蒸汽發生器液位控制系統是保證核電站安全運行的關鍵儀表和控制子系統，也是最復雜的子系統之一，有80多個組件和多種故障模式。與傳統方法相比，布爾邏輯驅動馬爾可夫流程模型提供了更好的可靠性分析和更好的維護策略。

1、分析軟件應用

蒸汽發生器液位控制系統的動態可靠性分析可以提高設備的可靠性。

數字儀表與控制系統(DICS)在核電站中得到了廣泛的應用，其可靠性直接影響著核電站的安全水平。

蒸汽發生器(SG)是核島內的關鍵設備。將水位保持在合理范圍內是確保反應堆和汽輪機安全運行的條件之一。

因此，蒸汽發生器液位控制系統(SGLCS)是核電站DICS的重要子系統之一，其可靠性直接影響核島的安全運行。

布爾邏輯驅動馬爾可夫流程(BDMP)是一種強大的動態可靠性建模方法，它可以將馬爾可夫流程與故障樹的葉節點相關聯，從而解決故障樹方法不適合描述部件故障相關性強的可修模型和馬爾可夫模型的組合爆炸問題。

法國電力公司(EDF)開發了BDMP建模軟件KB3及其定量分析軟件YAMS，已廣泛應用于發電廠和電網中各種系統的可靠性分析。

然而，由于KB3軟件是EDF擁有的內部軟件，因此限制出口，只有教育版才能在其他國家應用。因此，它的建模能力受到很大限制。

在本研究中，定義了一種自定義腳本語言來描述BDMP模型，并開發了一個轉換器程序來將BDMP腳本轉換為PRISM腳本，后者用于定義馬爾可夫模型。

然后使用可靠性領域廣泛使用和認可的概率模型檢查器RPISM進行定量分析。

使用該方法建立并分析了核電廠內SGLCS的BDMP模型，同時使用KB3(版本為3.5.1)和YAMS軟件驗證了分析結果。

最后，還得到了SGLCS不同部分的不可用性對總SGLCS的貢獻。

2、定義BDMP模型

BDMP模型主要由頂部事件、底部事件、邏輯門、觸發鏈接和邏輯鏈接組成。

根據故障樹的基本概念，BDMP模型中的頂部節點是根節點，而底部節點是葉節點。

在BDMP模型中，觸發鏈接是從觸發節點到被觸發節點。值、相關模式和所需模式是BDMP模型中每個節點最重要的三個屬性，它們共同決定了BDMP模型的動態行為。

BDMP模型中每個葉節點的失效機制是不同的。只有當f類型的葉節點同時處于相關模式和所需模式時，它們才會失效。

只有當所需的模式發生變化時，類型i的葉節點才會失效。當sf類型的葉節點處于相關模式時，它們的必需模式和非必需模式對應于兩種不同的故障率。

3、蒸汽發生器液位控制系統

圖1：給水流量調節系統公用部分系統結構圖

蒸汽發生器液位控制系統由蒸汽發生器給水流量調節系統和主給水泵調速系統組成。

前者的主要功能是調節每個蒸汽發生器的給水流量;后者的主要功能是將給水總管和蒸汽總管之間的壓差保持在設定值。

三回路核電廠中的三個蒸汽發生器各有一個獨立的蒸汽發生器給水流量調節系統，該系統通過控制安裝在蒸汽發生器入口側的主給水調節閥和旁路給水調節閥的開度來控制給水流量。

最后，為了達到控制蒸汽發生器水位的目的，同時，在三個蒸汽發生器的給水流量控制范圍內有一個公共部分。

公共部分的主要功能是獲得蒸汽發生器的負載信號，并在三個蒸汽發生器的主給水溫度中選擇最高溫度，以獲得水位控制增益，從而提高低負載下的穩定性。

給水流量調節系統公用部分的系統結構圖如圖1所示。

4、主給水泵調速

圖2：主給水泵調速系統結構圖

主給水泵調速系統的主要功能是將蒸汽母管和給水母管之間的壓差保持在預設值，該壓差隨著負荷的增加而增加。

系統輸入信號為主蒸汽流量信號和主蒸汽主管道與主給水主管道壓差信號的不匹配信號，輸出為泵速設定值。

核發電機組的給水系統為每臺機組配備了三臺電動給水泵，給水母管和蒸汽母管之間的實際壓降由三個差壓計測量。

主給水泵調速系統的系統結構圖如圖2所示。

5、蒸汽發生器控制裝置的故障分析

圖3：SGLCS不可用率對比圖

將由所定義的腳本語言描述的BDMP模型文件輸入到轉換程序中，并通過轉換程序獲得用PRISM腳本語言所描述的等價馬爾可夫模型。

最后，使用PRISM軟件進行定量分析。然后將結果與EDF的KB3和YAMS的分析結果進行比較(由于KB3建模節點的限制，將YAMS的計算結果作為蒸汽發生器水位控制系統三部分的總和)，以驗證所提出方法的正確性。

如圖3所示，YAMS分析結果為1.45176E-3，PRISM分析結果為1.42581E-3。以YAMS分析結果為參考值，誤差約為參考值的1.7%。

圖4：SGLCS的三部分不可用性圖

從圖4中可以看出，給水流量調節系統(獨立部分)的不可用率約占整個SGLCS不可用率的73.8%，給水流量調整系統(共用部分)的可用率約為24.4%，結果表明，給水流量調節系統的故障是造成核電站SGLCS故障的主要原因。

6、提高蒸汽發生器控制可靠性

針對傳統動態可靠性分析方法中模型規模大、組合爆炸的問題，提出了一種基于BDMP和PRISM的DICS動態可靠性建模和定量分析新方法。

在這種情況下，BDMP首先應用于實際核電站的復雜控制系統。

首先，將所提出的方法用于實際核電站SGLCS的可用性分析。然后，將所提出的方法與商業BDMP建模和定量分析軟件KB3和YAMS獲得的結果進行了比較。該方法的相對偏差小于2%，驗證了該方法的有效性。最終計算結果表明，在不定期檢查的情況下，SGLCS的不可用率約為1.4E-3，其中給水流量調節系統(獨立部分)的故障對系統不可用率的影響最大。

在實際操作和維護中，可以采取有針對性的策略來提高系統的可靠性。

本文提出的方法，使復雜動態系統的可靠性建模和定量分析方法在工程中得到廣泛應用，為核電站SGLCS的可靠性管理和設備維護提供了指導和參考價值。