一种基于故障树的冗余电动泵本体失效可靠性监测方法技术

本发明专利技术提供的是一种基于故障树的冗余电动泵本体失效可靠性监测方法。第一步：在线采集冗余泵的监测信息，构成一个状态监测征兆空间Ω，第二步：在线识别冗余电动泵的状态，第三步：在线更新基于模块化故障树的冗余电动泵可靠性模型，第四步：在线计算基于故障树的冗余电动泵子系统的可靠性。本发明专利技术可克服传统故障树方法在模化冗余电动泵的设备本体状态和在线更新方面的不足。有效减少了冗余系统逻辑故障树的规模和简化了建模过程，减少模型的开发成本。可以充分利用现有基于故障树的建模软件，便于被核电工程和应用人员接受，便于工程实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种核电厂风险监测(Risk Monitor)方法，具体地说是一种适用于核电厂在线风险监测系统中冗余电动泵的可靠性动态监测方法。
技术介绍
核电厂风险监测技术是以概率安全评价(PSA)技术为基础，利用核电厂风险模型，计算核电厂不同组态下的瞬时风险，从而实现对核电厂日常运行中的风险识别、监测与管控，提高核电厂运行的安全性与经济性。开展核电厂风险监测时，需要考虑电厂组态，即各种设备、系统等的可用性状态的组合情况。为了提高电厂安全性和系统可靠性，核电厂采用了大量的冗余系统及设备设计，导致其系统、设备的组合情况十分复杂。这无疑为核电厂风险监测中冗余系统和设备可靠性监测带来困难。目前，核电厂风险监测在建立特定电厂的风险模型时，普遍基于事件树-故障树分析法，而对系统、设备的可靠性分析采用的就是故障树分析法。传统核电厂风险监测中，重点是对维修、试验等预期计划活动的风险进行评价，通常挑选出一些特殊的电厂组态，通过房型事件进行故障树组态穷举法建模，从而满足特定组态下的系统、设备可靠性建模要求。在核电厂大量设备中，电动泵无疑是最关键的设备之一。冗余电动泵的可靠性模型也是风险模型的基础模型之一。以图1所示两泵冗余子系统为例，传统风险监测对冗余电动泵建立的可靠性模型基于故障树和房型事件，如图2所示。在完成故障树逻辑模型的基础上，便可以利用边界条件集的逻辑控制实现运行/备用模型的切换，图2所示故障树所相应的边界条件设置如表1所示。表1运行/备用配置边界条件随着计算机技术以及数字化仪控系统在核电厂中的逐步应用，核电厂风险监测技术也进一步发展，提出了在线风险监测的概念。所谓在线风险监测即通过状态监测技术，采集核电厂的运行数据，如系统运行压力、流量等可测量信息，自动识别核电厂系统、设备所处的状 态，并利用在线风险模型，及时评价核电厂的当前风险。在需求分析中，在线风险模型要求灵活模化电厂的组态，具备及时更新、快速计算等特点。然而，传统的基于故障树及房型事件的可靠性建模方法存在以下不足：(1)通过房型事件建立的故障树模型缺乏灵活性。理论上，对于m阶冗余系统，如果定义每个设备有n个状态，利用传统方法，则理论上最多可能需要nm个房型事件并通过定义房型事件边界条件来为冗余系统建立故障树逻辑模型。该方法会导致模型冗杂而不方便建模、更新以及快速计算。(2)传统的风险监测模型建模方法建立的可靠性模型不利于设备状态更新。传统方法通常通过状态穷举分析典型的状态个例，无法在现有的核电厂信息化背景下有效利用采集信息实现模型的多态连续更新。因此，核电厂在线风险监测中，需要为冗余电动泵建立一套灵活、有效的可靠性监测方法，替代传统的基于故障树和房型事件的冗余泵可靠性模型。关于冗余泵可靠性建模方法研究，存在许多不同的方法。但是目前在核电实际工程领域，RM中的系统分析部分仍是以故障树分析方法为主，主流计算软件也是基于故障树计算的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能提高冗余电动泵本体失效可靠性模型的在线更新能力，克服风险模型在灵活模化冗余电动泵状态方面的不足，实现冗余电动泵本体失效可靠性连续动态监测的基于故障树的冗余电动泵本体失效可靠性监测方法。本专利技术的目的是这样实现的：第一步：在线采集冗余泵的监测信息具体包括从实时监控系统(KNS)中采集压力、流量信号，从数字化控制系统(DCS)中采集电动泵运行/备用的控制开关信号，从辅助隔离计算系统中(CBA)采集试验/维修隔离记录信息，这些信号、信息构成一个状态监测征兆空间Ω，Ω＝(Δp,w,k,f,r)，其中包含的元素有：泵进出口压力差△p、泵出口流量w、泵运行/备用的控制开关信号k、泵运行的震动频率f、泵试验/维修的隔离记录信息r；第二步：在线识别冗余电动泵的状态(1)建立冗余泵的状态空间Г，Г包含的状态有：正常运行F1、正常备用F2、随机失效F3、预防维修F4、纠正维修F5和计划试验F6，Γ＝(F1,F2,F3,F4,F5,F6)本专利技术需要分析、监测冗余电动泵处于状态空间Г中任一状态下的可靠性。(2)建立征兆判据知识库识别冗余电动泵当前状态，采集冗余电动泵监测信息后，输入到建立的征兆判据知识库中，然后通过判断准则判别冗余泵的状态，首先从冗余泵监测征兆空间Ω到状态空间Г，在冗余泵状态空间Г中每个状态Fi都存在对应的征兆Ωi，i＝1,2,…,6，通过具体分析得到相应的征兆判据函数fC，使：Fi＝fc(Ωi)，建立出以下映射关系：将上述映射关系开发为征兆判据知识库，对于每个冗余电动泵，建立的征兆判据知识库分析如下：△p1表示泵正常运行的进出口压力差、△p2表示泵正常备用的进出口压力差、△p3表示泵随机失效的进出口压力差、w1表示泵正常运行的出口流量、w2表示泵正常备用的出口流量、w3表示泵随机失效的出口流量、k1表示泵正常运行的控制开关信号、k2表示泵正常备用的控制开关信号、f1表示泵正常运行的震动频率、f2表示泵随机失效时的震动频率、r1表示预防维修记录值、r2表示纠正维修记录值、r3表示计划试验记录值，△p、w和f为范围值，k为信号值即0或1，r为记录信息，(3)确定判断准则，即确定征兆判据知识库中征兆参数的取值，(4)当输入监测信息后通过征兆判据知识库和确定的判断准则识别出冗余泵的当前状态；第三步：在线更新基于模块化故障树的冗余电动泵可靠性模型(1)建立基于模块化故障树的冗余电动泵可靠性模型，所述冗余泵模块化故障树包含以下特征：一，没有定义初始状态；二，包络了冗余泵全部状态下的失效模式，(2)通过布尔运算求解出故障树的最小割集集合，如果系统中包含N个最小割集，则第j个最小割集表示为：Kj＝(Xj1,Xj2,...,Xji,....,Xjn)Xji表示系统的失效模式，模块化故障树的最小割集集合表示为：Θ＝{K1,K2,...,KN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障树的冗余电动泵本体失效可靠性监测方法，其特征是：第一步：在线采集冗余泵的监测信息，构成一个状态监测征兆空间Ω第二步：在线识别冗余电动泵的状态(1)建立冗余泵的状态空间Г，Г包含的状态有：正常运行F1、正常备用F2、随机失效F3、预防维修F4、纠正维修F5和计划试验F6，Γ＝(F1,F2,F3,F4,F5,F6)，(2)建立征兆判据知识库，(3)确定判断准则，即确定征兆判据知识库中征兆参数的取值，(4)当输入监测信息后通过征兆判据知识库和确定的判断准则识别出冗余泵的当前状态；第三步：在线更新基于模块化故障树的冗余电动泵可靠性模型(1)建立基于模块化故障树的冗余电动泵可靠性模型，(2)通过判断状态是否改变在线更新冗余电动泵可靠性模型，具体包括：在冗余泵状态空间Г中，定义一个Fi状态向Fj状态的转移过程，Fi→j＝Fj‑Fi，在Ф(X)中有一个Fi状态的故障树结构函数Φi(X)向Fj状态的故障树结构函数Φj(X)的变化过程，Φi→j(X)＝Φj(X)‑Φi(X)，生成的Φi→j(X)为更新规则，且Fi→j——→Φi→j(X)，在线运行过程中，若监测到触发事件Fi→j发生，则通过执行Fi→j对应的更新规则Φi→j(X)实现冗余泵的可靠性模型更新；若没有监测到触发事件Fi→j发生，则靠性模型不更新；第四步：在线计算基于故障树的冗余电动泵子系统的可靠性首先通过故障树模型的布尔集合运算简化、吸收后得到可靠性模型的最小割集集合；然后转化为对应故障树结构函数；最后在结构函数中代入相应的基本事件可靠性模型，计算出冗余电动泵子系统的失效概率，通过最小割集集合转化的结构函数Φ(X)为：Φ(X)=∪j=1N∩i=1nXji=∪j=1NΠi=1nXji=Σj=1NΠi=1nXji]]>代入t时刻通过基本事件Xji可靠性模型所求得的基本事件失效概率Pji(t)，得到冗余泵子系统的不可靠度R(X,t)，即：R(X,t)=Σj=1NΠi=1nPji.]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于故障树的冗余电动泵本体失效可靠性监测方法，其特征是：第一步：在线采集冗余泵的监测信息，构成一个状态监测征兆空间Ω第二步：在线识别冗余电动泵的状态(1)建立冗余泵的状态空间Г，Г包含的状态有：正常运行F1、正常备用F2、随机失效F3、预防维修F4、纠正维修F5和计划试验F6，Γ＝(F1,F2,F3,F4,F5,F6)，(2)建立征兆判据知识库，(3)确定判断准则，即确定征兆判据知识库中征兆参数的取值，(4)当输入监测信息后通过征兆判据知识库和确定的判断准则识别出冗余泵的当前状态；第三步：在线更新基于模块化故障树的冗余电动泵可靠性模型(1)建立基于模块化故障树的冗余电动泵可靠性模型，(2)通过判断状态是否改变在线更新冗余电动泵可靠性模型，具体包括：在冗余泵状态空间Г中，定义一个Fi状态向Fj状态的转移过程，Fi→j＝Fj-Fi，在Ф(X)中有一个Fi状态的故障树结构函数Φi(X)向Fj状态的故障树结构函数Φj(X)的变化过程，Φi→j(X)＝Φj(X)-Φi(X)，生成的Φi→j(X)为更新规则，且Fi→j——→Φi→j(X)，在线运行过程中，若监测到触发事件Fi→j发生，则通过执行Fi→j对应的更新规则Φi→j(X)实现冗余泵的可靠性模型更新；若没有监测到触发事件Fi→j发生，则靠性模型不更新；第四步：在线计算基于故障树的冗余电动泵子系统的可靠性首先通过故障树模型的布尔集合运算简化、吸收后得到可靠性模型的最小割集集合；然后转化为对应故障树结构函数；最后在结构函数中代入相应的基本事件可靠性模型，计算出冗余电动泵子系统的失效概率，通过最小割集集合转化的结构函数Φ(X)为： Φ ( X ) = ∪ j = 1 N ∩ i = 1 n X j i = ∪ j = 1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志俭，王贺，李松发，邓云李，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23