除氧器水位保护系统的可靠性分析

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1、第33卷第9期华电技术V01．33No．92011年9月HuadianTechnologySep．201I除氧器水位保护系统的可靠性分析李力，,h-长歌(国核电力规划设计研究院，北京100094)摘要：采用马尔可夫模型方法建立了除氧器水位保护系统的可靠性模型。分别从系统的结构、诊断覆盖率、共因等方面研究其对除氧器水位保护系统可靠性的影响。仿真试验数据表明，采用多重的冗余系统结构、提高系统的诊断覆盖率、降低系统的共因影响能够提高系统整体的平均故障前时间，并降低系统的失效率。关键词：可靠性；马尔可夫模型；诊断覆盖率；共因；平均故障前时间；失效率；除氧器水位中图分类号：TK323文献标志码

2、：A文章编号：1674—1951(2011)09—0016—050引言不论在常规火电厂还是在核电厂中，除氧器水位都是机组运行的一个重要控制参数，因此除氧器水位保护系统的安全性和可靠性就成为系统设计的重要指标。本文以非能动安全先进核电厂AP1000的除氧器水位保护系统⋯为依托，从整个测量控制回路的结构、诊断覆盖率以及共因影响等方面进行分析，进而对整个系统的平均故障前时间(MT-TF)、需求失效概率(PFD)和安全故障概率(PFS)等图1除氧器高一3水位保护系统控制回路指标进行评价，为除氧器水位保护系统的设计提供的构成，从构成系统的基本模件人手，对其进行失效可靠性数据支持。模式和影响分析

3、(FMEA)，见表1。FMEA表明了2个重要的失效分类：安全失效1除氧器水位保护系统的构成及其特性(误关阀门)和危险失效(不能关闭阀门)。安全失1．1系统构成效时，除氧器应该正常运行，即抽汽逆止阀应该处于本文以山东海阳核电厂一期工程中除氧器高一3打开状态，但由于某种故障使得抽汽逆止阀关闭，除水位保护系统为研究对象，建立系统可靠性模型并对氧器解裂，因为该状态是一种安全状态，所以称这种系统的可靠性指标进行分析。失效为安全失效模式。危险失效时，抽汽逆止阀应除氧器高一3水位保护系统由3个液位测量开该处于关闭状态，从而隔离除氧器与汽轮机之间的关、3个DI模块、1个带冗余的控制器、2个DO模块管

4、道，防止除氧器中的水倒流入汽轮机中造成汽轮及2个串联的气动逆止阀等构成，如图l所示。机的损坏，但由于某种故障使得抽汽逆止阀不能正1．2系统特性常关闭，由于该状态会造成汽轮机的损坏，所以称这当除氧器水位达到高一3水位之上时，液位开关种失效为危险失效模式。闭合，DI信号为高电平，控制器经过2003(3取2)的总失效率可根据公式A=A+A。进行计算，式逻辑输出DO为高电平信号去关闭2个串联的气动中：上标s代表安全失效；上标D代表危险失效。由于系统中采用了大量的冗余设备，因此共因逆止阀，从而切断四抽来汽至除氧器的管路通道，防失效是系统失效的重要因素。共因失效可能会导致止除氧器中的水倒流人汽轮

5、机，避免汽轮机损坏。安全失效，也可能导致危险失效，因此设备的失效率2系统可靠性分析可以分为2个互斥的失效：安全共因失效与危险共因失效，这里采用模型来对共因失效进行描述。2．1系统的失效模式As=Asc+AsN根据除氧器高一3水位保护系统测量控制回路．式中：上标sc代表安全共因失效；上标sN代表安全收稿日期：2011—06—13一般应力失效。其中A=×A，A刚=(1一)×第9期李力，等：除氧器水位保护系统的可靠性分析·17·表1除氧器高一3水位保护系统的FMEAA，为共因失效因子，它取决于由于共因应力导致发生开路(危险失效)，系统降级到1002(2取1)结的复合冗余单元失效的几率。构；

6、若发生短路(安全失效)，系统降级到2002(2取A。=A。+A。．2)结构。式中：上标DC代表危险共因失效；上标DN代表危险2003结构在发生了一次降级后，若又有一个单一般应力失效。其中A眦=×A。，A=(1一)×元发生了另一种失效(即一个单元发生了危险失效A。，JB为共因失效因子，它取决于由于共因应力导后又有一个单元发生了安全失效)，或一个单元发致的复合冗余单元失效的几率。生了安全失效后又有一个单元发生了危险失效，那一般来说，控制系统中的在线诊断功能是一个么2003结构就发生了二次降级，即系统降为1ool(1重要的功能，准确的诊断既能提高安全性又能增强取1)结构，二次降级并不影响系

7、统正常工作。2003可用性。为了定量描述系统诊断的能力，定义采用结构及其降级模式如图2所示。诊断覆盖率c，它是指发生失效时被检测到的概率，ABB它大于0并且小于1。BlCCC{，：当增加诊断功能时，所有可维修控制系统(包—————————l—————————』——一l—————————l————————【——一A短路失效系统括冗余和非冗余的)的可用性和安全性都得到增降级为loo2强，减少了系统在危险模式及降级模式(不能完全正常运行)下的运行时间。BA。=C