杨婷 贾岚 冀建平

摘要：该文研究了基于故障树（FTA）的典型停堆系统的拒动概率和误动率的可靠性指标建模方法，通过对典型停堆断路器四取二架构的分析，运用故障树建模方法，对停堆系统的两大故障进行拒动概率和误动率的建模分析及计算，工程实践表明，该文给出的可靠性指标预计方法能有效地为核电站仪控系统可靠性指标计算提供方法依据。

关键词：核电站停堆系统；FTA；可靠性指标计算；拒动概率；误动率

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）10-0196-02

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1 概述

伴随着核电站仪控系统的发展，数字化仪控系统相比以前的模拟仪控系统，凸显了其优势。

作为核电站神经中枢的数字化仪控系统，如何定量评价系统的可靠性和安全性，如何对数字化仪控系统进行指标量化建模分析，对核电站数字化仪控系统的安全性和可靠性保障具有非常重要的意义。

定量可靠性评估技术需要明确两点：一是需要确定待评价的量化指标，二是需要确定评价所用的建模方法[1]。本文根据标准GB/T4083-2005中的要求[2]，研究了典型核电厂数字化停堆系统的可靠性指标评估方法，通过运用故障树（FTA）建模方法，对该系统建立故障树模型，进而分析其是否满足相应的可靠性指标要求。

2 典型停堆系统结构

典型核电站停堆系统通常采用四通道冗余和两级四取二表决的结构，并采用局部符合（即对同一个保护变量四个冗余监测信号进行四取二符合）逻辑，以降低误动作概率并提高可维护性[3]。图1所示为某典型停堆断路器的连接图。

断路器是控制停堆执行机构实行停堆功能的部件，反应堆通常靠快速把控制棒插入堆芯来实行紧急停堆，通过断路器来控制控制棒驱动机构的电源，从而完成紧急停堆功能。

在反应堆保护系统断路器的连接形式中经常采用“二取一”“三取二”“四取二”等三种连接方式。本文以典型的“四取二”停堆断路器的连接为例，研究了符合该结构的停堆系统的可靠性指标。

停堆断路器“四取二”连接结构表示了如下的关系：四个逻辑通道A、B、C、D分别各控制两个停堆断路器触点A1和A2、B1和B2、C1和C2、D1和D2，其中，A1、B1、C1、D1由独立的安全触发柜输出，定义为安全触发柜A；A2、B2、C2、D2由独立的另一个安全触发柜输出，定义为安全触发柜B，这四组断路器触点按图1所示的方式连接。

3 基于FTA的可靠性指标建模方法研究

故障树（Fault Tree）是系统的一种故障模型，是对一个特定系统的一个特定顶事件（不希望事件）与引起该事件的事件用演绎法组织起来的布尔失效逻辑的图形表示[2]。本文以故障树分析法（Fault Tree Analysis ，FTA）建立模型，给出了“四取二”停堆断路器连接的拒动概率和误动率的FTA建模过程，为拒动概率和误动率的指标计算提供解决方法。

依据核电站仪控系统的功能，将系统故障分为安全故障和危险故障[4]。依据标准GB/T4083-2005中的要求，核电站仪控系统的故障模式又可分为拒动概率和误动率，这两个指标分别对应危险故障和安全故障。以下分别给出拒动概率和误动率的建模和指标计算过程。

3.1 拒动概率建模及计算

所谓拒动概率是指，每个变量在要求保护动作时，系统因随机故障而拒动的概率（以下简称拒动概率）[2]。因停堆系统拒动概率FTA模型构建的是系统不拒动的模型，计算出模型的拒动不可用度即为系统的拒动概率。依据标准，核电站仪控系统的拒动概率要求不大于1.0E-5/demand。

针对图1所示的停堆斷路器“四取二”的连接架构，以下给出停堆系统的拒动FTA模型建立过程。

1）定义系统故障判据：安全触发柜A和柜B只要有一个输出正常，则系统正常；

2）约定假设：假设四个通道或系统只有正常和拒动两种状态；

3）系统建模：根据故障判据及约定假设，可得拒动概率的故障树模型，如图2所示；

4）拒动概率计算：运用可靠性分析软件Isograph，输入底层板卡的拒动失效率数据，同时，在软件中将系统的定期试验周期设为18个月，进而得出系统的拒动概率为：2.25E-6，满足系统要求的1.0E-5/demand。

3.2 误动率建模及计算

停堆系统误动率是指每个变量的系统安全故障率（以下简称误动率）[2]。停堆系统误动率FTA模型构建的是系统不误动的模型，计算出模型的误动不可用度即为系统的误动概率。有了误动概率，通过单位换算，可以求得系统的误动率。

本文的停堆系统由两个安全触发柜A和柜B提供停堆信号，每个安全触发柜中又有4个停堆驱动装置，分别由4个通道控制。安全触发柜A和柜B两个同时不误动，则系统不误动。依据标准中的指标要求，核电站仪控系统的误动率要求不大于0.1次/年。

针对图1所示的停堆断路器“四取二”连接架构，以下给出停堆系统的误动FTA模型建立过程。

1）定义系统故障判据：安全触发柜A和柜B必须同时输出正常，则系统正常；

2）约定假设：假设四个通道或系统只有正常和误动两种状态；

3）系统建模：根据故障判据及约定假设，可得误动率的故障树模型，如图3所示；

4）误动率计算：运用可靠性分析软件Isograph，输入底层板卡的误动失效率数据，同时，在软件中将系统的定期试验周期设为18个月，进而得出系统的误动概率为：5.40679E-8。转换为误动率指标为：0.00034968。满足系统要求的0.1次/年。

4 结束语

综上分析，结合FTA建模方法，本文给出了“四取二”停堆断路器连接的拒动概率和误动率的故障树建模过程，对数字化仪控系统的两种失效模式（即：拒动和误动）的可靠性指标给出了解决方法。工程实践表明，本文给出的可靠性指标预计方法能有效地为核电站仪控系统可靠性指标计算提供方法依据。

参考文献：

[1]GB/T 9225-1999，安全系统可靠性分析的一般原则[S].

[2]GB/T 4083-2005，核反应堆保护系统安全准则[S].

[3]曾声奎，赵廷弟，张建国，等.系统可靠性设计分析教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001：46-48.

[4]IEC 61508-2010 part1～6.Function safety of electrical/electronic/programmable electronic safety-related system， International Electrotechnical Commission[S]， 2000.

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