稳压器安全阀故障树建模分析

稳压器安全阀故障树建模分析

文丽娟

（海南核电有限公司，海南 昌江 572733 ）

摘要：本文通过故障树建模方法对核电厂稳压器安全阀可靠性进行分析，结果表明导致稳压器安全阀失效的主要因素有：稳压器保护阀共因拒开、LGC辅网切换失败主和LGD辅网切换失败辅 、220KV主外电网主接线故障、LHP和LHQ柴油发电机组运转失效。

关键字：稳压器安全阀；故障树；可靠性分析

故障树分析法具有清晰直观、逻辑性强的特点，是目前核电厂概率安全评价中最常用的方法。本文根据稳压器安全阀在事件树分析中响应的成功准则，从失效的角度定义故障树顶事件[1]，通过建立故障树模型对海南昌江核电厂1、2号机组稳压器安全阀进行定量化分析。

一、系统简介

（一） 系统功能[2]

稳压器安全阀采用先导式控制阀，在压力超过开启压力设定值时自动起跳开启，进行蒸汽排放；当压力下降到低于关闭压力时，自动回座关闭，确保RCP系统安全运行。

在正常运行期间，保护阀关闭，隔离阀开启。如果保护阀在开启之后回座时失效，则隔离阀关闭，防止反应堆冷却剂系统进一步卸压。

作为保护阀，其主要功能为：

在RRA未连接的情况下，防止反应堆冷却剂系统超压。

在正常运行工况下，提供第二道屏障的密封，并且当一回路压力在保护阈值以下时关闭。

在某些事故工况下，允许通过操纵员有准备的行动实现卸压或排出余热。

作为隔离阀，其主要功能为：

在保护阀打开后但不能回座的情况下，保证相应的系列在压力降至13.9MPa（绝对压力）时被隔离。

不妨碍安全阀的保护功能。

不妨碍通过操纵员有准备的操作实现反应堆冷却剂系统的卸压。

（二） 系统组成及简化流程

稳压器的超压保护由三个安全阀组提供。每组由两台相似的、串联安装的先导式安全阀组成。三个安全阀组的排放管通过一个环形的管道形成集管接入稳压器卸压箱（RCP002BA），每个安全阀组在17.2MPa（绝对）下可排放170t/h的蒸汽。稳压器安全阀是先导式阀门。每一台安全阀由两个主要部分组成：阀门的先导箱和主阀。简化流程图如下。

图1 稳压器安全阀和喷淋系统简化流程图

二、故障树建模

（一） 顶事件的确定

根据事件树发展的需要，对该系统进行了故障树分析，其故障树的顶事件说明、发生概率如下所示：

顶事件1失效准则：POSA/B/C下停车密封失效；

顶事件2失效准则：POSA/B/C下1/2主泵停运失效（自动或手动）；

顶事件3失效准则：POSA/B/C下操纵员没有在37分钟内平衡一二回路压力；

顶事件4失效准则：POSA/B/C下操纵员执行A3规程，在20分钟内平衡一二回路压力；

顶事件5失效准则：POSA/B/C/D/E下3/3组稳压器安全阀开启失效；

顶事件6失效准则：POSA/B 1/1稳压器安全阀排放后自动回座失效；

顶事件7失效准则：POSA/B/C/D下 2/2组完好稳压器安全阀开启失效；

顶事件8失效准则：POSD下关闭与失效安全阀对应的隔离阀失效。

（三）数据分析

数据分析的主要目的是提供系统故障树定量分析所需要的基本事件数据，包括设备可靠性参数、共因失效参数、试验和维修不可用度及人误失效概率。

本文分析中设备类的选取和确定参考了国家核安全局发布的《中国核电厂设备可靠性数据报告》（2022版），并结合国内普遍使用的通用数据源，最终确定本系统的设备类，该设备类及失效模式清单与海南核电可靠性数据库系统中的设备类分类基本一致，相关数据也参考了《中国核电厂设备可靠性数据报告》（2022版）[3]。

（四）人员可靠性分析

本系统分析确定在设备定期试验、参数标定/校验、维修运行或正常监督中发生的始发事件前的人误事件，以及事故发生后操纵员响应失误这样的在故障树中模化的始发事件后的人员失误。本系统与人员失误有关的事件“由于人误导致先导阀标定错误”，其中取值为8.00E-04，不确定性参数为10，始发事件后人误的取值为4.00E-04不确定参数为10.

（五）共因失效分析

共因失效是由于某一个原因和一些不能显式表达的耦合机理两个因素同时出现的结果。本文采用共因事件模型的多希腊字母（MGL）模型进行分析[4]，通过分析，得到共因事件组。

表1 稳压器安全阀共因事件示例表

三、定量分析结论

事故工况下，在对顶事件进行定量分析时（24小时内），根据事故序列的发展设置了相应的边界条件。分析得到的主要的定量结果和支配性最小割集如下。

顶事件1发生概率是6.51E-02,其中支配性最小割集有：

顶事件2发生概率是1.13E-04,其中支配性最小割集有：

顶事件3发生概率是2.39E-03,其中支配性最小割集有：

顶事件4发生概率是5.99E-03,其中支配性最小割集有：

顶事件5发生概率是6.01E-06,其中支配性最小割集有：

顶事件6发生概率是9.83-06,其中支配性最小割集有：

顶事件7发生概率是9.86E-06,其中支配性最小割集有：

顶事件8发生概率是1.84E-04,其中支配性最小割集有：

四、结论

稳压器安全阀的主要功能是防止反应堆冷却剂系统超压。稳压器安全阀失效的主要原因是：稳压器保护阀共因拒开、LGC辅网切换失败主和LGD辅网切换失败辅 、220KV主外电网主接线故障、LHP和LHQ柴油发电机组运转失效。

参考文献：

[1] 杨铭，核电厂辅助给水系统可靠性分析[J]. 科技信息，2021，（1）：89-90.

[2] 海南昌江核电工程反应堆冷却剂系统手册.2009.02.

[3]《中国核电厂设备可靠性数据报告》[R].国家核安全局，2022.

[4] 海南昌江核电厂1、2号机组低功率和停堆工况一级概率安全分析报告[R]. 2022.

作者简介：文丽娟（1986.12-），女，四川，硕士，工程师，主要研究方向：核电厂安全分析