān)系也就完全清楚了。4.4故障樹分析法或門該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)為：一個(gè)系統(tǒng)，如果至少一個(gè)部件故障即可導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障，或者說全體部件都正常，系統(tǒng)才正常，這樣的系統(tǒng)就叫做串聯(lián)系統(tǒng)。4.4故障樹分析法與門該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)為：n個(gè)部件構(gòu)成的系統(tǒng)，假設(shè)至少一個(gè)部件正常，系統(tǒng)即正常，或者必須n個(gè)部件都故障系統(tǒng)才故障，這樣的系統(tǒng)就叫做n部件并聯(lián)系統(tǒng)。4.4故障樹分析法反響堆壓力保護(hù)系統(tǒng)的故障樹如圖，求其結(jié)構(gòu)函數(shù)。4.4故障樹分析法解：該故障樹由“與門〞和“或門〞混合組成的，其結(jié)構(gòu)函數(shù)為：=H4H5H6+H3=(x1+x2)(x1+x3)(x2+x3)+x4x5寫出如下圖故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)4.4故障樹分析法割集是故障樹底事件集合的一個(gè)子集合，如果該子集的所有這些底事件發(fā)生，那么頂事件必定發(fā)生。割集是導(dǎo)致頂事件發(fā)生的底事件的集合。最小割集是割集集合的一個(gè)子集，是底事件數(shù)量不能再減少的割集。最小割集就是引起頂事件發(fā)生的底事件的最低限度的集合。最小割集的階數(shù)：最小割集中所含底事件數(shù)目。一個(gè)最小割集代表系統(tǒng)發(fā)生故障的一種模式，而全部最小割集的集合就代表系統(tǒng)的全部故障模式。割集與最小割集最小割集的求法？4.4故障樹分析法求最小割集的方法：上行法：從底事件開始，由下向上逐步將頂事件展為底事件的積之和的形式，經(jīng)過吸收得到全部最小割集。下行法〔Fussell法〕：從頂事件開始，由上而下逐步將頂事件展為底事件的積之和的形式，經(jīng)過吸收得到全部最小割集。逐步代入法。4.4故障樹分析法4.4故障樹分析法該法的特點(diǎn)是從故障樹最下面一級(jí)的復(fù)合事件開始。如果復(fù)合事件與底事件間是用邏輯“與門〞聯(lián)結(jié)的，那么為“交〞運(yùn)算；如果是用邏輯“或門〞聯(lián)結(jié)的，那么為“并〞運(yùn)算。按類似的方法逐步往上進(jìn)行，直至頂事件展成底事件的積之和形式為止，故該法又稱上行法。上行法〔Semanderes算法〕4.4故障樹分析法用上行法求圖示的最小割集利用等冪律：4.4故障樹分析法于是得到五個(gè)割集為：利用吸收律進(jìn)行處理，可得最小割集：Fussell方法是從頂事件開始的，由上往下逐級(jí)展開，順序地把上—級(jí)事件置換成下一級(jí)事件。在逐級(jí)展開過程中，遇到“與門〞時(shí)，可將其下面緊接著的所有輸入事件都排在同一行中，增加每一項(xiàng)中的元素；遇到“或門〞時(shí)，可把它下面的每個(gè)輸入都單獨(dú)排一行，在同一列中，增加的是項(xiàng)。這樣直到底事件為止。下行法〔Fussell算法〕4.4故障樹分析法用下行法〔Fussell算法〕求最小割集TH2H1H3H1H2H3置換或門45H2置換與門X4X5H4H5H6置換與門X4X5H4H5H6X1H5H612置換或門X2H5H6X4X5X1X3H613置換或門X1X1H6X2X1H6X2X3H6X4X5X2X3X3X1X1X323X2X1X2BICSX1X1X2X1X3X2X1X3X3X2X1X3X2X3X2X4X5X1X3X1X3X1X2X3X2X3等冪X1X2X1X2X3X1X2X2X3X4X5OR展開項(xiàng)AND每項(xiàng)的元素集輸入置換輸出運(yùn)算方法吸收x1x2

x1x3x2x3x4x5用布爾表達(dá)式逐步代入法求該圖的最小割集H1=H2+H3H2=H4H5H6，H3=x4x5H4=x1+x2，H5=x1+x3，H6=x2+x3T=(x1+x2)(x1+x3)(x2+x3)+x4x5=(x1x1+x1x3+x1x2+x2x3)(x2+x3)+x4x5=(x1+x2x3)(x2+x3)+x4x5=(x1x2+x1x3+x2x2x3+x2x2x3)+x4x5=x1x2+x1x3+x2x3+x4x54.4故障樹分析法逐步代入法C1C2A1ABB1BBBCD1DD1D1EE1F1F2F1F2HBBFOA1=A+B+B1=A+B+C1C2=A+B+(C+B+D1)(D+B+D1)=A+B+CD+CB+B+E+E1=A+B+CD+E+F1+F2=A+B+CD+CB+D1=A+B+CD+E+F+B+O+B+H=A+B+CD+E+F+O+H組合爆炸問題逐步代入法是常用的方法，它是下行法和上行法的綜合。必須注意，當(dāng)故障樹中部件數(shù)量較大時(shí)，其運(yùn)算量是很大的。一個(gè)由n個(gè)底事件組成的系統(tǒng)，底事件組合的種類為2n-1種可能性。上行法或下行法求得全部布爾顯示割集比2n-1少得多，但絕對(duì)數(shù)目還是很大，用大型計(jì)算機(jī)求解仍然存在計(jì)算容量和速度的問題。為此，人們提出了各種各樣的算法和技術(shù)來緩解這種困難，模塊化技術(shù)、早期不交化技