面向系统动态与非能动特性的概率安全评价方法研究

发布时间：2018-11-23 11:13

【摘要】：核能是目前唯一一种可以替代化石能源的可持续新型清洁能源,而核安全是核能持续发展的生命线。概率安全评价(Probabilistic Safety Assessment,PSA)是核电厂安全分析的两种重要方法之一,现已广泛应用于核能系统的设计、运行、维修和退役各个阶段。传统PSA(基于故障树／事件树)方法在处理系统动态和非能动特性问题时还有很大的不足和缺陷：传统PSA方法需要将系统中的“动态”问题转化为静态问题来处理,而不能直接处理“动态”问题；传统PSA方法不能用于分析和评价非能动系统的功能失效。近些年发展出来用于解决系统动态特性问题的动态PSA方法存在计算消耗大的问题,而常被应用于非能动系统功能失效分析的蒙特卡洛模拟同样存在着计算消耗大的问题。为了解决PSA分析中的上述问题,本文进行了以下研究：(1)进行了动态PSA方法的特性对比研究。研究的对象包括蒙特卡洛(MC)模拟、动态事件树(DET)和蒙特卡洛动态事件树方法(MCDET)。用上述三种动态PSA方法分别为两个基准测试系统建立了动态PSA模型。模型中考虑部件老化、状态相依、可维修、部件故障顺序与时间等动态因素对结果的影响。结果表明动态事件树方法的计算耗时与任务时间呈指数增长关系,适用于短任务时间的模拟；而MC模拟和MCDET两种方法的计算耗时与任务时间呈线性增长关系,在长任务时间模拟上更具优势。(2)提出了一种偏置状态转移率的MC模拟方法。该方法通过在选定的偏置部件旁边串联一个转移率较大的虚拟部件,提高“整体”转移率,增大MC模拟中模拟到与该部件相关的系统失效事件,可提高MC模拟的捕捉稀有事件效率和方法性能。通过本文的例题测试,该方法在捕捉稀有失效事件的平均耗时有显著降低。(3)提出了一种偏置MCDET方法。本文将上述的偏置状态转移率方法与MCDET方法耦合。在偏置MCDET模型中,对一些与系统失效相关的小概率失效部件进行偏置,并采用偏置状态转移率方法代替直接MC方法进行抽样。该方法可进一步提高方法的模拟效率。将该方法应用于应急与备用电源系统(Emergency and Standby Power System, ESPS)的可靠性分析中,计算结果表明：耦合后的方法的捕捉稀有事件效率明显高于MCDET方法。(4)提出了两种响应面构造方法,即：改进响应面拟合方法和基于人工神经网络多方法耦合方法。两种方法可拟合出两种近似的数学模型,代替计算消耗昂贵的确定论模型,用于非能动系统功能失效的PSA分析。将两种方法应用于中国铅基研究实验堆CLEAR-I非能动余热排出系统的可靠性分析中,结果表明非能动余热排出系统具有很高的可靠性。上述的动态PSA方法的特性研究为动态PSA工程应用中的方法选取提供依据；偏置方法的研究较大程度地解决了基于MC模拟的动态PSA方法的计算消耗问题,对动态PSA方法的工程应用具有重大意义；两种响应面构造方法的提出可使在仅有较少的训练样本点时有效地拟合出较为准确的数学模型,降低计算消耗。
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【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TL364.5

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