郭曉嫻

【摘 要】本文從PSA的發(fā)展歷史出發(fā)研究其中的主要分析方法之一事件樹分析方法，簡(jiǎn)單的介紹了PSA的三個(gè)級(jí)別來(lái)了解事件樹的分析對(duì)象，從始發(fā)事件的確定與分組出發(fā)，分析事故發(fā)生的原因、了解功能?；拖到y(tǒng)?；?、對(duì)損傷進(jìn)行分類、分析后果；對(duì)比事件樹模型化方法的兩種模型大事件樹-小故障樹和小事件樹-大故障樹優(yōu)缺點(diǎn)；得出結(jié)論：事件樹分析方法是概率安全分析中的重要方法，是核電廠當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)要求的系統(tǒng)模型化分析方法。

【關(guān)鍵詞】概率安全評(píng)價(jià)（PSA）；始發(fā)事件；事故序列；事件樹

0 前言

自從美國(guó)三里島核電站和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生嚴(yán)重事故后，引起了人們對(duì)核電站安全性的極大關(guān)注，世界各核電國(guó)家都在努力尋求安全可靠的核電站設(shè)計(jì)。概率安全評(píng)價(jià)（PSA）是核電站安全分析的一種重要方法，受到國(guó)內(nèi)外安全當(dāng)局、核電站業(yè)主及核能研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。

目前，概率安全分析是一門很有生氣很活躍的應(yīng)用學(xué)科?？梢苑秩矫鎭?lái)說(shuō)，一是核電站方面的應(yīng)用，包括實(shí)驗(yàn)堆，二是一般工業(yè)方面應(yīng)用，三是非工業(yè)性的社會(huì)應(yīng)用。對(duì)于核電站方面的應(yīng)用，至1986年底世界投入運(yùn)行的核電站共有397座，核電占世界總發(fā)電量的30%以上，1985年統(tǒng)計(jì)有32座核電站完成了PSA分析。1986年4月蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生事故之后，人們得出兩次大的事故并不發(fā)生于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，而發(fā)生于非設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故，概率安全分析能分析兩方面的事故序列，因此核電站概率安全分析的發(fā)展前景很好[1]。若能正確地將PSA應(yīng)用于與運(yùn)行安全有關(guān)的管理，將會(huì)改進(jìn)安全，同時(shí)使電廠管理承受的負(fù)擔(dān)減輕。但PSA程序用戶對(duì)程序的友善性、擴(kuò)展性、輸入輸出處理、調(diào)試功能、結(jié)果表示的選擇、程序開發(fā)者的支持的要求越來(lái)越高，因此在未來(lái)的發(fā)展中用戶的要求將會(huì)對(duì)程序開發(fā)者產(chǎn)生更大的壓力[2]。

事件樹分析是概率安全分析方法廣泛使用的分析方法，它最早應(yīng)用于20世紀(jì)70年代美國(guó)商用核電站安全評(píng)估中。Papazoglou 提出了事件樹的數(shù)學(xué)模型，該理論的提出為事件樹的自動(dòng)構(gòu)建打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).但傳統(tǒng)的事件樹分析是基于二態(tài)性假設(shè)的，Hus對(duì)事件樹進(jìn)行了了空間上的擴(kuò)展，通過(guò)詳細(xì)定義環(huán)節(jié)事件、劃分任務(wù)階段、允許環(huán)節(jié)事件多分支以及詳細(xì)描述操作人員行為等建立了擴(kuò)展事件樹模型.田宏參照Papazoglou 的事件樹數(shù)學(xué)模型，利用多態(tài)系統(tǒng)理論、多值邏輯及集合論，提出了廣義多態(tài)事件樹模型，并對(duì)存在反饋關(guān)系的系統(tǒng)進(jìn)行了研究[3]。

1 PSA分析流程

PSA中事件樹的建立首先可以從PSA的三個(gè)等級(jí)出發(fā)，在核電廠概率安全評(píng)價(jià)PSA的應(yīng)用中，可以分為3個(gè)級(jí)別，一級(jí)PSA為系統(tǒng)分析；二級(jí)PSA為一級(jí)PSA結(jié)果加上安全殼響應(yīng)的評(píng)價(jià)；三級(jí)PSA：二級(jí)PSA結(jié)果加上廠外后果的評(píng)價(jià)。

PSA分析的重要步驟之一是確定初因事件及其歸集，它是整個(gè)一級(jí)PSA研究的依據(jù)和重要基礎(chǔ)。始發(fā)事件是造成核電廠擾動(dòng)并且有可能導(dǎo)致堆芯損壞的事件，它能否造成堆芯損壞，取決于核電廠各個(gè)緩解事故的系統(tǒng)能否成功地運(yùn)行[4，5]。

2 事件樹的建造

始發(fā)事件確定后，采用事件樹方法分析核電廠對(duì)每組始發(fā)事件的響應(yīng)。事件樹最上層是按順序列出可能影響事故進(jìn)程的一系列事件，也稱為事件樹題頭。它可以是始發(fā)事件發(fā)生后所需執(zhí)行的安全功能，或轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行此安全功能的系統(tǒng)，或基本事件的發(fā)生。在圖1左邊，從始發(fā)事件開始，看系統(tǒng)A是否正常工作，若成功，則樹的分支點(diǎn)處向上分支，向下分支表示系統(tǒng)A失效，相同的，各系統(tǒng)各個(gè)分支，依次作出詢問(wèn)。事件樹表示的每一條途徑為一種事故狀態(tài)，即事故序列，如圖1中的yj。

在事件樹方法中，考慮系統(tǒng)不是成功就是失效，但實(shí)際工程中存在中間狀態(tài)即系統(tǒng)可能部分成功，部分失效。目前的事件樹分析中，把系統(tǒng)的部分失效當(dāng)成全部失效，其結(jié)果偏于保守[6，7]。事件序列定量化是指事件樹中事故序列可以用特定的始發(fā)事件和相應(yīng)系統(tǒng)的成功和失效來(lái)表示，圖1中考慮事故序列為y5，它是指始發(fā)事件I發(fā)生后，系統(tǒng)A、C成功，系統(tǒng)B、D失效的一個(gè)事故序列，每一事故序列頻率為始發(fā)事件頻率乘以每個(gè)分支點(diǎn)上的分支概率。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，我們無(wú)法由直接經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)求得分支概率，可以采用故障樹分析法、GO法等。

3 事件樹分析方法

事件樹分析方法是目前最常用的概率安全評(píng)估方法.該方法首先建立描述事故發(fā)展過(guò)程的事件樹，然后利用故障樹對(duì)事件樹中的各個(gè)安全環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，得到各個(gè)事件序列發(fā)生的概率，最后通過(guò)綜合所有相應(yīng)事件序列的概率得到各后果發(fā)生的概率。由于在計(jì)算過(guò)程中需要首先將布爾表達(dá)式不交化，求解最小割集，然后才能利用最小割集計(jì)算各時(shí)間序列發(fā)生的概率，因此事件樹分析方法在本質(zhì)上一種基于割集的評(píng)估方法，該方法具有簡(jiǎn)單直觀，容易理解的特點(diǎn)[8]。

事件樹分析方法分為小事件樹-大故障樹和大事件樹-小故障樹兩種方法。

在小事件樹-大故障樹方法中，題頭事件是指為執(zhí)行一定安全功能的系統(tǒng)投入或操縱人員動(dòng)作，相關(guān)支持系統(tǒng)在前沿系統(tǒng)故障樹中考慮。因此，使用小事件樹進(jìn)行PSA時(shí)具有以下缺點(diǎn)：（1）不能直接體現(xiàn)支持系統(tǒng)與前沿系統(tǒng)的相關(guān)性；（2）不能直接評(píng)價(jià)支持系統(tǒng)的重要性；（3）無(wú)法區(qū)分系統(tǒng)的部分成功與部分失效狀態(tài)；（4）不能很好地使系統(tǒng)事件序列模型化；（5）難以評(píng)價(jià)某些事故序列的堆芯損毀程度等。

同時(shí)具有優(yōu)點(diǎn)：小事件樹產(chǎn)生的事件樹是簡(jiǎn)潔的，便于對(duì)事故序列進(jìn)行綜合審查。只要有進(jìn)行大故障樹分析的計(jì)算機(jī)程序，小事件樹-大故障樹是一種行之有效的方法，容易分析計(jì)算。

運(yùn)用大事件樹-小故障樹方法成功地解決了小事件樹-大故障樹缺點(diǎn)問(wèn)題，并可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更加深入的可靠性分析。所有的支持系統(tǒng)的狀態(tài)將出現(xiàn)在事件樹題頭中。

優(yōu)點(diǎn)在于：在事件樹中反映了現(xiàn)有的相關(guān)性，與事件樹相關(guān)聯(lián)的故障樹，由于是不包括支持系統(tǒng)的前沿系統(tǒng)的故障樹，故障規(guī)模不大，因而對(duì)計(jì)算機(jī)程序的需求較低。每個(gè)事故序列發(fā)生頻率計(jì)算很簡(jiǎn)單為相應(yīng)各個(gè)分支概率的乘積。

缺點(diǎn)在于：（1）只有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家經(jīng)過(guò)精心處理才能在事件樹建立起正確的相關(guān)性；（2）事件樹復(fù)雜程序隨樹中支持系統(tǒng)數(shù)目和支持系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)目的加大而迅速加大；（3）每棵故障規(guī)模是變小了，但故障樹的數(shù)目卻增加了。

4 結(jié)論

事件樹分析方法是概率安全分析中的重要方法，是核電廠當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)要求的系統(tǒng)模型化分析方法。但是事件樹分析方法也有不足的表現(xiàn)，主要為：

1）對(duì)于大型系統(tǒng)，由于基本事件和最小割集數(shù)量龐大，必須進(jìn)行近似和截?cái)啵瑥亩鴷?huì)導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果、基本事件的重要度大小及排序存在偏差；

2）將相同后果的事件序列累加得到該后果出現(xiàn)的概率值得商榷，因?yàn)檫@樣可能重復(fù)計(jì)算了某些割集；

3）將部件對(duì)應(yīng)的基本事件的重要度累加得到部件重要度可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論；

4）目前的事件樹分析方法還僅限于分析單調(diào)系統(tǒng)，對(duì)于非單調(diào)系統(tǒng)難以操作。盡管多態(tài)事件樹和多態(tài)故障樹均已有所研究，但如何將兩者結(jié)合以解決多態(tài)系統(tǒng)概率安全評(píng)估仍然是個(gè)難題。

現(xiàn)有概率安全評(píng)估方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如何取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將各種概率安全評(píng)估方法進(jìn)行綜合，解決復(fù)雜系統(tǒng)概率安全評(píng)估問(wèn)題是今后發(fā)展的另一方向。

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[責(zé)任編輯：湯靜]