蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)是保證核電站安全運行的關(guān)鍵儀表和控制子系統(tǒng)，也是最復雜的子系統(tǒng)之一，有80多個組件和多種故障模式。與傳統(tǒng)方法相比，布爾邏輯驅(qū)動馬爾可夫流程模型提供了更好的可靠性分析和更好的維護策略。

1、分析軟件應用

蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)的動態(tài)可靠性分析可以提高設備的可靠性。

數(shù)字儀表與控制系統(tǒng)(DICS)在核電站中得到了廣泛的應用，其可靠性直接影響著核電站的安全水平。

蒸汽發(fā)生器(SG)是核島內(nèi)的關(guān)鍵設備。將水位保持在合理范圍內(nèi)是確保反應堆和汽輪機安全運行的條件之一。

因此，蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)(SGLCS)是核電站DICS的重要子系統(tǒng)之一，其可靠性直接影響核島的安全運行。

布爾邏輯驅(qū)動馬爾可夫流程(BDMP)是一種強大的動態(tài)可靠性建模方法，它可以將馬爾可夫流程與故障樹的葉節(jié)點相關(guān)聯(lián)，從而解決故障樹方法不適合描述部件故障相關(guān)性強的可修模型和馬爾可夫模型的組合爆炸問題。

法國電力公司(EDF)開發(fā)了BDMP建模軟件KB3及其定量分析軟件YAMS，已廣泛應用于發(fā)電廠和電網(wǎng)中各種系統(tǒng)的可靠性分析。

然而，由于KB3軟件是EDF擁有的內(nèi)部軟件，因此限制出口，只有教育版才能在其他國家應用。因此，它的建模能力受到很大限制。

在本研究中，定義了一種自定義腳本語言來描述BDMP模型，并開發(fā)了一個轉(zhuǎn)換器程序來將BDMP腳本轉(zhuǎn)換為PRISM腳本，后者用于定義馬爾可夫模型。

然后使用可靠性領域廣泛使用和認可的概率模型檢查器RPISM進行定量分析。

使用該方法建立并分析了核電廠內(nèi)SGLCS的BDMP模型，同時使用KB3(版本為3.5.1)和YAMS軟件驗證了分析結(jié)果。

最后，還得到了SGLCS不同部分的不可用性對總SGLCS的貢獻。

2、定義BDMP模型

BDMP模型主要由頂部事件、底部事件、邏輯門、觸發(fā)鏈接和邏輯鏈接組成。

根據(jù)故障樹的基本概念，BDMP模型中的頂部節(jié)點是根節(jié)點，而底部節(jié)點是葉節(jié)點。

在BDMP模型中，觸發(fā)鏈接是從觸發(fā)節(jié)點到被觸發(fā)節(jié)點。值、相關(guān)模式和所需模式是BDMP模型中每個節(jié)點最重要的三個屬性，它們共同決定了BDMP模型的動態(tài)行為。

BDMP模型中每個葉節(jié)點的失效機制是不同的。只有當f類型的葉節(jié)點同時處于相關(guān)模式和所需模式時，它們才會失效。

只有當所需的模式發(fā)生變化時，類型i的葉節(jié)點才會失效。當sf類型的葉節(jié)點處于相關(guān)模式時，它們的必需模式和非必需模式對應于兩種不同的故障率。

3、蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)

圖1：給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)公用部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

蒸汽發(fā)生器液位控制系統(tǒng)由蒸汽發(fā)生器給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和主給水泵調(diào)速系統(tǒng)組成。

前者的主要功能是調(diào)節(jié)每個蒸汽發(fā)生器的給水流量;后者的主要功能是將給水總管和蒸汽總管之間的壓差保持在設定值。

三回路核電廠中的三個蒸汽發(fā)生器各有一個獨立的蒸汽發(fā)生器給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過控制安裝在蒸汽發(fā)生器入口側(cè)的主給水調(diào)節(jié)閥和旁路給水調(diào)節(jié)閥的開度來控制給水流量。

最后，為了達到控制蒸汽發(fā)生器水位的目的，同時，在三個蒸汽發(fā)生器的給水流量控制范圍內(nèi)有一個公共部分。

公共部分的主要功能是獲得蒸汽發(fā)生器的負載信號，并在三個蒸汽發(fā)生器的主給水溫度中選擇最高溫度，以獲得水位控制增益，從而提高低負載下的穩(wěn)定性。

給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)公用部分的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

4、主給水泵調(diào)速

圖2：主給水泵調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

主給水泵調(diào)速系統(tǒng)的主要功能是將蒸汽母管和給水母管之間的壓差保持在預設值，該壓差隨著負荷的增加而增加。

系統(tǒng)輸入信號為主蒸汽流量信號和主蒸汽主管道與主給水主管道壓差信號的不匹配信號，輸出為泵速設定值。

核發(fā)電機組的給水系統(tǒng)為每臺機組配備了三臺電動給水泵，給水母管和蒸汽母管之間的實際壓降由三個差壓計測量。

主給水泵調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

5、蒸汽發(fā)生器控制裝置的故障分析

圖3：SGLCS不可用率對比圖

將由所定義的腳本語言描述的BDMP模型文件輸入到轉(zhuǎn)換程序中，并通過轉(zhuǎn)換程序獲得用PRISM腳本語言所描述的等價馬爾可夫模型。

最后，使用PRISM軟件進行定量分析。然后將結(jié)果與EDF的KB3和YAMS的分析結(jié)果進行比較(由于KB3建模節(jié)點的限制，將YAMS的計算結(jié)果作為蒸汽發(fā)生器水位控制系統(tǒng)三部分的總和)，以驗證所提出方法的正確性。

如圖3所示，YAMS分析結(jié)果為1.45176E-3，PRISM分析結(jié)果為1.42581E-3。以YAMS分析結(jié)果為參考值，誤差約為參考值的1.7%。

圖4：SGLCS的三部分不可用性圖

從圖4中可以看出，給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(獨立部分)的不可用率約占整個SGLCS不可用率的73.8%，給水流量調(diào)整系統(tǒng)(共用部分)的可用率約為24.4%，結(jié)果表明，給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的故障是造成核電站SGLCS故障的主要原因。

6、提高蒸汽發(fā)生器控制可靠性

針對傳統(tǒng)動態(tài)可靠性分析方法中模型規(guī)模大、組合爆炸的問題，提出了一種基于BDMP和PRISM的DICS動態(tài)可靠性建模和定量分析新方法。

在這種情況下，BDMP首先應用于實際核電站的復雜控制系統(tǒng)。

首先，將所提出的方法用于實際核電站SGLCS的可用性分析。然后，將所提出的方法與商業(yè)BDMP建模和定量分析軟件KB3和YAMS獲得的結(jié)果進行了比較。該方法的相對偏差小于2%，驗證了該方法的有效性。最終計算結(jié)果表明，在不定期檢查的情況下，SGLCS的不可用率約為1.4E-3，其中給水流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)(獨立部分)的故障對系統(tǒng)不可用率的影響最大。

在實際操作和維護中，可以采取有針對性的策略來提高系統(tǒng)的可靠性。

本文提出的方法，使復雜動態(tài)系統(tǒng)的可靠性建模和定量分析方法在工程中得到廣泛應用，為核電站SGLCS的可靠性管理和設備維護提供了指導和參考價值。