基于系统工程的核电厂仪控系统设计流程研究

核电厂数字化仪控系统具有设计复杂、结构庞大、集成度高的特点。为了解决设计中由于设计流程不规范、以结果为导向、以施工图设计和管理为重点等而出现的各种综合性问题,研究了在核电厂仪控系统设计流程中使用系统工程的方法。创新性地结合了系统工程方法和核电厂仪控系统全生命周期的模型,重新定义和开发了仪控系统的设计活动,对活动进行统筹规划。建立核电厂仪控系统设计的标准化系统工程体系,可对其进行裁剪,用于指导不同核电项目、不同层次仪控对象的全生命周期设计。基于系统工程的仪控系统设计流程的开发,有利于规范仪控系统设计活动、实现全生命周期的设计管理和维护、提升核电设计和管理能力、提高国际竞争力。     

MBRA在核电厂仪控系统可靠性分析中的应用研究

核电厂仪控系统的可靠性对于核电厂的安全、平稳运行至关重要。为了保证核电厂仪控系统的可靠性,需要在设计过程中对规模庞大且功能复杂的核电厂仪控系统进行可靠性分析。传统的核电厂仪控系统可靠性分析一般基于系统设计文本直接构建可靠性分析模型。模型结构往往与系统结构不匹配,使得模型的构建与检查极为困难。为了解决这个问题,考虑使用基于模型的可靠性评估(MBRA)方法,构建核电厂仪控系统的故障传播模型以进行可靠性分析。使用核电厂仪控系统可靠性分析与设计软件,构建了反应堆保护系统稳压器压力触发安注功能的故障传播模型,对其失效概率进行了故障树分析,并提出了提高安注功能可靠性的改进方式。应用结果表明,使用MBRA方法进行核电厂仪控系统的可靠性分析,降低了可靠性建模的难度,使模型易于检查与确认,提高了可靠性分析的效率、准确性。     

核电厂仪控系统可靠性要求与分析方法研究

随着核电厂仪控系统冗余度及分散度的持续增加,以及业主运维压力的攀升,需要考虑简化核电厂仪控系统。为了使简化后的核电厂仪控系统能够保障核电厂的安全性与可用性,需要研究其可靠性要求与分析方法。根据以往工程经验,归纳了核电厂仪控系统设计过程中可靠性分析的一般流程。根据系统故障对核电厂安全性与可用性的不同影响,分别对反应堆保护系统、多样性驱动系统及运行控制系统这三个仪控系统的重要组成部分进行研究。基于相关导则、标准及以往工程实践,分别总结了这三类系统的可靠性要求的类型及制定方法,并归纳了这三类系统的可靠性分析过程中需要考虑的因素。根据各类仪控系统的可靠性要求与分析方法,系统设计者可以在保障仪控系统可靠性的基础上对设计进行简化。     

核电厂仪控系统全生命周期需求分析的研究

为解决核电厂仪控系统在需求分析方面存在的问题,提出了一种需求分析的理论框架。该框架结合核电厂仪控系统的特点,采用场景分析方法对系统的功能需求、性能需求和安全性需求进行分析。将该方法应用于某研发堆型启堆场景分析中,得出了研究结果。应用结果表明,该方法适用于核电厂仪控系统的需求分析,并具有可操作性和实用性。该方法能够帮助解决跨系统设计中可能出现的问题“涌现”,从而减少现场施工进度的延误和经济成本的增加等问题。研究成果表明,采用基于系统工程国际委员会（INCOSE）技术流程定义的场景分析法可以有效地分析核电厂仪控系统的需求。该方法可以在核电厂仪控系统设计过程中逐步推广,并为提高系统设计的准确性和效率提供参考。通过更好地进行需求分析,可以确保仪控系统在设计和施工阶段的顺利进行,从而提高核电厂的运行效率和安全性、降低成本。     

核电厂仪控系统本体可靠性分析研究

核电厂仪控系统本体可靠性是影响核电厂安全、稳定运行的重要因素。研究了核电厂仪控系统设计过程中影响仪控系统本体可靠性的影响因素。提出了包含4个主要影响因子和13个子影响因子的人因失误模型。应用灰色关联分析方法对人因失误模型中各影响因子进行定量关联度计算,以识别影响因子的重要程度。对某实际核电机组仪控系统设计活动进行实例分析,成功地识别出了核电厂仪控系统设计过程中影响仪控系统本体可靠性的关键因素。该研究结果有助于更好地识别和管理潜在的人因失误风险,并提高系统的可靠性和安全性。     

基于STPA的核电厂仪控系统安全分析研究

为解决核电厂复杂仪控系统的安全性分析问题,通过引入基于系统理论的过程分析（STPA）方法,完成仪控系统的安全性分析。利用系统损失分析、系统风险分析、不安全的控制行为分析、致因场景分析四个分析过程,完成对现有核电厂仪控系统中控制保护耦合方案的安全性分析,以及保护系统设计过程的安全性分析。分析结果表明,STPA方法可有效从系统角度分析设计方案及设计流程中的不足,找出相关方案导致系统风险的致因场景和导致设计问题的根本原因。相关分析过程可进一步指导STPA方法在复杂仪控系统安全性分析中的应用。分析结果可用于指导复杂仪控系统的安全性设计。     

基于ARCADIA MBSE在运载火箭能源子系统的应用

传统的基于文档的研制模式已经难以适应复杂的运载火箭能源子系统设计的需要,而实践证明目前广泛使用的基于模型的系统工程方法(Model-Based System Engineering , MBSE)——Harmony 系统工程方法较为复杂,对设计师要求较高,给工程应用带来了一定的困难。因此,本文提出了面向运载火箭能源子系统开发设计的架构分析与设计集成 (Architecture Analysis and Design Integrated Approach, ARCADIA) MBSE方法,考虑运载火箭研制流程和特点,利用其迭代细化的特点,分别构建系统分析模型、逻辑架构模型和物理架构模型,该方法提供了无歧义且精确的能源子系统模型,保证了该系统的一致性、正确性和完整性。相较于Harmony 系统工程方法,ARCADIA MBSE方法更符合设计习惯,便于设计师理解与建模,从而进一步提高了系统设计效率。这套ARCADIA MBSE设计研制流程能适用于运载火箭电气系统,可为下一步应用奠定基础。     

基于MBSE技术的航天器电气系统设计技术

针对MBSE技术应用于航天器电气系统设计开展研究,建立从需求分析、功能定义、逻辑设计、逻辑实现及物理实现的完整的电气系统实现方案,分析了各个层级之间的映射及关联方法。针对航天器电气系统特点,提出了新的、系统的工程解决方案。以SystemWeaver为开发平台,以典型的飞行器管理平台为研究对象,至顶向下开展正向设计,根据顶层输入开展需求分析,面向功能需求进行功能定义,在符合相关技术标准、经验基础上利用逻辑设计及逻辑实现满足各项功能定义,最后通过物理层进行系统实现。构成基于MBSE航天器电气系统正向设计的完整流程。     

超温超功ΔT逻辑实现分析研究

M310机组以及基于该堆型改进的CPR1000机组中均设计有超温超功ΔT信号。该信号同时参与反应堆的保护以及控制功能,以保护核电厂的安全运行。核电厂使用的不同仪控平台,对该信号的逻辑处理上会略有区别,尤其在表决逻辑中的逻辑退化的处理方法上差异较大。这与平台自身的属性以及核电厂仪控总体结构的划分均有着密切关系。鉴于超温超功ΔT信号对核电厂安全运行的重要作用,有必要详细评估不同仪控平台间逻辑退化处理方式给核电厂安全运行带来的影响。通过调研法律法规的相关要求、对比该信号在不同仪控平台中不同的逻辑退化方式,以及详细的概率论计算、分析后,总结出与超温超功率ΔT信号类似信号的逻辑设计原则。该问题的研究为后续三代核电堆型的设计积累了经验,即针对同时参与保护与控制功能的信号要综合考虑核电厂的可用率及成本影响后谨慎决策逻辑退化问题。     

核电厂仪控电缆优化的研究

核电厂仪控系统的电缆数量庞大,托盘超容问题严重。电缆敷设难度大、周期长。为了减少核电厂电缆总量、提高经济性、缩短施工周期,对在建核电厂的仪控电缆数据进行分析、归纳和整理,从设计角度提出优化方案。采用优化仪控系统架构的方案,将分布式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)设备分散布置,缩短就地仪表和设备至控制系统的距离,以减少电缆长度。采用跨系统合并汇线箱的方案,打破系统的边界,减少跨厂房的长距离电缆的根数。采用控制电缆和测量电缆混合敷设的方案,可以减少控制托盘数量,降低电缆托盘施工成本。该优化方案大规模减少了电缆总量,降低了核电厂建设成本,缩短了施工工期,降低了维护的难度。该研究为信号监测方式拓展了新的思路。     

基于MBSE的PHM开发平台设计

故障预测与健康管理(PHM)开发平台具有结构功能复杂的特点,传统的设计方法难以保证其结构合理性与功能可靠性.针对传统的基于文本的系统设计中存在的需求追溯性弱、问题描述模糊的问题,提出了应用基广模型的系统工程(MBSE)方法论指导平台设计过程,使用模型驱动的OOSEM建模方法对PHM开发平台进行模型搭建.通过利益相关者需...     

基于数字化平台的柴油机电控系统可靠性计算

为了评估核电厂应急柴油机数字化控制方案替代部分传统继电器控制系统的可行性,对基于数字化专用仪控平台的柴油机电控系统进行了可靠性分析和计算.依据该系统的架构设计,建立了系统可靠性框图模型,并结合可靠性设计和失效率预计数据,采用蒙特卡罗方法计算得到的系统可用性达到99.99％.分析结果表明,冗余设计、故障诊断和维修性设计对...     

AP1000核电厂仪控系统介绍

AP1000核电厂的设计具有开创性的技术特点,三代核电技术AP1000将是我国今后长期发展的核电技术.介绍了AP1000仪控系统的总体结构、主要仪控系统的功能、设计特点及应用平台;分析说明了AP1000仪控系统相对于其他核电厂仪控系统设计的不同之处.AP1000仪控设计采用美国法规标准体系并为最新的数字化仪控关注焦点提供了应对措施.     

模型驱动的复杂装备系统设计与仿真验证研究

复杂装备体系化、产品化的发展方向推动了MBSE在装备研制领域的应用发展。针对复杂装备功能高度复杂的设计难点,提出了一种模型驱动的复杂装备系统设计与仿真验证方法,阐述了从作战需求分析到产品实现的装备研制全流程的建模设计与仿真分析验证思路。同时,基于SysML仿真平台,结合装备作战过程典型案例,对装备系统模型进行仿真分析,实现了装备作战全过程的功能仿真,验证了模型逻辑的一致性、接口和输入输出流的准确性以及设计方法的可行性。结果证明,所提出的设计与仿真方法具有较高的工程实用价值,可极大地提高装备设计的完备性和效率。     

核设备鉴定试验中仪控系统可靠性预测

核设备鉴定试验数字化仪控系统的可靠性直接决定着核设备鉴定试验的成败。重点介绍、分析了核设备鉴定试验中仪控系统结构的组成及其自身特点,并给出了仪控单元的定义。结合仪控单元自身特点,给出了影响可靠性的关键因素。同时,在对仪控单元分析的基础上,给出了表征仪控系统可靠性的故障率。利用反向传播(BP)神经网络技术,建立核设备鉴定仪控系统可靠性预测模型,并结合仪控系统历史数据,对其可靠性进行预测分析,得到了有效的预测结果,进一步提高了核设备鉴定仪控系统的可靠性。给出了日常维护核设备鉴定试验仪控系统的措施和建议。该预测方法同样可以运用到化工、石油、电力等领域的相关设备鉴定行业。     

核电厂仪控设备的可靠性及老化管理研究与实践

针对大亚湾核电站运行10年左右陆续出现的一些与模拟仪表老化相关的设备失效问题,开展一系列的仪控设备可靠性及老化管理研究和实践,并建立系统化的管理体系。根据电子元器件老化机理的分析研究及国内外经验反馈,并结合核电厂多年老化数据分析以及设备现场使用经验,确定核电厂短寿命元器件和短寿命设备,进而建立核电厂仪控设备的分级管理体系。通过可靠性及老化检测、老化缓解、老化管理大纲和数据库等技术,对核电厂仪控设备进行有效的可靠性管理。实践表明,该仪控设备可靠性及老化管理体系取得了显著成效,大大提高了仪控设备可靠性,提升了电站的核安全水平,显著减少了停机停堆事故和发电损失,具有一定的推广价值,可以用来指导和应用于同类核电站以及常规电厂仪控设备可靠性管理。     

VVER-1200安全相关及正常运行仪控系统提资分析与设计研究

本研究通过对VVER-1200堆型仪控功能层级化架构特点的分析,提出了一种基于标准功能图和自动化工具软件的VVER-1200安全相关及正常运行系统仪控功能图的标准化设计方法.该方法能够解决手动设计方法在VVER-1200安全相关及正常运行仪控功能图设计上的效能低下问题,提升了工程设计质量,节约了人力成本,也为先进核电仪...     

核级仪控电源模件可靠性运维管理技术研究

电源模件是核电厂中重要的仪控设备,其能够为棒控棒位仪控系统提供频率、时序和幅值可控的电压或电流信号。电源模件在长期服役过程中,将发生缓慢的降质甚至失效,严重时会影响机组的安全稳定运行。本文通过分析电源模件的服役环境,识别电源模件的降质机理,并提供相应的状态监/检测措施和寿命评估方法以及运维管理措施,对电源模件进行主动运维管理,以提高电源模件的运行可靠性与经济性。     

核电厂数字化仪表控制系统网络安全风险分析方法综述

目前,核电厂已经广泛采用基于网络和软件的数字化仪表和控制系统(简称“仪控系统”)。数字化仪控系统作为核电厂的神经中枢,一旦遭受网络攻击,将对核电厂的安全性、可用性造成风险。因此,应采用适当的方法对核电厂数字化仪控系统的网络安全风险进行分析评估,以进一步提高核电厂数字化仪控系统防范风险的能力。首先,将网络安全风险分析方法分为基于公式的方法、基于非图形模型的方法、基于图形模型的方法这三类进行文献综述;然后,从动态分析、风险量化、数据来源、核安全与网络安全四个方面进行了适用性分析。该研究为核电厂数字化仪控系统选择适当的网络安全风险分析方法提供了参考。     

基于主体的建模方法在通信仿真中的应用研究

主体是一个独立自包含的软件对象，可以自主与周边环境及其他智能体进行交互。基于主体的仿真建模（Agent-Based Modeling,ABM），允许用户通过指定主体行为和它们运行的环境，自底向上地建立复杂的仿真模型。比起其他系统级建模范式，这种方法能为用户是一个更自然的仿真视角，而且它允许在新的应用中更灵活地使用已有仿真模块。这种灵活性使它们成为虚拟实验室、复杂设备实验验证以及设备教学试验的理想选择，基于主体的仿真建模方法，在启发式搜索方法、社会科学模型、战斗模型和供应链仿真分析中具有特殊优势。比较基于主体的仿真建模方法（ABM）与基于模型的系统工程（MBSE）这两种建模方法，并通过一个典型通信系统仿真实验的建模过程，验证ABM的便捷性和优越性。