CN113297727A - 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法 - Google Patents

基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113297727A
CN113297727A CN202110474473.5A CN202110474473A CN113297727A CN 113297727 A CN113297727 A CN 113297727A CN 202110474473 A CN202110474473 A CN 202110474473A CN 113297727 A CN113297727 A CN 113297727A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fire
analysis
power plant
cable
nuclear power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110474473.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113297727B (zh
Inventor
刘美汝
杨健
邓伟
马超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Original Assignee
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Nuclear Power Engineering Co Ltd filed Critical China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority to CN202110474473.5A priority Critical patent/CN113297727B/zh
Publication of CN113297727A publication Critical patent/CN113297727A/zh
Priority to GB2313564.3A priority patent/GB2618947A/en
Priority to PCT/CN2021/143463 priority patent/WO2022227679A1/zh
Priority to ARP220101115A priority patent/AR125478A1/es
Application granted granted Critical
Publication of CN113297727B publication Critical patent/CN113297727B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/13Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06QINFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06Energy or water supply
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21DNUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00Control of nuclear power plant
    • G21D3/04Safety arrangements
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00Details relating to the application field
    • G06F2113/16Cables, cable trees or wire harnesses
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08Thermal analysis or thermal optimisation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/17Mechanical parametric or variational design
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10Geometric CAD
    • G06F30/18Network design, e.g. design based on topological or interconnect aspects of utility systems, piping, heating ventilation air conditioning [HVAC] or cabling
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C21/00Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of reactors or parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/17Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
    • H01B7/29Protection against damage caused by extremes of temperature or by flame
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,在传统确定论电缆防火保护清单的基础上增加火灾概率安全分析(PSA)作为输入,通过PSA方法定量识别出风险重要的电缆,针对性地将此类电缆添加到防火保护清单中,该方法能精确的定量评价每根电缆包覆所引起的电厂风险变化情况,可在最小代价下得到最大的安全性提升。同时,采用本方法可以有效减少确定论的分析设计中的保守性,在保证核电厂安全性不受影响的同时,优化核电厂的防火投入,减轻核电厂的经济负担,充分平衡核电厂的安全性和经济性。

Description

基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法
技术领域
本发明属于核电厂设计技术,具体涉及一种基于概率安全分析(PSA)的核电厂电缆防火保护选取设计方法。
背景技术
核电厂中存在的大量电缆是重要的内部火灾风险源,而电缆一旦起火或受到火灾损坏也会对电厂运行和安全功能造成重要影响。特别是由于火灾的蔓延特性,在较严重的火灾情形下,很可能会造成部分区域的大量电缆受损,若冗余安全列的电缆也在同一场火灾中受到损坏,就会对核安全造成严重危害。因此,对于在电厂中可能引起共模失效的电缆,需要进行防火包覆。
当前电缆防火保护分析采用的是传统确定论的定性分析方法,在施工设计后期,基于电缆数据库针对核安全厂房每个防火区或防火小区开展定性的火灾薄弱环节分析,通过潜在火灾共模点的鉴别、功能分析、火灾风险分析、已确认火灾共模点的处理确定电缆防火保护清单。目前的确定论电缆防火保护分析中仅识别安全列电缆,无法识别逻辑复杂的共模失效,且无法给出定量化的风险结果,无法得知电缆包覆与否对风险的影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的缺陷,提供一种基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,从而定量化的识别出风险重要的电缆,优化核电厂的防火投入,实现安全性和经济性的最大平衡。
本发明的技术方案如下:一种基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,包括如下步骤:
(1)划分火灾影响区域,对核电厂分析边界中的区域划分成若干火灾隔间,将核电厂的设备与电缆分别对应到各火灾隔间;
(2)识别火灾隔间中的火灾概率安全分析设备,确定火灾概率安全分析范围,形成火灾概率安全分析设备清单;
(3)以火灾概率安全分析设备清单为基础,识别火灾隔间中的火灾概率安全分析电缆,建立电缆与火灾概率安全分析设备的关联;
(4)识别点火源并计算点火频率;
(5)构建火灾概率安全分析模型;
(6)进行电路失效分析和火灾后人员可靠性分析,将分析结果代入火灾概率安全分析模型,并进行火灾情景分析;
(7)通过对火灾概率安全分析模型进行定量化分析,计算并得到核电厂的火灾风险结果,确定火灾堆芯损伤频率的主要贡献;
(8)基于火灾概率安全分析模型定量化分析结果,形成初步防火包覆电缆清单,在火灾概率安全分析模型中对这些电缆进行识别和模化;
(9)判断火灾风险定量化结果是否满足概率安全目标,若不满足,则进一步通过火灾概率安全分析模型识别出受火灾影响的关键电缆,继续提出增加防火包覆的要求,直至满足概率安全目标;
(10)计算电缆组合实施包覆与否的风险变化量,对风险增量较小的情景,可选择不进行防火包覆;
(11)得到优化后的电缆防火保护清单。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(1)中可参考消防设计中的防火分区对所述火灾隔间进行划分。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(2)中所述形成火灾概率安全分析设备清单的过程如下:
(2-1)建立初始火灾概率安全分析设备清单,根据核电厂的***设计资料、电气及工艺设备布置资料,将所有可能受到火灾损坏的设备都列入初始火灾概率安全分析设备清单中;
(2-2)对初始火灾概率安全分析设备清单中的设备进行失效模式及影响分析,对于设备失效不会对核电厂的正常运行及安全停堆造成影响的设备在所述初始火灾概率安全分析设备清单中去除。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(4)中所述点火源包括固定点火源和临时性火灾两类,火灾隔间的所述点火频率为隔间内所有点火源的点火频率λIS,J之和,点火源的点火频率λIS,J计算公式如下:
λIS,J=λISWLWIS,J,L
其中,
λIS为点火源IS的通用点火频率;
WL为点火源的位置权重因子;
WIS,J,L为点火源权重因子,表示火灾隔间J中对应电厂区域L的IS类点火源的数量权重。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(5)中所述火灾概率安全分析模型以核电厂内部事件一级概率安全分析模型为基础,是考虑火灾风险特点后由事件树、故障树和基本数据构成的风险逻辑模型;火灾隔间的划分、火灾概率安全分析设备和电缆的选取以及计算的点火频率均作为火灾概率安全分析模型的输入条件。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(6)中电路失效分析是分析导致目标设备失效的电缆或电路的失效模式,并确定失效模式发生的概率值;火灾后人员可靠性分析是采用人因分析方法评估火灾对人员动作的影响,确定和量化火灾概率安全分析模型的开发和定量过程中出现的人员失效事件。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(7)中包括对火灾风险结果进行不确定性分析和敏感性分析。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(8)中基于火灾概率安全分析模型定量化分析结果,识别出风险重要电缆,与确定论防火包覆电缆清单进行对比、合并,形成初步防火包覆电缆清单。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(10)中通过对防火包覆电缆清单反复迭代和模型定量化计算,计算电缆组合实施包覆与否的风险变化量。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(10)中根据核电厂所在国家的核***要求,确定总的概率安全指标要求,如果某根电缆的防火包覆取消导致的风险增量小于概率安全指标要求的0.1%,则可以选择不进行防火包覆。
进一步,如上所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,步骤(11)中,通过步骤(8)到步骤(10)的反复迭代,对电缆防火保护方案进行对比分析,在概率安全目标满足的前提下,选择同时兼具安全性和经济性的最优解,得到最终优化后的电缆防火保护清单。
本发明的有益效果如下:本发明提出了一种基于概率安全分析技术来选取需进行防火保护的电缆的方法,在传统确定论电缆防火保护清单的基础上增加火灾概率安全分析(PSA)作为输入,还通过PSA方法定量识别出风险重要的电缆,针对性地将此类电缆添加到防火保护清单中,该方法不仅可以识别逻辑复杂的共模失效和叠加失效,还能精确的定量评价每根电缆包覆所引起的电厂风险变化情况,可在最小代价下得到最大的安全性提升。同时,采用本方法也可以有效减少确定论的分析设计中的保守性,在保证核电厂安全性不受影响的同时,优化核电厂的防火投入,减轻核电厂的经济负担,充分平衡核电厂的安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法流程图;
图2为本发明具体实施例中火灾概率安全分析事件树模型示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法的流程如图1所示,包括如下步骤:
步骤(1)划分火灾影响区域
核电厂分析边界定义的目的是所定义的分析边界能够包容所有对火灾风险具有明显的潜在贡献的区域。核电厂分析边界从电厂的保护区开始,包括与反应堆正常和应急运行、支持***以及电力生产(如汽轮机厂房)相关的全部电厂区域。对核电厂分析边界中的区域,需要划分成若干火灾隔间,以开展内部火灾概率安全分析(PSA)。火灾隔间划分的目的是将核电厂划分为一系列的实体分析单元,将电厂的设备与电缆对应到这些区域以研究火灾的影响。
步骤(2)识别火灾隔间中的火灾PSA设备
火灾PSA设备即火灾PSA电厂响应模型中所涉及的电厂设备。火灾不会造成钢等高熔点金属的损坏,非能动的机械设备如手动阀、截止阀、过滤器、热交换器等不需要包含在火灾PSA设备清单中。为了保证火灾PSA设备清单的完整性,初步建立设备清单时,根据电厂的***设计资料、电气及工艺设备布置资料等,将所有可能受到火灾损坏的设备都列入了初始火灾PSA设备清单中。火灾设备清单包括了所有火灾失效可能直接导致堆芯损坏或导致始发事件,以及用于缓解火灾始发事件使核电厂达到安全稳定状态所需的构筑物、***和设备(SSC),火灾PSA设备清单的范围确定了火灾PSA的分析范围。
在初始的火灾PSA设备清单中,包含了所有可能受到火灾影响的设备,但是其中某些设备的失效并不会对核电厂的正常运行及安全停堆造成影响,无需在火灾PSA模型中进行模化。因此,需要对初始设备清单进行筛选,形成便于支持内部火灾PSA建模分析工作的火灾PSA设备清单。
在对设备清单进行筛选前,需要对设备进行失效模式及影响分析(FMEA),分析设备在火灾中的失效模式可能造成的后果,再通过一定筛选准则确定是否保留在火灾PSA设备清单中。
步骤(3)识别火灾隔间中的火灾PSA电缆
火灾PSA电缆即与火灾PSA设备相关的电缆。火灾PSA电缆的选取以火灾PSA设备清单为基础,选取火灾PSA设备相关的电缆,包括供电、控制、显示及仪表电缆等。在此步骤中将所有可能影响设备运行的电缆列入火灾PSA电缆清单中,建立起电缆与火灾PSA设备的关联。
步骤(4)点火源识别和计算点火频率
点火源即可能导致火灾的火源,核电厂中的点火源包括固定点火源和临时性火灾两类。固定点火源是指在核电厂设计中就已经存在的位置固定、燃烧参数已知的点火源,如电气柜、电机等;另一种是由于临时性贮存或人员活动引入的位置和燃烧参数均无法确定的临时性火灾。
点火频率计算是进行火灾情景分析和火灾定量化的基础。火灾隔间的点火频率为隔间内所有点火源的点火频率λIS,J之和。点火源的点火频率由以下公式计算:
λIS,J=λISWLWIS,J,L
其中:
λIS为点火源IS的通用点火频率;
WL为点火源的位置权重因子;
WIS,J,L为点火源权重因子,表示火灾隔间J中对应电厂区域L的IS类点火源的数量权重。
步骤(5)开发火灾PSA模型
火灾PSA模型是考虑火灾风险特点后由事件树、故障树和基本数据等构成的风险逻辑模型。火灾隔间的划分、设备和电缆的选取以及点火频率的计算都是火灾PSA模型的输入条件。火灾PSA模型可以对核电厂在火灾情形下的真实响应进行模化,计算火灾所导致的堆芯损伤频率(CDF),定量化火灾给核电厂所带来的风险。核电厂火灾PSA模型的建立是在已有的功率工况、低功率和停堆工况内部事件一级PSA模型基础上完成,并反映电厂的实际设计、竣工、运行(即已有的运行经验)情况。
火灾PSA模型的建立以内部事件一级PSA模型为基础,内部事件一级PSA模型中的下列技术要素也都包含在火灾PSA模型中:
电厂运行状态分析;
始发事件分析;
事件序列分析;
***分析;
人员可靠性分析;
数据分析。
步骤(6)电路失效分析
电路失效分析的主要目的是分析导致目标设备失效的电缆或电路的失效模式,并确定失效模式发生的概率值。
电路失效模式分析是通过对与目标设备相关的电缆、电路开展详细分析,确定设备对电缆或电路失效模式的响应,筛除不会影响设备执行需求功能的电缆。电路的失效主要源于电缆暴露于火灾中,从而导致电缆绝缘功能损害,进而引起电路故障,因此电路失效模式分析主要是电缆失效模式及其相应的电路响应的分析。
步骤(7)火灾后人员可靠性分析
采用合适的人因分析方法评估火灾对人员动作的影响,确定和量化火灾PSA模型的开发和定量过程中出现的人员失效事件。火灾人员可靠性分析(HRA)分析中,始发事件前人员可靠性分析与内部事件PSA相同,始发事件后(C类)人员可靠性分析主要参考NUREG-1921导则推荐的方法,按筛选值、Scoping和详细分析三个阶段进行。
步骤(8)火灾情景分析
火灾情景是描述火灾事件的一组要素。火灾情景根据一个或多个点火源的火灾的特征和结果进行定义。
对于在风险较高的隔间需要开展火灾情景级别的详细分析。将火灾隔间级别的分析细化为火灾情景级别的分析并在火灾PSA模型中模化,评估各火灾情景的火灾风险。
初步的定量化分析是以火灾隔间为单位进行的,基于“任一点火源起火就会导致隔间内所有设备和电缆损坏”的保守假设进行了初步的火灾风险定量化。但实际上火灾的发展和蔓延过程是与点火源类型、环境条件等密切相关的,某些点火源起火可能只会影响到有限的范围,并不会造成火灾隔间内所有设备和电缆损坏。因此,为了更加真实的评估火灾风险,对于定量筛选中保留的火灾隔间需要开展火灾情景级别的分析。
步骤(9)火灾风险结果定量化
通过对火灾PSA模型进行定量化分析,计算并得到核电厂的火灾风险,确定火灾CDF的主要贡献。具体计算方法为本领域的公知技术,通过在软件中构建逻辑模型,按模型逻辑计算生成最小割集(MCS),然后通过调取模型中的数据输入进行计算。
不确定性分析
不确定性分析的目的就是对分析结果中的不确定性给出定性讨论和定量评价。尽管PSA模型试图模化核电厂的现实情况,但是,有时为了简化模型及工作的顺利进行,不可避免地会对复杂的过程和现象引入一些简化或理想化的假设,这些都会给分析结果带来不确定性。
敏感性分析
敏感性分析的目的包括评价CDF对始发事件、人误等数据的敏感性,分析讨论对结果有潜在重大影响的建模假设,通过确定一系列敏感性分析案例,将案例参数值变化10倍(敏感性因子一般设为10),计算其影响程度。
步骤(10)识别并模化初步防火包覆电缆清单
基于内部火灾PSA模型定量分析结果,识别出风险重要电缆,与确定论防火包覆电缆清单进行对比、合并,形成初步防火包覆电缆清单,在火灾PSA模型中对这些电缆进行识别和模化。
步骤(11)判断火灾风险定量化结果是否满足安全目标
定量化步骤(9)考虑初步防火包覆清单后的火灾PSA模型,如果风险定量化分析结果不能满足概率安全目标(以中国为例,CDFALL为1E-5/堆年,LRFALL为1E-6/堆年),则进一步通过模型识别出受火灾影响的关键电缆,继续提出增加防火包覆的要求,直至概率安全目标满足。
步骤(12)计算实施包覆与否的风险变化量
通过对电缆防火保护清单反复迭代和模型定量化计算,计算电缆组合实施包覆与否的风险变化量。在概率安全目标满足的前提下,对多种方案的风险进行比较分析,采取合理的筛选准则,对于风险增量较小的情景,可以选择不进行防火包覆,可接受的风险增量可由以下方式计算:
根据核电厂所在国家的核***要求,确定总的概率安全指标要求,CDFALL,LRFALL,如果某根电缆的防火包覆取消导致的风险增量小于概率安全指标要求的0.1%,则可以考虑接受。以中国为例,CDFALL为1E-5/堆年,LRFALL为1E-6/堆年,因此如果某根电缆的防火包覆取消导致CDF增量小于1E-8/堆年,LRF增量小于1E-9/堆年,则可以考虑接受。
步骤(13)得到优化后的电缆防火保护清单
通过步骤(10)到步骤(12)的反复迭代,对电缆防火保护方案进行对比分析,在概率安全目标满足的前提下,选择同时兼具安全性和经济性的最优解,得到最终优化后的电缆防火保护清单。
实施例
步骤(1)划分火灾影响区域
以某压水堆核电厂为例,火灾影响区域包括反应堆厂房、安全厂房、电气厂房、核辅助厂房、柴油发电机厂房等,火灾隔间划分可参考消防设计中的防火分区,包括反应堆厂房防火区、安全厂房中压安注泵房间、蓄电池A列房间、直流及交流不间断配电A列、仪控电子设备间等几百个火灾隔间。
步骤(2)识别火灾隔间中的火灾PSA设备
以某压水堆核电厂直流及交流不间断配电A列房间为例,该房间内主要设备见下表1。
表1火灾PSA设备
设备编码 设备类型 设备描述
EDA001TB 配电盘 110V直流配电柜
EDG001TB 配电盘 110V直流配电柜
ECC001TB 配电盘 48V直流配电柜
EAG001TB 配电盘 220V交流配电柜
EDA001RD 蓄电池充电器和逆变器 110V蓄电池充电器
EDA002RD 蓄电池充电器和逆变器 110V蓄电池充电器
ECC001RD 蓄电池充电器和逆变器 48V蓄电池充电器
ECC002RD 蓄电池充电器和逆变器 48V蓄电池充电器
EAG001DL 蓄电池充电器和逆变器 220V逆变器
EAG001TR 变压器 旁路变压器
步骤(3)识别火灾隔间中的火灾PSA电缆
火灾PSA电缆清单对房间内的每一根电缆建立“电缆—关联设备—敷设位置”这三者之间的相关性,该房间内主要电缆见下表2。
表2火灾PSA电缆
Figure BDA0003046548790000111
Figure BDA0003046548790000121
步骤(4)点火源识别和计算点火频率
固定点火源包括蓄电池、电动泵、柴油发电机、空气压缩机、充电器、电气柜、母线、接线盒、氢气罐等。临时火灾包括焊接和切割引起的电缆火灾、焊接和切割引起的临时火灾、临时和高温作业等。通过统计房间内的点火源数量计算点火频率,该房间内的点火频率见表3。
表3房间点火频率
Figure BDA0003046548790000122
步骤(5)开发火灾风险模型
该房间的始发事件为丧失A列直流电源。事件序列分析主要参考已有事故处理规程,可转入内部事件丧失A列直流电事件树中处理。在火灾中设备会有特定的失效模式和失效概率,需要对内部事件模型中的故障树进行修改或增补。火灾的发生会对人员动作的执行产生多种不利影响,人员可靠性分析考虑火灾的影响,重新计算火灾影响下的人误事件失效概率。该房间内的火灾风险模型如图2所示。
步骤(6)电路失效分析
根据电路的特性,确定电路失效模式的发生概率。该房间电路失效分析结果如表4所示。
表4火灾导致失效的电缆
Figure BDA0003046548790000131
Figure BDA0003046548790000141
步骤(7)火灾后人员可靠性分析
根据核电厂现场人因访谈,得到火灾后人员响应过程。火灾人员响应具有以下特点:
1)事故情景更加复杂。
2)人员压力和工作负荷更高。
3)执行动作的环境因素更加恶劣。
4)针对火灾情景的培训和演练相对较少,熟练程度相对较低。
5)主控室火灾需特定分析。
人员可靠性分析定量化分析主要基于NUREG-1921导则,在人员可靠性分析分析中,大致将火灾情景分为主控室火灾和非主控室火灾,对于主控室火灾情景中操纵员工作站退防和主控室后撤等在火灾PSA中新增的人误事件,鉴于其分析的复杂性,在定量化过程中主要采用专家判断的方法进行量化。
步骤(8)火灾情景分析
该房间的初步定量化结果为7.84E-05/堆年,需要进行详细分析,将电路失效分析和火灾后人员可靠性分析结果代入火灾PSA模型。
步骤(9)火灾风险结果定量化
对火灾PSA模型进行定量化分析,计算并得到该房间的火灾情景分析定量化结果如表5所示,这是未考虑电缆防火保护的基准风险结果。
表5未考虑电缆防火保护的基准风险结果
Figure BDA0003046548790000142
Figure BDA0003046548790000151
步骤(10)识别并模化初步防火包覆电缆清单
该房间内的电缆涉及到辅助给水***(TFA)、二次侧非能动余热导出***(PRS)和非能动安全壳热量导出***(PCS)。由于表4中TFA和PRS相关设备是执行同一项安全功能所必须的,因此这些电缆必须同时保护,否则任一根电缆的防火包覆取消将导致CDF增量大于1E-8/堆年。PCS是执行另一项安全功能的,其设计为3列配置,PSA中认为该***执行功能最少需两列成功运行,因此需至少保证表4中PCS电缆有两列得到防火包覆。在模型中识别出TFA、PRS和PCS相应的目标电缆,分别依据以下三种方案对火灾PSA模型进行修改:
1.保护TFA和PRS相关电缆;
2.保护PCS一列电缆;
3.保护PCS两列电缆。
步骤(11)判断火灾风险定量化结果是否满足安全目标
定量化步骤(10)三种方案的火灾PSA模型,定量化风险结果满足概率安全目标。
步骤(12)计算实施包覆与否的风险变化量
针对目标电缆进行防火包覆和不进行防火包覆两种情景分别计算,评估两种情景的堆芯损坏频率。以不进行防火保护为基准方案,分别计算三种防火保护方案的风险结果,如表6所示。
表6考虑不同电缆防火保护方案的风险结果
Figure BDA0003046548790000152
Figure BDA0003046548790000161
步骤(13)得到优化后的电缆防火包覆清单
对风险结果进行比较分析,保护TFA和PRS相关电缆方案获得的风险平衡收益最大,即确定对该房间中的EAWB0234、TFAC0595、ETEB0242、ETEB0241、PRSC0164、ETEB0244、ETEB0243、PRSC0169、ETEB0240、ETEB0239、PRSC0159电缆进行防火保护以降低火灾风险。
针对全厂高风险火灾隔间均可依据上述步骤进行防火保护电缆选取。
对于本领域技术人员而言,显然本发明的结构不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,包括如下步骤:
(1)划分火灾影响区域,对核电厂分析边界中的区域划分成若干火灾隔间,将核电厂的设备与电缆分别对应到各火灾隔间;
(2)识别火灾隔间中的火灾概率安全分析设备,确定火灾概率安全分析范围,形成火灾概率安全分析设备清单;
(3)以火灾概率安全分析设备清单为基础,识别火灾隔间中的火灾概率安全分析电缆,建立电缆与火灾概率安全分析设备的关联;
(4)识别点火源并计算点火频率;
(5)构建火灾概率安全分析模型;
(6)进行电路失效分析和火灾后人员可靠性分析,将分析结果代入火灾概率安全分析模型,并进行火灾情景分析;
(7)通过对火灾概率安全分析模型进行定量化分析,计算并得到核电厂的火灾风险结果;
(8)基于火灾概率安全分析模型定量化分析结果,形成初步防火包覆电缆清单,在火灾概率安全分析模型中对这些电缆进行识别和模化;
(9)判断火灾风险定量化结果是否满足概率安全目标,若不满足,则进一步通过火灾概率安全分析模型识别出受火灾影响的关键电缆,继续提出增加防火包覆的要求,直至满足概率安全目标;
(10)计算电缆组合实施包覆与否的风险变化量,对风险增量较小的情景,可选择不进行防火包覆;
(11)得到优化后的电缆防火保护清单。
2.如权利要求1所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(1)中可参考消防设计中的防火分区对所述火灾隔间进行划分。
3.如权利要求1所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(2)中所述形成火灾概率安全分析设备清单的过程如下:
(2-1)建立初始火灾概率安全分析设备清单,根据核电厂的***设计资料、电气及工艺设备布置资料,将所有可能受到火灾损坏的设备都列入初始火灾概率安全分析设备清单中;
(2-2)对初始火灾概率安全分析设备清单中的设备进行失效模式及影响分析,对于设备失效不会对核电厂的正常运行及安全停堆造成影响的设备在所述初始火灾概率安全分析设备清单中去除。
4.如权利要求1所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(4)中所述点火源包括固定点火源和临时性火灾两类,火灾隔间的所述点火频率为隔间内所有点火源的点火频率λIS,J之和,点火源的点火频率λIS,J计算公式如下:
λIS,J=λISWLWIS,J,L
其中,
λIS为点火源IS的通用点火频率;
WL为点火源的位置权重因子;
WIS,J,L为点火源权重因子,表示火灾隔间J中对应电厂区域L的IS类点火源的数量权重。
5.如权利要求1所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(5)中所述火灾概率安全分析模型以核电厂内部事件一级概率安全分析模型为基础,是考虑火灾风险特点后由事件树、故障树和基本数据构成的风险逻辑模型;火灾隔间的划分、火灾概率安全分析设备和电缆的选取以及计算的点火频率均作为火灾概率安全分析模型的输入条件。
6.如权利要求5所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(6)中电路失效分析是分析导致目标设备失效的电缆或电路的失效模式,并确定失效模式发生的概率值;火灾后人员可靠性分析是采用人因分析方法评估火灾对人员动作的影响,确定和量化火灾概率安全分析模型的开发和定量过程中出现的人员失效事件。
7.如权利要求1所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(7)中包括对火灾风险结果进行不确定性分析和敏感性分析。
8.如权利要求1所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(8)中基于火灾概率安全分析模型定量化分析结果,识别出风险重要电缆,与确定论防火包覆电缆清单进行对比、合并,形成初步防火包覆电缆清单。
9.如权利要求1所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(10)中通过对防火包覆电缆清单反复迭代和模型定量化计算,计算电缆组合实施包覆与否的风险变化量。
10.如权利要求9所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(10)中根据核电厂所在国家的核***要求,确定总的概率安全指标要求,如果某根电缆的防火包覆取消导致的风险增量小于概率安全指标要求的0.1%,则可以选择不进行防火包覆。
11.如权利要求1-10中任意一项所述的基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法,其特征在于,步骤(11)中,通过步骤(8)到步骤(10)的反复迭代,对电缆防火保护方案进行对比分析,在概率安全目标满足的前提下,选择同时兼具安全性和经济性的最优解,得到最终优化后的电缆防火保护清单。
CN202110474473.5A 2021-04-29 2021-04-29 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法 Active CN113297727B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110474473.5A CN113297727B (zh) 2021-04-29 2021-04-29 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法
GB2313564.3A GB2618947A (en) 2021-04-29 2021-12-31 Probabilistic safety analysis-based fire protection selection method and apparatus for cables in nuclear power plant
PCT/CN2021/143463 WO2022227679A1 (zh) 2021-04-29 2021-12-31 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取方法及装置
ARP220101115A AR125478A1 (es) 2021-04-29 2022-04-28 Método de selección de cables y aparato de selección de cables para la protección ignífuga en una planta de energía nuclear en base al análisis probabilista de seguridad

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110474473.5A CN113297727B (zh) 2021-04-29 2021-04-29 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113297727A true CN113297727A (zh) 2021-08-24
CN113297727B CN113297727B (zh) 2024-07-16

Family

ID=77320551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110474473.5A Active CN113297727B (zh) 2021-04-29 2021-04-29 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法

Country Status (4)

Country Link
CN (1) CN113297727B (zh)
AR (1) AR125478A1 (zh)
GB (1) GB2618947A (zh)
WO (1) WO2022227679A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113887886A (zh) * 2021-09-14 2022-01-04 中国核电工程有限公司 基于风险重要度识别未堆熔的设计扩展工况清单的方法
CN114118722A (zh) * 2021-11-08 2022-03-01 上海核工程研究设计院有限公司 一种筛选得到需开展风险定量化的叠加始发事件组合的方法
CN114464334A (zh) * 2021-11-26 2022-05-10 上海核工程研究设计院有限公司 一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法
WO2022227679A1 (zh) * 2021-04-29 2022-11-03 中国核电工程有限公司 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101732810A (zh) * 2008-11-20 2010-06-16 中国核电工程有限公司 核电厂火灾薄弱环节分析方法
CN105354767A (zh) * 2015-11-19 2016-02-24 广州中国科学院工业技术研究院 核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法和***
CN106021656A (zh) * 2016-05-06 2016-10-12 中国石油大学(华东) 基于“随机安全系数”的火灾安全系数计算方法及***
CN109064035A (zh) * 2018-08-07 2018-12-21 苏州热工研究院有限公司 核电厂技术规格书优化的风险指引型分析方法
CN110188973A (zh) * 2019-03-26 2019-08-30 苏州热工研究院有限公司 一种核电站火灾安全综合评估方法
CN111814337A (zh) * 2020-07-13 2020-10-23 上海核工程研究设计院有限公司 一种用于核电厂隔间火灾风险分析的方法
CN112349441A (zh) * 2020-10-27 2021-02-09 岭澳核电有限公司 一种核电厂电缆火灾误动作安全处理方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100962278B1 (ko) * 2008-09-29 2010-06-11 한국원자력연구원 격실간 전파를 포함한 외부사건 psa의 단일 정량화 방법
CN104958910B (zh) * 2009-09-11 2017-10-20 落基山货船股份有限公司 改进的滚动式车辆的轨道
CN104915891B (zh) * 2015-05-25 2018-04-20 苏州热工研究院有限公司 一种核电厂地震叠加外部水淹风险评估方法
CN113297727B (zh) * 2021-04-29 2024-07-16 中国核电工程有限公司 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101732810A (zh) * 2008-11-20 2010-06-16 中国核电工程有限公司 核电厂火灾薄弱环节分析方法
CN105354767A (zh) * 2015-11-19 2016-02-24 广州中国科学院工业技术研究院 核电厂主控室盘台火灾风险定量分析方法和***
CN106021656A (zh) * 2016-05-06 2016-10-12 中国石油大学(华东) 基于“随机安全系数”的火灾安全系数计算方法及***
CN109064035A (zh) * 2018-08-07 2018-12-21 苏州热工研究院有限公司 核电厂技术规格书优化的风险指引型分析方法
CN110188973A (zh) * 2019-03-26 2019-08-30 苏州热工研究院有限公司 一种核电站火灾安全综合评估方法
CN111814337A (zh) * 2020-07-13 2020-10-23 上海核工程研究设计院有限公司 一种用于核电厂隔间火灾风险分析的方法
CN112349441A (zh) * 2020-10-27 2021-02-09 岭澳核电有限公司 一种核电厂电缆火灾误动作安全处理方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙凤;赵庆南;张志俭;: "关于核电厂火灾概率风险的研究", 原子能科学技术, no. 05, 20 May 2017 (2017-05-20) *
邓伟;卢放;王玉卿;: "核电厂运行阶段PSA模型开发的研究", 核科学与工程, no. 05, 15 October 2016 (2016-10-15) *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022227679A1 (zh) * 2021-04-29 2022-11-03 中国核电工程有限公司 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取方法及装置
GB2618947A (en) * 2021-04-29 2023-11-22 China Nuclear Power Eng Co Ltd Probabilistic safety analysis-based fire protection selection method and apparatus for cables in nuclear power plant
CN113887886A (zh) * 2021-09-14 2022-01-04 中国核电工程有限公司 基于风险重要度识别未堆熔的设计扩展工况清单的方法
CN114118722A (zh) * 2021-11-08 2022-03-01 上海核工程研究设计院有限公司 一种筛选得到需开展风险定量化的叠加始发事件组合的方法
CN114464334A (zh) * 2021-11-26 2022-05-10 上海核工程研究设计院有限公司 一种基于风险的制定核电厂应急电源功率的决策方法

Also Published As

Publication number Publication date
GB2618947A (en) 2023-11-22
AR125478A1 (es) 2023-07-19
CN113297727B (zh) 2024-07-16
GB202313564D0 (en) 2023-10-18
WO2022227679A1 (zh) 2022-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113297727B (zh) 基于概率安全分析的核电厂电缆防火保护选取设计方法
CN111798005A (zh) 一种核电厂大修核安全风险管理工具开发方法
CN113743750B (zh) 核电厂工艺***过程风险评估***及方法
Van Dorsselaere et al. ETSON views on R&D priorities for implementation of the 2014 Euratom Directive on safety of nuclear installations
Park et al. Status of SMART PPE PSA
Jung et al. Construction and quantification of a fire probabilistic safety assessment model using support system initiating event fault trees
Weglian et al. Combining Hazards into a Single-Top Fault Tree
Zheng Study on Methodology and Application of Seismic Level 2 Probabilistic Safety Assessment for Nuclear Power Plants
Chu-ran et al. Initiating Events Analysis in Operating Phase for Pressurized Water Reactor Nuclear Power Plant
Liu et al. Study on Shutdown Fire PRA for Nuclear Power Plant
Liu et al. Application of Internal Fire PRA in Elimination of Fire Common Modes
Yang et al. Research on PSA Analysis for Equipment Degradation in Nuclear Power Plant
Lee Preliminary Analysis of New Fire PSA Methodology for Main Control Room
Nagata et al. Efforts to Continuously Improve Safety of Japan’s PWR Plants
Berg et al. Approach to assess fire risk for nuclear power plants
Buttery The use of probabilistic safety analysis in design and operation—Lessons learned from Sizewell B
Berg et al. Current status of fire risk assessment for nuclear power plants
Strohm et al. An Approach to Classify the Risk of Operating Nuclear Power Plants–Case Study: Neckarwestheim Unit 1 and Unit 2
Georgescu et al. Use of Level 1 PSA in the Frame of EPR Licensing
Bajsz et al. Achievements and challenges of Paks NPP
Choi et al. Severe Accident Management using PSA Event Tree Technology
Song et al. Discussion on the Application of Fire Probability Safety Assessment to Sodium Cooled Fast Reactor
Matsunaka Seismic PRA for Kashiwazaki-Kariwa NPS Unit 7
Buttery The use of probabilistic safety analysis in design and operation--Lessons learned from Sizewell B. Annex 14
Berg Fire Risk Assessment in Germany

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant