陳玉清，沈全華，蔡琦

（海軍工程大學(xué)，湖北武漢 430033）

0 引言

為了提高人們對(duì)核反應(yīng)堆事故響應(yīng)序列的認(rèn)識(shí)水平，確保核安全，近年來(lái)各核能發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量精力進(jìn)行事故序列分析技術(shù)研究，取得了豐碩的成果。在分析方法上，先后提出了擴(kuò)展事件樹(shù)分析方法、GO法、GO-FLOW法、ESD（事件序列圖）方法等動(dòng)態(tài)事故序列分析方法，彌補(bǔ)了靜態(tài)分析方法的不足，增強(qiáng)了其描述核動(dòng)力裝置設(shè)備狀態(tài)變化、人因問(wèn)題的能力。在實(shí)際應(yīng)用上，各核電廠基于動(dòng)態(tài)事故序列分析技術(shù)開(kāi)發(fā)了風(fēng)險(xiǎn)指示器，用于指導(dǎo)核電廠實(shí)際運(yùn)行，在提高核電廠安全性的同時(shí)也取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

相對(duì)于核電廠，船用核反應(yīng)堆運(yùn)行工況經(jīng)常變換，同時(shí)在異常工況下不允許輕易停堆，停堆可能危及船體安全。核動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí)總希望操縱員積極干預(yù)，在確保堆芯安全的前提下維持一定的功率水平，因而船用壓水堆事故的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程更加復(fù)雜多變。為了研究復(fù)雜系統(tǒng)事故后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖景，為事故的應(yīng)急處置提供技術(shù)依據(jù)，人們提出了各種分析方法，文獻(xiàn)［1］對(duì)不同方法的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明在進(jìn)行動(dòng)態(tài)事故場(chǎng)景描述方面，ESD方法具有顯著的優(yōu)勢(shì)。作為一種直觀的圖形化描述方法，運(yùn)用ESD方法所得到的事故序列分析結(jié)果能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供足夠的結(jié)構(gòu)信息，同時(shí)容易被工程技術(shù)人員理解并掌握和應(yīng)用，為此本文選用事件序列圖方法（ESD）進(jìn)行船用壓水堆事故序列分析的應(yīng)用研究。

1 ESD圖形符號(hào)

ESD（事件序列圖方法）是1種對(duì)關(guān)聯(lián)事件順序進(jìn)行描述的可視化圖形方法。在核電廠中，ESD被用作檔案管理工具，并進(jìn)而用作事件樹(shù)構(gòu)造的定性輔助工具;Stutzke等在文獻(xiàn)［2］中還提出用ESD來(lái)提高操作人員對(duì)事故場(chǎng)景的理解，用于這些領(lǐng)域的ESD被稱作為功能事件序列圖。下面介紹一下ESD的基本框架。

ESD分析方法主要由{E，C，G，P，CB，DR}六元組來(lái)定義事件、條件、門(mén)、過(guò)程參數(shù)集、限制以及關(guān)聯(lián)規(guī)則。其中:

E代表事件，在ESD框架中，所有可觀測(cè)的物理現(xiàn)象都可以表示為事件，可細(xì)分為時(shí)間分布事件、基于需求的事件、不可量化事件（即注釋）和終態(tài);

C代表?xiàng)l件，指控制場(chǎng)景按不同路徑發(fā)展的規(guī)則，包括時(shí)間條件和物理變量條件，根據(jù)條件是否滿足，系統(tǒng)的事故場(chǎng)景將向著不同的方向發(fā)展;

G代表門(mén)，門(mén)可以分為與門(mén)和或門(mén)。它們是用來(lái)對(duì)單個(gè)輸入多個(gè)輸出或者多個(gè)輸入單個(gè)輸出的情況進(jìn)行建模;

P代表過(guò)程變量，由影響系統(tǒng)的時(shí)間和物理過(guò)程變量組成;

CB代表限制/邊界條件;

DR代表關(guān)聯(lián)規(guī)則。

為對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行直觀描述，ESD將其基本要素采用動(dòng)態(tài)邏輯符號(hào)表示，根據(jù)文獻(xiàn)［1］所建立的ESD圖形符號(hào)集，為了提供ESD對(duì)動(dòng)態(tài)問(wèn)題的描述，ESD方法主要包括事件、條件、競(jìng)爭(zhēng)、順序門(mén)、N中取K門(mén)、可擴(kuò)展門(mén)和限制等符號(hào)，其表示符號(hào)如表1所示。

2 事故序列的篩選

詳細(xì)考慮反應(yīng)堆運(yùn)行狀態(tài)、裝置狀態(tài)、人員干預(yù)后，在分析事故序列時(shí)會(huì)面臨序列組合爆炸的問(wèn)題，需要對(duì)事故序列進(jìn)行有效的篩選并明確終止條件，找出需要重點(diǎn)關(guān)注的序列，減少事故模擬分析工作，提高分析的效率。

船用核動(dòng)力裝置的潛在事件序列中存在許多緊密耦合的相互聯(lián)系，包括功能之間、功能與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)本身之間的相互聯(lián)系。這些相互聯(lián)系為工程知識(shí)和物理原理所定義和辨別，從而使?jié)撛诘南嗷プ饔脭?shù)量大大減少。基于對(duì)船用核動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)和物理機(jī)理的深刻理解，邏輯上將事件序列進(jìn)行篩選，可以保留從工程觀點(diǎn)角度有物理意義的序列。本文根據(jù)船用反應(yīng)堆的安全特征，除關(guān)注導(dǎo)致堆芯熔化的事故序列外，還要重點(diǎn)考慮導(dǎo)致反應(yīng)堆停堆、裝置主動(dòng)力喪失的事故序列，事故序列分析的終止條件為堆芯熔化、停堆和維持異常狀態(tài)運(yùn)行。

3 應(yīng)用

圖1 船用壓水堆系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig.1Schematic of marine PWR system

以雙環(huán)路船用壓水堆控制棒組（束）失控抽出事故為例，反應(yīng)堆系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示，其中P2和P1分別為左右環(huán)路運(yùn)行的主冷卻劑泵，SPe為反應(yīng)堆功率測(cè)量傳感器，ST1為反應(yīng)堆左環(huán)路出口溫度測(cè)量傳感器，ST2為反應(yīng)堆右環(huán)路出口溫度測(cè)量傳感器，SP為穩(wěn)壓器壓力測(cè)量傳感器，SP1為右環(huán)路蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力測(cè)量傳感器，SP2為左環(huán)路蒸汽發(fā)生器二次側(cè)壓力測(cè)量傳感器，CT為反應(yīng)堆出口溫度控制器，CPe為反應(yīng)堆功率控制器，CP為穩(wěn)壓器壓力控制器，SDL為反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)控制邏輯，SCM為反應(yīng)堆控制棒驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)反應(yīng)堆額定滿功率運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生控制棒組（束）抽出事故時(shí)，如果功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)投自動(dòng)，控制棒失控抽出的同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)棒將不斷跟蹤下插，堆芯功率分布畸變?cè)黾涌赡軙?huì)造成堆芯熔化。如果功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)投手動(dòng)，控制棒失控抽出事故將導(dǎo)致反應(yīng)堆功率、出口溫度升高，周期變短，可能觸發(fā)超功率反插保護(hù)、出口超溫停堆保護(hù)、短周期停堆保護(hù)。事故發(fā)生后操縱員可以積極干預(yù)，如果在保護(hù)停堆或堆芯熔化前及時(shí)終止事故棒組繼續(xù)抽出、降負(fù)荷、降功率，確保堆芯安全的同時(shí)可以維持一定的功率水平。根據(jù)事故發(fā)生時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、人員干預(yù)及事故的響應(yīng)特征，系統(tǒng)的ESD模型如圖2所示。

圖2 基于ESD的控制棒失控抽出事故動(dòng)態(tài)事件樹(shù)Fig.2Dynamic event tree of uncontrolled draw accident of control rod based on ESD

從圖2分析可以看出，船用壓水堆額定功率下發(fā)生控制棒組（束）失控抽出事故后，事故后果主要受功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及人員干預(yù)的影響。如果功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和超功率反插保護(hù)不能抑制事故后果，隨著事故棒組的不斷抽出，將觸發(fā)出口超溫停堆保護(hù)，反應(yīng)堆停閉、裝置主動(dòng)力喪失;如果保護(hù)系統(tǒng)失效時(shí)，需要及時(shí)手動(dòng)停堆，防止堆芯熔化;如果事故后功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用能抑制宏觀測(cè)量參數(shù)的變化，宏觀參數(shù)變化不明顯則無(wú)法達(dá)到保護(hù)參數(shù)動(dòng)作整定值，運(yùn)行人員也較難及時(shí)發(fā)現(xiàn)并終止事故，但功率分布畸變的增大可能導(dǎo)致局部過(guò)熱熔化，需要給予特別的關(guān)注。分析結(jié)果還表明這類事故受人員干預(yù)影響較大，在整個(gè)事故響應(yīng)進(jìn)程中人員都可以進(jìn)行干預(yù)，干預(yù)及時(shí)就可以在確保安全的前提下維持一定的功率水平。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本文的研究可以看出，在進(jìn)行船用反應(yīng)堆事故序列分析中，ESD提供了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)獲得反應(yīng)堆事故后的復(fù)雜動(dòng)態(tài)圖景，有助于運(yùn)行人員對(duì)事故過(guò)程的理解。與傳統(tǒng)的事件樹(shù)和故障樹(shù)方法相比，ESD方法在描述復(fù)雜系統(tǒng)的多狀態(tài)、時(shí)間相關(guān)動(dòng)態(tài)和人因問(wèn)題上有顯著的優(yōu)勢(shì)，其圖形符號(hào)簡(jiǎn)單易懂，易于工程技術(shù)人員理解、掌握和應(yīng)用，非常適合于船用反應(yīng)堆等大型復(fù)雜系統(tǒng)的事故序列分析研究。同時(shí)在ESD方法中，動(dòng)態(tài)現(xiàn)象如競(jìng)爭(zhēng)、時(shí)間條件、物理變量條件、延遲等都能描述出來(lái)，獲得ESD的定性形式后，易于采用概率動(dòng)力學(xué)理論等量化ESD模型，能獲得事故響應(yīng)的終態(tài)概率，為進(jìn)行反應(yīng)堆系統(tǒng)動(dòng)態(tài)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

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