[發明專利]一種基于最小割集的核反應堆故障監測系統

有效

• 申請號: 201310139327.2
• 申請日: 2013-04-21
• 公開（公告）號: CN103235881A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 汪進;陳珊琦;胡麗琴;李亞洲;吳宜燦
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G21C17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明涉及一種基于最小割集的核反應堆故障監測系統，屬于復雜核反應堆系統可靠性與故障診斷領域。

背景技術

故障樹分析（Fault?Tree?Analysis，FTA）方法最早是1964年由貝爾電話實驗室，60年代初在航空航天工業中得到應用，此后有了迅速發展，并成為反應堆、化工等領域不可缺少的分析工具之一。故障樹分析是在系統設計過程中通過對可能造成系統失效的各種因素進行分析，畫出邏輯框圖，進而確定系統故障原因的各種組合方式和發生概率，并采取相應的改進措施，是提高系統可靠性的一種設計分析方法。其中系統故障原因的各種組合方式就是故障樹的最小割集，最小割集是用于尋找系統薄弱環節的最有效方法之一。基于最小割集的故障監測就是利用系統最小割集來輔助尋找系統的可能故障模式，因此最小割集的獲取是該方法的基礎。

隨著故障樹技術的廣泛應用，故障樹最小割集求法也得到了快速發展。目前故障樹最小割集求法主要分為以下四類：（1）第一類是傳統的上行法、下行法，這類方法由于對故障樹的所有路徑進行搜索，超大型復雜系統的故障樹路徑數高達幾十萬以上，計算速度基本無法忍受；（2）第二類是基于Petri網的方法、矩陣化方法，基于Petri網的求解方法實際上是下行法的變種，路徑數量并沒有減少，只是采用了關聯矩陣的形式，計算效率依然很低；矩陣化方法的矩陣維度過大，導致一般的計算機內存無法存儲，同時計算量也很大；（3）第三類是基于二元決策圖、零壓縮二元決策圖的方法，這種方法盡管存儲效率比上述方法較高，但是由于計算過程產生的中間結果較多，計算量非常大，計算速度仍然有待提高；（4）第四類是近年來提出的分支演繹法，分支演繹法基于一定規則選取事件組合，判斷是否滿足故障樹結構函數，該方法的求解思路盡管與上述方法不同，但是求解速度依賴于事件組合選取的合理性，不合理情況下需要判斷的次數大得驚人，其效率具有一定的不確定性。

針對大型復雜系統，如核反應堆系統的故障樹模型，這些方法的計算速度和結果的精度仍然有待提高，尤其是針對核電廠、核反應實驗裝置這一類超大型復雜系統。經過對目前國際上主流的基于上述方法的代表性商用系統RiskSpectrum、CAFTA、XFTA進行測試，一個擁有12000個邏輯門和8000個底事件的超大核電廠故障樹，需要計算10-20分鐘不等，計算速度過慢，無法做到及時響應，影響對這些系統故障的及時甄別和診斷，同時由于計算量過大而不得不采取截斷策略，導致了最終結果有一定誤差，不夠精確，影響對系統故障的判斷。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術的不足，提出一種基于最小割集的核反應堆故障監測系統，使計算速度和精度得到提高，從而提高了系統故障的判斷效率。

本發明的技術方案如下：一種基于最小割集的核反應堆故障監測系統，如圖1所示包括：

（1）模型解析器：對給定的核反應堆系統的常規故障樹模型進行解析，構建一種分層結構故障樹模型，分離出故障樹每層節點列表，每層節點的具體信息包括：名稱、節點類型、所屬分層行號和父親節點名稱；

（2）任務分發器：將解析后的分層結構故障樹模型，按照自底向上的順序，依次將每層節點分發給不同的并行機節點進行處理，當該層節點全部處理完畢之后才能處理上一層節點，直到處理完頂層節點為止；

（3）并行機：配置一定數量的計算節點，每個計算節點上部署一個計算引擎，計算引擎針對任務分發器發送來的分層結構故障樹模型某一層節點中的某一個節點進行處理，將以該節點為頭節點的子故障樹轉換成零壓縮二元決策圖，并將這些零壓縮二元決策圖送至結果收集器；

（4）結果收集器：收集并行機得到的計算結果，即零壓縮二元決策圖，當并行機處理的不是頂節點時，此結果收集器將計算結果反饋給任務分發器，當并行機處理的是頂節點是，此結果收集器將計算結果送至割集解析器；

（5）割集解析器：將結果收集器發送的零壓縮二元決策圖進行解析，得到所分析核反應堆系統的最小割集，并將該最小割集送至故障診斷器；

（6）故障診斷器：根據割集解析器發送過來的核反應堆系統最小割集，進行系統故障排除與診斷工作。

其具體實現步驟如下：

（1）安全分析人員對核反應堆系統進行故障樹建模，得到核反應堆系統的常規故障樹模型；

（2）模型解析器對步驟1得到的該核反應堆系統常規故障樹模型解析稱分層結構故障樹模型；