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1、收稿日期:1996209206收到修改稿日期:1997202208第31卷第5期原子能科学技术Vol.31,No.51997年9月A tom ic Energy Science and TechnologySep.1997广东大亚湾核电站厂用电力系统可靠性分析陈海燕李小华柯国土(中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所,北京,102413)运用故障树分析方法,对广东大亚湾核电站(GN PP)厂用电力系统的可靠性作了分析。建造了电力系统616 kV交流应急母线(LHA)、220 V交流不间断电源母线(LN E)和125 V直流电源母线(LBA)的失电故障树。利用SETS程序及法国标准900MW压
2、水堆核电站200堆年运行经验反馈的可靠性数据,对电力系统的可靠性作了定性、定量分析。给出了电力系统故障树支配性最小割集和顶事件的发生概率,并对支配性最小割集作了描述和分析。关键词电力系统可靠性故障树顶事件最小割集电力系统失电时的系统响应过程是1种系统状态不断转移的过程,并且遵循设计规定的时间先后顺序。处理这种有时序的系统失效过程一般有2种途经:1种是用软件方法解决,如专家系统或采用部件可靠性模型(CRM);另1种途径是用硬件方法解决,如电子仿真器1。通过边界划分和引入合理的边界条件,使电力系统的失效模式得到简化,实现用故障树方法对电力系统进行求解,从而得到电力系统616 kV交流应急母线LHA
3、、220 V交流不间断电源母线LN E和125 V直流电源母线LBA的失电概率及其故障树支配性最小割集。1系统描述广东大亚湾核电站(GN PP)厂用电力系统2由电源和配电系统组成,如图1和图2所示。电源包括主发电机组、主外电网、辅助外电网及应急柴油发电机组。正常运行时,整个辅助设备的配电系统由机组的26 kV母线经高压厂用变压器供电。26 kV母线在机组运行时由主发电机供电,发电机停机时则由主电网经主变压器供电。如果26 kV母线失去电源或者失去高压厂用变压器,则由辅助外电网经辅助变压器向永久性、应急和公用辅助设备供电;如果外电源全部丧失且孤岛运行失效,则由柴油发电机(LHP?LHQ)承担应急
4、辅助设备用电。配电系统由中、低压配电系统组成并分为独立的A、B两列。中压配电系统分为辅助配电系统(L G3)和应急配电系统(LHA?LHB)。前者供电给机组正常运行所必需的辅助设备、永久性辅助设备及公用辅助设备;后者供电给应急辅助设备。低压配电系统分为低压交流(380V、220 V等)配电系统和直流电源及配电系统。380 V交流配电系统又分为L K3系统和LL3系统。L K3系统接一般厂用负荷,同核安全无关。大部分的L K3系统经降压变压器从L G3母线 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All right
5、s reserved.http:/上接入。LL3系统按供电方式分为A列和B列,A列经降压变压器从LHA接入,除接有同核安全直接相关的设备外,还接有紧急或重要负荷;B列经降压变压器从LHB接入,全部接同核安全有关的系统负荷。220V交流配电系统又分为LM3系统和LN3系统。LM3系统为可允许短时失电进行切换等操作的负载供电母线。LN3为不间断供电母线,其中LNA、LNB、LNC和LND为4组独立的反应堆保护电源,分别由LLA、LLB、LLC和LLD供电。LN E为A列不间图1电力系统示意图Fig.1The scheme of electric power system断电源,由230 V直流母线
6、经逆变器供电,接数据处理系统、棒控制系统等重要负荷。直流电源及配电系统包括LAA(230 V)、LB3(125 V)、LC3(48 V)和LDA(30 V)。所有的直流电源均采用浮充电运行方式。正常情况下,蓄电池组与浮充设备(由380V交流电源供电的充电器)并联运行。浮充设备除了承担经常的负荷外,同时以很小的电流向蓄电池组浮充,补偿其自放电,使蓄电池组经常处于满充电状态。当交流电源供电失效或浮充设备故障时,蓄电池组可以在1 h内继续保证全部直流负荷的供电。直流电源当中,最重要的是48V和125V直流电源。其中48V直流电源向控制信号的逻辑电路和电磁阀供电,125 V直流电源向616 kV断路器
7、的操作马达和控制线圈、616 kV和380 V接触器控制线圈及其配电系统控制信号供电。034原子能科学技术第31卷 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/图2直流电源和220V交流不间断电源系统Fig.2The scheme of DC and uninterrupted 220 V AC power supply2系统模型的建立211顶事件及成功准则选择了3根有代表性且承担重要厂用电负载的配电系统母线的失电为顶事件并建造相应的故障树。这3根母线分别是LHA、
8、LN E和LBA。成功准则依次定义为母线LHA、LN E和LBA有电并且符合供电指标。212基本假设根据厂用电力系统的结构及运行要求,采用人工演绎建树法建造系统供电母线失电故障树。所有顶事件从各自的母线开始,逐级发展直至供电电源为止。基本假设如下:1)事故发生前系统处于正常运行状态;2)任务时间为24 h;3)出于保守考虑和简化分析,不考虑故障的可修复性;4)除了柴油发电机组外,不考虑其它部件的维修;5)采用断路法处理系统故障逻辑环路问题,被断事件在原系统故障树中按基本事件处理;6)只考虑失去外电源初因事件T4并分别计算T4=1和T4=0时的2种边界条件;7)只考虑关键部件,如线路开关、蓄电池
9、、柴油发电机组等因设计和加工的缺陷所造成的134第5期陈海燕等:广东大亚湾核电站厂用电力系统可靠性分析 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/共因失效;8)不考虑事故过程中操作人员的干预。3系统的定性与定量分析311可靠性数据选取除外电网数据以外,基本事件数据选自法国标准90万kW压水堆电站200堆年运行经验反馈数据3。关键部件,如线路开关、蓄电池、柴油发电机组等共因失效因子取为0105。根据国外经验并考虑GN PS外电网实际情况,选取主外电网失效的概率(以堆
10、年计)为013,辅助外电网失效的概率为016。312结果与分析用SETS程序4对故障树进行计算。结果列于表1。不同电源独立供电时,母线LHA失效概率列于表2。表1母线不可用度及故障树支配性割集Table 1The unavailabilities of buses and the dom inant cut sets序号概率割集所占比例?%母线LHA(T4=1,失效概率为316410-2)1312410-2DG运行失效2孤岛运行失效2失去外电网初因89.0231010-3DG启动失效2孤岛运行失效2失去外电网初因8123514010-4DG维修2孤岛运行失效2失去外电网初因115母线LHA(T
11、4=0,失效概率为6172510-5)1510410-5母线LHA失效75.0251443210-6DG运行失效2母线LGB失效8.0351443210-6DG运行失效2母线LHA和LGB联接电缆失效8.0431704410-6DG运行失效2断路器LHA 001JA误打开515母线LNE(失效概率为1125510-4)1612410-5母线LNE失效49172612410-5母线LAA失效4917母线LBA(失效概率为2188710-5)1218810-5母线LBA失效9917计算结果表明,母线LHA失电,当T4=1时,支配性最小割集包含的基本事件主要有:DG运行失效、DG启动失效、DG维修、
12、孤岛运行失效、失去外电网初因。DG运行失效2孤岛运行失效2失去外电网初因占顶事件发生概率的89%,DG启动失效2孤岛运行失效2失去外电网初因占顶事件发生概率的812%。说明当T4=1时,DG运行和启动失效、孤岛运行失效是造成母线LHA失电最主要的事件。当T4=0时,基本事件主要有母线LHA失效、DG运行失效、母线L GB失效、母线LHA和L GB联接电缆失效以及断路器LHA 001JA误打开。母线LHA本身失效占顶事件发生概率的75%,DG运行失效2母线L GB失效和DG运行失效2母线234原子能科学技术第31卷 1994-2006 China Academic Journal Electro
13、nic Publishing House.All rights reserved.http:/LHA和L GB联接电缆失效各占8%。由于孤岛运行失效总是跟失去外电网初因联系在一起,因此,当T4=0时,孤岛运行失效不再是主要事件。表2不同电源供电时母线LHA失效概率Table 2The unavilability of LHA under different power sources供电电源失效概率最大项值最大项事件名最大项所占百分比?%主发电机216010-3119210-3机组失效74主外电网118010-3812210-3主外电网失效46辅助外电网215910-3116410-3辅助外电
14、网失效63对母线LN E失电贡献最大的是母线LN E和LAA失效,各占4917%;对母线LBA失电贡献最大的是母线本身失效,约占9917%。这说明,在低压供电系统中,提高各种供电母线的可靠性,对提高整个供电系统的可靠性具有重要意义。由表2可知,当母线LHA在某一状态下运行时,该状态下供电电源的丧失,是母线LHA失电的主要原因。由以上分析可知,高度可靠的供电母线,除了需要有可靠的电源保证之外,还必须确保母线本身和与母线直接发生联系的电器设备如供电电缆等的高度可靠。4结论通过对GN PS厂用电力系统616 kV交流应急母线(LHA)、220 V交流不间断电源母线(LN E)和125 V直流电源母线
15、(LBA)失电的故障树分析,可以得出以下结论。(1)当T4=1时,616 kV交流母线LHA失电概率为316410-2,贡献最大的是DG运行失效2孤岛运行失效2失去外电网初因,占89%;T4=0时,LHA失电概率为6172510-5,贡献最大的是母线LHA本身失效,占75%。孤岛运行与外电网有着直接的联系,孤岛运行可靠性的提高也就意味着系统抗失去外电网能力的提高。(2)母线LN E、LBA失电概率分别为1125510-4和2188710-5,贡献最大的是母线本身失效,分别占4917%和9917%。提高供电母线的可靠性,对提高低压供电系统整体的可靠性效果显著。(3)在特定的供电状态下,该状态电源
16、的可靠性决定了该状态电力系统供电的可靠性。本课题属大亚湾核电站PSA应用研究项目,得到了大亚湾核电站濮继龙经理的关心和支持及技术支持处、安全执照处等部门的大力协助,同时得到了清华大学薛大知教授和梅启智教授的指导,此致感谢。参考文献1梅启智 1 大型核电站电力系统可靠性分析 1 核动力工程,1994,15(6):48612陈济东 1 大亚湾核电站系统及运行 1 北京:原子能出版社,19941100813Bars G,Bertrand R,Berlin A,et al.EPS2900A Probabilistic Safety A ssessment of the Standard334第5期陈海
17、燕等:广东大亚湾核电站厂用电力系统可靠性分析 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/French 900 MW Pressurized W ater Reactor:M ain Report.French N uclear Safety and Protection Insti2tute,1990.4Worrell RB.A SETS U sersM anual for the Fault T ree A nalyst:NUREG?CR20465.1978.R
18、EL IABI L ITY ANALYSIS FOR THE ELECTRIC POW ERSYSTEM OF GUANGDONG NUCLEAR POW ER PLANTChen HaiyanL i XiaohuaKe Guotu(China Institute of A tom ic Energy,P.O.B ox275259,B eijing,102413)ABSTRACTA reliability analysis for the electric pow er system of Guangdong nuclear pow er plant ismade based on the s
19、ystem fault tree approach.Three kinds of top event in the system faulttree are analyzed.They are:(1)pow er supply failure of essential bus LHA,(2)failure of AC220 V bus LN E and(3)failure of DC 125 V bus LBA.Based on the component failure ratesof the standard French 900MW pressurized w ater reactor,
20、the unavilabilities of LHA、LN Eand LBA buses are evaluated using SETS code and the dom inant cut sets for each bus failureare obtained and analyzed.Key wordsElectric pow er systemReliabilityFault treeTop eventM ini malcutset涨落引起的X射线和中子漫散射D iffuse Scattering of X-Rays and Neutron by Fluctuations著者:Kr
21、ivoglaz,M.A.。1996年斯普林格公司出版。X射线或热中子漫散射的衍射法可用于研究晶体结构、不同粒种的原子排列和以原子间空隙为尺度的静态位移。近来更加成熟的实验程序使这些技术更精确、更易操作,并扩大在工业中的应用。本书目次如下:1、组成及有序参数的涨落波。2、晶体中长射程力对涨落的影响和非均匀的产生。3、X射线和中子在固体溶液和一种组份有序晶体中的漫散射。4、靠近第二相转换和临界点的不规则散射。摘自中国原子能科学研究院 科技信息434原子能科学技术第31卷 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/