數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置響應(yīng)時(shí)間的概率分析方法及測(cè)試方法改進(jìn)

王明星　孫詩(shī)炎　葉奇　伍巧鳳　賀理

【摘 要】反應(yīng)堆保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間是反應(yīng)堆保護(hù)裝置最重要的性能指標(biāo)，文中通過(guò)對(duì)數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置各個(gè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)的分析，以概率論為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行了定量分析，并根據(jù)此定量分析結(jié)果，針對(duì)目前響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法的不足，提出改進(jìn)方法。

【關(guān)鍵詞】反應(yīng)堆保護(hù)裝置；響應(yīng)時(shí)間；概率論

0 引言

在概率論中，我們把具有如下3個(gè)特點(diǎn)的試驗(yàn)稱為隨機(jī)試驗(yàn)[1]：

a）可以在相同的條件下重復(fù)進(jìn)行；

b）每次試驗(yàn)的可能結(jié)果不止一個(gè)，并且能事先明確試驗(yàn)的所有可能結(jié)果；

c）進(jìn)行一次試驗(yàn)之前不能確定哪一個(gè)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)。

數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)具有以上全部特點(diǎn)，所以可通過(guò)概率論來(lái)進(jìn)行數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間分析。

目前國(guó)內(nèi)外核電站反應(yīng)堆保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試均在離線環(huán)境下進(jìn)行，且測(cè)試方法（見(jiàn)圖1）大多是通過(guò)模擬信號(hào)源注入假信號(hào)，觸發(fā)保護(hù)裝置發(fā)出動(dòng)作信號(hào)，通過(guò)示波器采集這兩者的時(shí)間差來(lái)得到這一次的響應(yīng)時(shí)間的。而判斷響應(yīng)時(shí)間是否滿足要求則是重復(fù)多次這樣的測(cè)試步驟，如果多次的測(cè)量結(jié)果均未超過(guò)要求值，則判斷響應(yīng)時(shí)間滿足設(shè)計(jì)要求。

但這樣的測(cè)試方法和判斷依據(jù)有其固有的局限性：

a）測(cè)試必須在停堆期間進(jìn)行，且測(cè)試過(guò)程復(fù)雜，需要專業(yè)的人員才能進(jìn)行，測(cè)試完成后還需要將設(shè)備恢復(fù)到工作狀態(tài)，需要大量的人力；

b）即便在多次的測(cè)試中，均沒(méi)有出現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間超標(biāo)的情況，但是由于響應(yīng)時(shí)間的隨機(jī)性，也不能保證當(dāng)前反應(yīng)堆保護(hù)裝置的響應(yīng)時(shí)間是和理論設(shè)計(jì)相符合的。

2 響應(yīng)時(shí)間各個(gè)組成環(huán)節(jié)概率密度分析

3 響應(yīng)時(shí)間總概率密度函數(shù)計(jì)算

假設(shè)數(shù)字化反應(yīng)堆保護(hù)裝置由AD采集、定值比較、邏輯處理、信號(hào)輸出等幾個(gè)典型數(shù)據(jù)處理部分組成，各個(gè)部分的信號(hào)處理周期分別為30ms、16.6ms、16.6ms、100μs。

4 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法改進(jìn)研究

由圖4可以看出，理論上，響應(yīng)時(shí)間是很難掉落在紅色陰影部分中的，通過(guò)第3節(jié)計(jì)算得到的概率密度函數(shù)，可以計(jì)算得出響應(yīng)時(shí)間的概率分布函數(shù)，進(jìn)而計(jì)算得出響應(yīng)時(shí)間掉落在圖4中各個(gè)區(qū)間段的概率。

通過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間要掉落在142ms～149.2ms這個(gè)區(qū)間的概率只有6.6508×10-4，換句話說(shuō)，平均需要66508次的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試才有1次會(huì)掉落在142ms～149.2ms這個(gè)區(qū)間。如果依靠手動(dòng)測(cè)試，假設(shè)單次響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試大約需要花費(fèi)1分鐘，那么要得到響應(yīng)時(shí)間掉落在142ms～149.2ms這個(gè)區(qū)間的值的話，平均下來(lái)，需要花費(fèi)大約66508分鐘，大約是46天！這基本上是不可能完成和實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，從圖中我們還可以分析出兩種依靠現(xiàn)在的判斷依據(jù)很難或者完全無(wú)法判斷出的異常情況。

4.1 響應(yīng)時(shí)間超設(shè)計(jì)要求的異常情況

如果因?yàn)槟承┰颍ū热缇S修人員維修后未完全恢復(fù)到正常狀態(tài)等），這時(shí)的響應(yīng)時(shí)間概率密度函數(shù)有可能如圖4中的紅線所示，這時(shí)響應(yīng)時(shí)間已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)要求了（假設(shè)響應(yīng)時(shí)間的設(shè)計(jì)要求為不大于150ms），但如用原來(lái)的測(cè)試方法和判斷依據(jù)，響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試結(jié)果幾乎都是掉落在30ms～150ms這個(gè)區(qū)間之內(nèi)的，很難發(fā)現(xiàn)存在的異常情況。

4.2 響應(yīng)時(shí)間未超設(shè)計(jì)要求的異常情況

另外還有一種情況是實(shí)際響應(yīng)時(shí)間概率密度函數(shù)如圖4中黑線所示，這時(shí)所有的實(shí)測(cè)值只會(huì)掉落在49.4ms～104.61ms之間，雖然滿足不大于150ms的要求的，但此時(shí)的反應(yīng)堆保護(hù)裝置運(yùn)行情況和實(shí)際設(shè)計(jì)情況是不一致的，存在異常因素影響。這個(gè)異常，通過(guò)現(xiàn)有的測(cè)試方法和判斷依據(jù)也是無(wú)法發(fā)現(xiàn)的。

4.1和4.2的兩種異常情況，通過(guò)概率密度函數(shù)，可以很直觀的看出它們的差異，而且進(jìn)一步研究的話，還可以根據(jù)兩者概率密度差異來(lái)反推到底是哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了異常。

4.3 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試方法及判斷依據(jù)改進(jìn)

通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的測(cè)試方法及判斷依據(jù)均是需要改進(jìn)的。

在測(cè)試方法上面，需要引入一種自動(dòng)測(cè)試手段，來(lái)代替大量、繁瑣、重復(fù)性的手動(dòng)測(cè)試工作。

在判斷依據(jù)上面。首先，多次測(cè)量結(jié)果必須滿足不大于響應(yīng)時(shí)間設(shè)計(jì)值的要求。然后，對(duì)多次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行概率分析，得到實(shí)測(cè)的概率密度函數(shù)，這個(gè)函數(shù)也必須滿足不大于設(shè)計(jì)值的要求。最后，實(shí)測(cè)的概率密度函數(shù)還必須和理論計(jì)算結(jié)果大致一致。通過(guò)這樣的三重判斷，可保證如圖4中的異常情況及時(shí)被發(fā)現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]盛驟，謝世千，潘承毅.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]