科學島團隊在備用冗余系統(tǒng)可靠性分析方法研究中取得新進展

近期，中國科學院合肥物質院核能安全所戈道川副研究員及項目組在備用冗余系統(tǒng)可靠性快速分析方法研究中取得新進展，研究成果在線發(fā)表在國際工程技術領域權威期刊《可靠性工程和系統(tǒng)安全》（Reliability Engineering and System Safety ）上。

為保障安全運行，核電廠中大量采用備用冗余設計，因此會形成龐大而復雜的備用冗余系統(tǒng)。而開展針對備用冗余系統(tǒng)的可靠性分析研究，能夠及時發(fā)現系統(tǒng)潛在的薄弱環(huán)節(jié)、減少非必要冗余模塊，對提高核電廠的安全性和經濟性具有重要意義。由于備用冗余系統(tǒng)中存在復雜時序失效行為，采用以動態(tài)故障樹為基礎的系統(tǒng)可靠性評估方法逐漸成為核電廠安全評價體系中重要的研究方向。然而核電廠系統(tǒng)規(guī)模龐大且具有相當復雜失效場景，如何提高核電廠中備用冗余系統(tǒng)的動態(tài)故障樹計算效率，是當下研究面臨的主要難題。

針對這一問題，研究人員提出一種基于生存特征（signature）理論的快速分析方法。生存signature理論是近年來可靠性領域內重要的研究熱點之一，它的原理是采用將系統(tǒng)結構從用于描述系統(tǒng)部件隨機故障的概率模型中分離出來的方法，來提高系統(tǒng)可靠性分析效率。研究人員利用部件布爾狀態(tài)向量與失效條件樣本點對備用冗余系統(tǒng)生存signature進行高效仿真（如圖1, 2所示），并基于生存signature實現備用冗余系統(tǒng)可靠性的快速計算。研究結果表明：針對規(guī)模較大且具有高可靠性的備用冗余系統(tǒng)，所提方法能夠有效減少仿真過程中的無效樣本點與時序失效事件，在計算效率以及精度上都比傳統(tǒng)蒙卡方法更加優(yōu)異。

相關研究成果不僅有助于進一步推動核能系統(tǒng)概率安全評價技術的深入發(fā)展，同時可為其他工業(yè)過程中備用冗余系統(tǒng)可靠性計算技術提供參考，具有廣泛的應用前景。

圖1 在不同仿真次數下所提方法的相對誤差（生存signature仿真隨著仿真次數的增加，相對誤差明顯減?。?/p>

圖2 所提方法與蒙卡方法的置信區(qū)間（9 5% ）（生存signature的收斂速度明顯優(yōu)于蒙卡方法）