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基于GO法原理定量分析反应堆厂区供电的可靠性

        发布时间:2019-12-02 14:26        编辑:一分PK10

【摘要】本文依据概率公式算法的GO法原理,对某反应堆厂区供电的可靠性进行了建模和定量分析。经过对I和II可靠段的GO模型进行定量的分析和精确计算,结果表明,GO法建模清晰、运算快捷、通用性强,并为其他反应堆厂区供电可靠性分析研究和设计作参考。

基于GO法原理定量分析反应堆厂区供电的可靠性

随着核工业的发展,反应堆作为核电等核动力装置前期试验研究的重要组成部分,其可靠性越来越受到人们的关注。厂区供电系统作为反应堆电气设备的重要供电保障,其可靠性更显得极其重要,其可靠性分析是厂区供电系统可靠性评估的重要内容之一。

 

GO法是上世纪60年代,美国军方为了分析核武器和导弹系统的安全性和可靠性,由Kaman科学公司提出的,是一种以成功为导向的系统概率分析技术[1]。对与有多状态、有时序的系统,尤其是有实际物流如气流、液流、电流等生产过程的安全性分析更合适。近年,GO法被美国、日本等国广泛用于核电站、船舶等的研究。

 

1 GO法概述

 

GO法的基本思想是把系统原理图、流程图或工程图按一定规则翻译成GO图。GO图中用操作符号代表具体的部件或逻辑关系,用信号流连接操作符代表具体的物流或逻辑上的进程。按运算规则进行GO运算,得到系统的各种可靠性指标[2]。GO法的主要步骤就是建立GO图和进行GO运算,而GO图和GO运算的两大要素是操作符和信号流。

 

GO法分析过程是从输入事件开始,经过一个GO模型的计算确定系统的最终概率。这个最终概率是把GO模型内所有描述系统运行情况的事件概率综合起来得到的,事件概率的综合室通过事件树的特定处理过程而进行的,如图1。

基于GO法原理定量分析反应堆厂区供电的可靠性

(1)定义系统。规定系统的范围,明确系统的可靠性指标。确定系统的功能和系统所包含的部件,并给出系统的结构图。

 

(2)确定边界。确定系统的输入、输出,确定系统和其他系统的接口。

 

(3)成功准则。成功准则是要明确声明是系统的正常运行状态,确定系统正常运行所要求的最小输出信号处于成功状态的集合。

 

(4)建立GO图。GO图式从系统原理图、结构图或流程图直接模拟来建立。

 

(5)输入数据、确定系统所有单元的状态改变数据,然后按操作符编号输入数据。

 

(6)GO运算。根据GO图和数据,从输入操作符开始,按操作符的运算规则,逐步至系统的输出信号。

 

(7)评价系统。GO运算结果和系统成功准则用以计算系统的可靠度,根据系统的功能和要求对系统进行评价。

 

2 GO法在厂区供电系统中的應用

 

厂区供电系统是一个动态时序系统,它与其他系统以及自身系统的各个部分之间都存在相互作用,而且厂区供电系统是可修系统,对其的分析是时序的、有节点任务的可用性问题。GO法用于解决这类问题十分有效和方便。而且对于系统随时间有不同状态的可靠性问题。计算系统随时间变化的可用度时,GO法可以很好地描述这些过程和所有可能的运行状态,计算结果更加反映真实的条件,因此GO法在厂区供电系统可靠性分析中可以解决其他系统可靠性分析方法不易解决的问题。下图为厂区供电系统示意图,如图2。

基于GO法原理定量分析反应堆厂区供电的可靠性

将厂区供电的电网转化成GO图得到

 

相关计算参数如表1[3]:

 

3厂区供电系统可靠性分析

 

3.1原理

 

本文采用概率公式算法的GO法,所用的操作符和信号流的状态累积概率如下[4],其中,输入信号的状态概率和状态累积概率分别为PS(i)和AS(i),输出信号的状态概率和累积概率分别记为PR(i)和AR(i),i在规定的状态值0~N之内。

 

3.1.1信号流状态累积概率

 

3.2系统可靠性计算

 

在绘制GO图和计算时,不将两个UPS作为输入电源,考虑为正常供电分系统失电后和柴油机起动发电前的过渡,于是忽略此期间的失电情况,将柴油发电机等效为瞬时起动。于是,将供电模式分为下列几种情况。

 

3.2.1极端情况下的应急供电分系统可靠性

 

极端情况下的应急供电分系统,指在失去变电站正常电源后,柴油发电机无法正常起动,由移动式柴油发电机作为输入电源的供电系统,包括单台移动式柴油发电机运行,以及两台移动式柴油发电机运行柴油。可以得到极端情况下的应急供电分系统GO图。如图7。

 

根据GO图计算得出:

 

单台Ps11=0.98310769632

 

两台Ps12=0.999927857200

 

3.2.2应急供电分系统可靠性

 

应急供电分系统,指失去变电站正常电源,系统由两台柴油发电机作为输入电源的供电系统。可以得到应急供电分系统GO图,如图8。

 

根据GO图计算得出:

 

Ps2=0.999927857200

 

3.2.3正常供电分系统可靠性

 

正常供电分系统,指两台柴油发电机和两台移动式柴油发电机未介入系统,仅由变电站供电作为输入电源的供电系统。可以得到正常供电分系统GO图。如图9。

 

根据GO图计算得出:

 

Ps3=0.999964047420

 

3.2.4移动式柴油发电机未引入时系统供电可靠性

 

此时的供电方式指柴油发电机为引入系统,系统仅含正常供电分系统和应急供电分系统的供电方式,输入电源为变电站和柴油发电机。如图10。

 

根据GO图计算得出:

 

Ps4=0.999999997407

 

3.2.5全系统供电可靠性

 

全系统供电,指保证系统设备能够正常供电,不指定某供电分系统作为输入电源的供电模式。其GO图为图3。

基于GO法原理定量分析反应堆厂区供电的可靠性

根据GO图计算得出:

 

Ps5=0.999999999956

 

4结语

 

(1)本文把GO法引入到了反应堆厂区供电系统可靠性领域,通过可靠性建模计算分析,看出GO法具有建模清晰简单、运算快捷、通用性强等优点。

 

(2)引入柴油发电机和移动式柴油发电机,大大提高了厂区整个供电系统供电的可靠性。

 

(3)本文通過对厂区供电系统可靠性的分析计算,为其他反应堆厂区供电的分析和设计提供参考。

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