概率安全分析軟件開發(fā)及應(yīng)用演示文稿

概率安全分析軟件開發(fā)及應(yīng)用演示文稿當(dāng)前第1頁\共有32頁\編于星期一\4點（優(yōu)選）概率安全分析軟件開發(fā)及應(yīng)用當(dāng)前第2頁\共有32頁\編于星期一\4點參考書目：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C語言教程核電廠概率安全分析及其應(yīng)用（原子能出版社）當(dāng)前第3頁\共有32頁\編于星期一\4點課程背景概率安全分析(PSA)：

20世紀(jì)70年代后期,定量的工程安全評價方法。該方法先確定系統(tǒng)所有潛在的事故，求出各種事故發(fā)生的概率，結(jié)合事故的后果來計算風(fēng)險，以風(fēng)險的大小確定系統(tǒng)的安全程度。確定系統(tǒng)所有潛在的事故，并計算其發(fā)生頻率識別設(shè)計中的缺陷、評價不同的設(shè)計選擇方案識別各系統(tǒng)和部件的重要性為系統(tǒng)的運行、維修和決策提供依據(jù)PSA主要目的：國家環(huán)保局—核電站在建造運行前必須提交概率安全分析報告PSA軟件是進(jìn)行PSA分析的基本工具當(dāng)前第4頁\共有32頁\編于星期一\4點國內(nèi)外相關(guān)軟件發(fā)展現(xiàn)狀軟件名稱國家RiskSpectrum瑞典CAFTA美國Relex美國ITEM美國FTREX韓國國際軟件不能滿足中國核電發(fā)展的需要:通用軟件難以適合設(shè)計和分析各自特殊要求沒有產(chǎn)權(quán)沒有源碼，難以二次開發(fā)費用昂貴初次購買費＋年維護(hù)費＋升級費研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的PSA軟件勢在必行當(dāng)前第5頁\共有32頁\編于星期一\4點國家核電中長期發(fā)展規(guī)劃（2011-2020）

2012年10月24日國務(wù)院常務(wù)會議通過6規(guī)劃目標(biāo)：2020年：在運5800萬千瓦，在建3000萬千瓦目前現(xiàn)狀：在運15臺機(jī)組，裝機(jī)容量~1250萬千瓦在建26臺機(jī)組，裝機(jī)容量~2760萬千瓦未來三年：平均每年新建7臺百萬千瓦機(jī)組，裝機(jī)超過2000萬千瓦截至2011年底，已有~21臺機(jī)組獲得國家發(fā)改委同意前期工作當(dāng)前第6頁\共有32頁\編于星期一\4點國家核安全規(guī)劃（2011-2020）

《核安全與放射性污染防治“十二五”規(guī)劃及2020年遠(yuǎn)景目標(biāo)》7再次強調(diào)：核安全是核能與核技術(shù)利用事業(yè)發(fā)展的生命線加大研究費用的投入力度，納入國家科技發(fā)展管理體系促進(jìn)核安全的人才培訓(xùn)，加大人才培養(yǎng)力度五項重點工程，投資~798億核安全改進(jìn)工程放射性污染治理工程科技研發(fā)創(chuàng)新工程（核安全技術(shù)研發(fā)能力建設(shè)、核安全技術(shù)研究項目）事故應(yīng)急保障工程監(jiān)管能力建設(shè)工程當(dāng)前第7頁\共有32頁\編于星期一\4點PSA軟件研發(fā)：國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（16個科技專項）（2006年通過版），核電關(guān)鍵設(shè)計軟件自主化技術(shù)研究項目，2012年立項，2013年正式啟動核安全規(guī)劃五項重點工程，投資~798億，其中科技研發(fā)創(chuàng)新工程150-200億，PSA軟件是重要內(nèi)容之一，正在具體細(xì)化當(dāng)前第8頁\共有32頁\編于星期一\4點內(nèi)容周數(shù)日期

考核方式軟件開發(fā)第2周3.5到課20分軟件開發(fā)

40分模型建立40分第3周3.12第4周3.19第5周3.26第6周4.2第7周4.9第8周4.16建模分析第9周4.23第10周4.30第11周5.7第12周5.14第13周5.21第14周5.28第15周6.4第16周6.11考試周第17周6.18

第18周6.25當(dāng)前第9頁\共有32頁\編于星期一\4點編程題目題目1：根據(jù)割集計算基本事件的FV部件重要度輸入：割集文件，基本事件概率值文件輸出：總失效概率，最小割集，基本事件FV部件重要度列表（從大到小排序）題目2：根據(jù)割集計算基本事件的RAW重要度輸入：割集文件，基本事件概率值文件輸出：總失效概率，最小割集，基本事件RAW重要度列表（從大到小排序）題目3：根據(jù)割集、敏感因子對基本事件進(jìn)行敏感性分析輸入：割集文件，基本事件概率值文件、敏感因子輸出：總失效概率，最小割集，敏感因子，基本事件敏感度列表（從大到小排序）當(dāng)前第10頁\共有32頁\編于星期一\4點PAS建模分析題目對象：某核電站的系統(tǒng)流程圖（10個，每組1個）工具：RiskA內(nèi)容：（1）故障樹建模（2）進(jìn)行最小割集和頂事件概率計算（3）基本事件重要度排序當(dāng)前第11頁\共有32頁\編于星期一\4點割集與最小割集割集：故障樹底事件集合的一個子集合，該子集的所有底事件發(fā)生，則頂事件必定發(fā)生。最小割集：是割集集合的一個子集，底事件數(shù)量不能再減少的割集，即如果在割集中任意去掉一個底事件后，剩下的事件集合不再是割集。任意一顆故障樹由有限數(shù)量的最小割集組成最小割集中所含底事件的數(shù)目稱為最小割集的階數(shù)階數(shù)越小的最小割集越重要（各底事件概率較小，相互差別不大時）低階最小割集中出現(xiàn)的底事件比高階最小割集中的底事件重要不同最小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多的底事件越重要核電廠滿足單一失效準(zhǔn)則，意味著不允許出現(xiàn)一階最小割集當(dāng)前第12頁\共有32頁\編于星期一\4點割集->最小割集交換律：a+b=b+a等冪律：a+a=aa·a=a吸收律：a+a·b=aTOP=X1X3+X2X3X3+X4X1+X4X2X3=X1X3+X2X3+X1X4+X2X3X4=X1X3+X2X3+X1X4當(dāng)前第13頁\共有32頁\編于星期一\4點求解頂事件概率由底事件概率計算頂事件的發(fā)生概率精確計算：近似計算：上近似下近似T=C1+C2+C3+C4(C1=X1X2,C2=X1X3,C3=X2X3,C4=X4X5,p=0.1)P(T)=P(C1)+P(C2)+P(C3)+P(C4)-P(C1C2)-P(C1C3)-P(C1C4)-P(C2C3)-P(C2C4)-P(C3C4)+P(C1C2C3)+P(C1C2C4)+P(C2C3C4)-P(C1C2C3C4)=……當(dāng)前第14頁\共有32頁\編于星期一\4點敏感性分析1.1何為敏感性 如果假設(shè)待分析的數(shù)學(xué)模型可以用下述矢量方程來表示： ，其中矢量， 對于上述模型，我們往往希望獲悉單個輸入變量變化對結(jié)果變化大小的影響，這種影響就稱為結(jié)果對單個輸入的敏感性，簡稱敏感性。這種求解單個輸入敏感性的過程我們稱之為敏感性分析。當(dāng)前第15頁\共有32頁\編于星期一\4點敏感性分析意義：能夠得到關(guān)于所有部件或參量敏感性的一個排序，了解各個部件或參量對系統(tǒng)的影響大??；敏感性分析能夠找出未來提高系統(tǒng)可靠性的優(yōu)先努力方向：通過提高敏感性排序較為靠前的部件可靠性，來迅速提高系統(tǒng)的可靠性；能夠和不確定性分析相結(jié)合，了解部件或參量誤差對系統(tǒng)整體的影響。當(dāng)前第16頁\共有32頁\編于星期一\4點數(shù)學(xué)模型3.1敏感性的度量及計算

定義：如果矢量的某一分量xi變化一倍給結(jié)果帶來的變化較xj大，我們稱對xi更敏感。敏感度的計算： 一、為需進(jìn)行敏感性分析的參數(shù)（或基本事件）設(shè)置一新值，該新 值等于原值除以一個設(shè)定敏感因子；二、將該新值代入MCS算式，計算出；三、再為需進(jìn)行敏感性分析的參數(shù)（或基本事件）設(shè)置一新值，若原值乘以敏感因子大于1，則新值等于1；否則，新值等于原值乘以敏感因子；將該新值代入MCS算式，計算出；四、利用式子來計算敏感度；五、根據(jù)S的值對參數(shù)（或基本事件）進(jìn)行排序。當(dāng)前第17頁\共有32頁\編于星期一\4點

如左圖所示電路，分析其故障狀態(tài)時建立故障樹如右圖所示。

假定A、B、C器件失效概率值均為0.001。當(dāng)前第18頁\共有32頁\編于星期一\4點

假定此例中敏感性因子取值為10（理論上可以證明由上述方法獲得的敏感度排序和敏感性因子的選擇是無關(guān)的）。上圖故障樹最小割集為：

根據(jù)上文所述的敏感性求解算法，易得參數(shù)a、b、c的敏感度分別為：當(dāng)前第19頁\共有32頁\編于星期一\4點結(jié)果分析： 由上述計算可以看出在整個系統(tǒng)中器件A、B處于同等地位，而器件C的重要性要遠(yuǎn)高于A、B，若著力于提高系統(tǒng)整體的可靠性，應(yīng)該把主要精力放在器件C可靠性參數(shù)的提高上。 這樣敏感性分析就為系統(tǒng)的維護(hù)提供的方向。當(dāng)前第20頁\共有32頁\編于星期一\4點重要度重要度名稱簡稱計算公式RiskReductionRRFussell-VeselyFVRiskReductionWorthRRWCriticalityImportanceCRRiskAchievementRARiskAchievementWorthRAWPartialDerivativePDBirnbaumImportanceBI當(dāng)前第21頁\共有32頁\編于星期一\4點意義

一般地，核電站主要使用上述表中兩種重要度指標(biāo)即FV和RAW作為實際參考指標(biāo)。對于選擇RAW，可以這么理解：一般電站分析人員關(guān)心的是部件移出服務(wù)后（尤其是哪些可與預(yù)防堆芯融化或放射性釋放的部件或系統(tǒng)）對整個電站風(fēng)險的影響，而風(fēng)險增長值RAW正好可以滿足這一目標(biāo)，因而可以將其作為評估電站重要度指標(biāo)的參數(shù)，一般又將此重要度指標(biāo)稱為安全重要度。而FV一般描述部件從實際概率值改變到0時對整個電站風(fēng)險的貢獻(xiàn)大小，它表征部件失效對系統(tǒng)失效的總貢獻(xiàn)，因而又將其稱為風(fēng)險重要度。

另外它們也是作為選擇關(guān)鍵風(fēng)險的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)和部件的重要標(biāo)準(zhǔn)，而這個標(biāo)準(zhǔn)也是維修技術(shù)的一個重要基礎(chǔ)。當(dāng)前第22頁\共有32頁\編于星期一\4點Fussell-Vesely部件重要度

該重要度表示單元對系統(tǒng)失效的貢獻(xiàn)。一個單元可包含在一個或多個最小割集中，它對最小割集的發(fā)生是有貢獻(xiàn)的.

當(dāng)前第23頁\共有32頁\編于星期一\4點RAW（RiskAchievementWorth）風(fēng)險增長值

當(dāng)該部件失效概率為1時(也就是當(dāng)部件i完全不可用時)的Q值與標(biāo)準(zhǔn)狀況下的頂事件Q(top)的比值當(dāng)前第24頁\共有32頁\編于星期一\4點基本事件ABCD概率值0.20.30.40.5一個簡單的例子當(dāng)前第25頁\共有32頁\編于星期一\4點上述最小割集為：ABC，AD根據(jù)前面公式，我們分別計算A、B、C和D的FV，RAW值Q(top)=1-(1-ABC)(1-AD)=1.216E-01以A為例：Q(XA=0)=1-(1-ABC)(1-AD)=0,Q(XA=1)=1-(1-ABC)(1-AD)=0.56，所以FV＝＝Q(top)/Q(top)=1;RAW==0.56/0.1216=4.61注：對于本例當(dāng)A的概率值為0時，導(dǎo)致頂事件概率也為0，說明基本事件A對于整個頂事件的失效概率貢獻(xiàn)大小起決定作用.當(dāng)前第26頁\共有32頁\編于星期一\4點RiskA介紹當(dāng)前第27頁\共有32頁\編于星期一\4點概率安全分析軟件的特點系統(tǒng)復(fù)雜，幾十幾百個子系統(tǒng)/萬個部件分析計算過程時效性、結(jié)果精度要求高應(yīng)用研究

大氣光學(xué)系統(tǒng)可靠性分析

EAST可靠性分析

ITER-TBM安全性分析

FDS系列反應(yīng)堆安全性分析軟件研發(fā)

RiskBaseRiskARiskAngel……理論研究快速故障樹求解算法多目標(biāo)優(yōu)化算法可靠性數(shù)據(jù)分析方法……內(nèi)存要求高算法速度快、精確度要求高當(dāng)前第28頁\共有32頁\編于星期一\4點基本功能RiskA概率安全分析系統(tǒng)模型智能識別故障樹分析事件樹分析不確定性分析敏感性分析可靠性數(shù)據(jù)管理功能結(jié)構(gòu)智能化輸出當(dāng)前第29頁\共有32頁\編于星期一\4點RiskA_基本功能(1)—模型智能識別RiskA當(dāng)前第30頁\共有32頁\編于星期一\4點圖形建模，用戶可自定義圖元的顯示顏色定