УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА РИСКА И СПОСОБ МОНИТОРИНГА РИСКА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С ОБЪЕКТОМ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
RISK MONITORING DEVICE AND RISK MONITORING METHOD FOR USE WITH NUCLEAR POWER FACILITY

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для мониторинга риска и способу мониторинга риска для использования с объектом атомной энергетики. В частности, предлагаемые устройство и способ могут быть использованы для мониторинга риска оборудования, выполняющего транспортно-технологические операции с ядерным топливом.
Уровень техники
Эксплуатация объекта атомной энергетики требует соблюдения требований безопасности, которые могут быть определены предельно допустимым значением оценки риска, относящейся к неблагоприятным событиям, связанным с объектом. Во время эксплуатации объекта могут происходить отказы его компонентов или иметь место другие изменения его состояния, влияющие на значение оценки риска. Соответственно, существует необходимость непрерывного определения оценки риска, называемого мониторингом риска, в соответствии с изменениями состояния объекта атомной энергетики.
Известны различные устройства для мониторинга риска. Согласно одному из рабочих принципов таких устройств, мониторинг риска осуществляют путем получения и последующего непрерывного изменения модели безопасности объекта, например, дерева отказов. В этом случае оценка риска может быть определена при любых изменениях состояния объекта, однако необходимость изменения модели безопасности представляет существенные сложности для практической реализации и может требовать специальной подготовки персонала.
Согласно еще одному рабочему принципу, мониторинг риска осуществляют путем предварительного получения нескольких моделей безопасности, соответствующих различным вариантам изменения состояния объекта, с определением оценки риска для каждого варианта. При осуществлении мониторинга оценку риска определяют на основании соответствия текущего состояния объекта одному из рассмотренных вариантов. Однако недостатком устройств с указанным рабочим принципом является возможность учета лишь ограниченного числа различных вариантов изменения состояния объекта, недостаточного для осуществления эффективного мониторинга риска в практических применениях.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является патент США №4632802. В этом патенте раскрыто устройство для мониторинга риска, связанного с контролируемым объектом, в частности атомной станцией, обеспечивающее непрерывное определение оценки риска на основании одной модели безопасности, определяемой набором минимальных сечений отказов, связанных с объектом, в соответствии с изменениями состояния компонентов объекта.
Устройство, раскрытое в указанном патенте, содержит запоминающее устройство для хранения одного набора минимальных сечений отказов (МСО) и вероятностей каждого события в каждом МСО, устройство для ввода информации о состоянии компонентов объекта и изменения значений вероятностей отказов компонентов, средства определения оценки риска, а также средства отображения оценки риска.
Указанное устройство позволяет осуществлять мониторинг риска на основании одной модели безопасности путем изменения значений указанных вероятностей в соответствии с информацией о состоянии компонентов. Таким образом, согласно рабочему принципу указанного устройства, не требуется изменять модель безопасности или строить несколько моделей безопасности.
Однако необходимо отметить, что согласно рабочему принципу устройства, раскрытого в патенте №4632802, число событий в различных МСО может быть различным, что представляет трудности при выполнении расчетов для определения оценки риска и может требовать использования сравнительно сложных программно-технических средств. Кроме того, указанное устройство предусматривает оценку риска на основании лишь одного набора МСО, связанного с одним конкретным неблагоприятным событием. Вместе с тем на практике существует необходимость получения оценки риска на основании нескольких неблагоприятных событий, связанных с объектом, каждому из которых соответствуют набор МСО.
Таким образом, очевидна необходимость создания устройства для мониторинга риска, а также способа мониторинга риска для использования с объектом атомной энергетики, которые обеспечивают эффективный мониторинг риска посредством непрерывного определения оценки риска на основании единообразных расчетов, могут быть осуществлены с использованием простых программно-технических средств и предусматривают определение оценки риска на основании одного или нескольких наборов МСО, каждый из которых определяет неблагоприятное событие, связанное с объектом.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для мониторинга риска и способа мониторинга риска для использования с объектом атомной энергетики, которые обеспечивают непрерывное определение оценки риска, связанного с объектом, посредством единообразных расчетов на основании одной модели безопасности и могут быть осуществлены с использованием простых программно-технических средств.
Также задачей настоящего изобретения является создание устройства для мониторинга риска и способа мониторинга риска, предусматривающих определение оценки риска на основании нескольких наборов минимальных сечений отказов, каждый из которых соответствует неблагоприятному событию, связанному с объектом.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в устройство для мониторинга риска для использования с объектом атомной энергетики, содержащее запоминающее устройство для хранения по меньшей мере одного набора МСО, каждый из которых определяет неблагоприятное событие, связанное с объектом, и значений вероятностей каждого события в каждом МСО, и устройство ввода информации, выполненное с возможностью ввода в него информации об изменениях состояния объекта, дополнительно введены блок формирования по меньшей мере одной матрицы МСО, выполненный с возможностью формирования прямоугольной матрицы МСО на основании каждого набора МСО таким образом, что события, относящиеся к одному МСО, формируют одну строку матрицы, размерность матрицы МСО по горизонтали определяется длиной самого длинного МСО, а строки, сформированные МСО, длина которых меньше размерности матрицы МСО по горизонтали, дополнены условными событиями с вероятностью, равной 1; запоминающее устройство для хранения указанной по меньшей мере одной матриц МСО; блок формирования по меньшей мере одной параметрической матрицы, выполненный с возможностью формирования элементов параметрической матрицы путем подстановки вместо соответствующих событий в каждой матрице МСО значений вероятностей каждого события в каждом МСО, сохраненных в соответствующем запоминающем устройстве; запоминающее устройство для хранения указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы; блок изменения указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы, выполненный с возможностью получения информации из указанного запоминающего устройства для хранения матрицы МСО и из устройства ввода информации и возможностью изменения значений элементов соответствующей параметрической матрицы на основании указанной информации; блок оценки риска, выполненный с возможностью определения оценки риска, связанного с указанным объектом, на основании значений элементов указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы.
Указанная задача решена, таким образом, благодаря формированию по меньшей мере одной прямоугольной матрицы МСО на основании каждого набора МСО, соответствующего неблагоприятному событию, и соответствующей ей по меньшей мере одной прямоугольной параметрической матрицы.
Предлагаемое устройство может также дополнительно содержать блок отображения информации, выполненный с возможностью отображения значения оценки риска.
В одном из вариантов реализации изобретения блок оценки риска определяет в качестве оценок рисков вероятности неблагоприятных событий по формуле:
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∏</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mi>n</mi></msub></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∏</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mi>n</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>n</mi><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>,</mo><mtext>             </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
n
n
n,i,j
где L, K - соответственно число строк и столбцов каждой из указанной, по меньшей мере одной, параметрической матрицы, связанной с неблагоприятным событием с номером n, а P - значение вероятности по адресу (i,j) в параметрической матрице, соответствующей неблагоприятному событию с номером n; n - номер неблагоприятного события.
Еще в одном варианте предлагаемое устройство дополнительно содержит запоминающее устройство для хранения значений ущерба, связанного с каждым неблагоприятным событием, а указанный блок оценки риска определяет оценку риска по формуле:
n
n
n,i,j
n
где L, K - соответственно число строк и столбцов каждой из указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы, связанной с неблагоприятным событием с номером n, n - номер неблагоприятного события; P - значение вероятности по адресу (i,j) в параметрической матрице, соответствующей неблагоприятному событию с номером n; ω - ущерб, связанный с неблагоприятным событием с номером n; m - общее число неблагоприятных событий.
Указанная задача также решена благодаря способу определения оценки риска.
Согласно настоящему изобретению, способ определения оценки риска включает этапы, на которых формируют по меньшей мере одну прямоугольную матрицу МСО на основании каждого из наборов МСО, каждый из которых соответствует неблагоприятному событию, связанному с объектом, причем события, относящиеся к одному МСО, формируют одну строку матрицы, размерность матрицы МСО по горизонтали определяется длиной самого длинного МСО, а строки, сформированные МСО, длина которых меньше размерности матрицы МСО по горизонтали, дополнены условными событиями с вероятностью, равной 1; формируют элементы по меньшей мере одной параметрической матрицы путем подстановки вместо соответствующих событий в каждой из матриц МСО значений вероятностей каждого события в каждом МСО; и определяют оценку риска, связанного с объектом, на основании значений элементов указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы.
Указанная задача также решена благодаря способу мониторинга риска для использования с объектом атомной энергетики. Согласно настоящему изобретению способ мониторинга риска включает этапы, на которых формируют по меньшей мере одну прямоугольную матрицу МСО на основании каждого из наборов МСО, каждый из которых соответствует неблагоприятному событию, связанному с объектом, причем события, относящиеся к одному МСО, формируют одну строку матрицы, размерность матрицы МСО по горизонтали определяется длиной самого длинного МСО, а строки, сформированные МСО, длина которых меньше размерности матрицы МСО по горизонтали, дополнены условными событиями с вероятностью, равной 1; формируют элементы по меньшей мере одной параметрической матрицы путем подстановки вместо соответствующих событий в каждой из матриц МСО значений вероятностей каждого события в каждом МСО; определяют оценку риска, связанного с объектом, на основании значений элементов указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы; изменяют значения элементов указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы в соответствии с полученной информацией; и определяют оценку риска, связанного с объектом, на основании измененных значений элементов указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы.
В предпочтительном варианте реализации способа мониторинга риска дополнительно многократно повторяют последовательность этапов получения информации об изменении состояния объекта, изменения значений элементов указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы в соответствии с полученной информацией и определения оценки риска, связанного с объектом, на основании измененных значений элементов указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы.
В вышеописанных способах в качестве оценки риска может быть использована вероятность неблагоприятных событий, определяемая по формуле (1). В еще одном варианте реализации каждого из вышеописанных способов в качестве оценки риска может быть использован комплексный показатель, определяемый по формуле (2) и учитывающий вероятности неблагоприятных событий и ожидаемый ущерб.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено подробное описание реализации изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг.1 показана схема, иллюстрирующая общий принцип осуществления мониторинга риска с использованием устройства для мониторинга риска согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 показана функциональная схема устройства для мониторинга риска согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Общий принцип осуществления мониторинга риска с использованием устройства для мониторинга риска, определяемого по меньшей мере одним неблагоприятным событием, связанным с объектом атомной энергетики, согласно настоящему изобретению проиллюстрирован на фиг.1.
Работа предлагаемого устройства 1 для мониторинга риска основана на использовании одной модели безопасности, включающей информацию по меньшей мере об одном наборе МСО, каждый из которых соответствует неблагоприятному событию, связанному с объектом, и значениях вероятностей каждого события в каждом МСО. При использовании предлагаемого устройства с оборудованием, выполняющим транспортно-технологические операции с ядерным топливом, к неблагоприятным событиям могут быть отнесены, без ограничения, события, связанные с падением топливной сборки в процессе перегрузки реакторной установки, или события, связанные с соударением топливной сборки с конструктивными элементами реакторной установки и т.п. Указанный по меньшей мере один набор МСО и значения вероятностей могут быть получены при анализе базовой модели безопасности объекта, который может быть выполнен при использовании расчетного кода, разрешенного для применения в атомной энергетике, например расчетного кода Risk Spectrum. При осуществлении мониторинга риска в устройство для мониторинга риска поступает информация об изменениях состояния объекта. В частности, как показано на фиг.1, указанная информация может быть получена от системы 2 управления объектом и может включать информацию о режимах работы компонентов объекта из управляющей части 2а, а также диагностическую информацию об отказах компонентов из системы 26 диагностики. На основании полученной информации устройство для мониторинга риска обеспечивает многократное определение оценки риска, связанного с контролируемым объектом.
Функциональная схема устройства для мониторинга риска согласно одному варианту реализации настоящего изобретения показана на фиг.2. В этом варианте реализации в качестве примера принято, что число неблагоприятных событий, связанных с объектом, и число соответствующих им наборов МСО равны 2.
Устройство 1 для мониторинга риска для использования с объектом атомной энергетики содержит запоминающее устройство 3 для хранения двух наборов МСО, каждый из которых соответствует неблагоприятному событию, связанному с указанным объектом, и значений вероятностей каждого события в каждом МСО, и устройство 8 ввода информации, выполненное с возможностью ввода в него информации об изменениях состояния объекта. Предлагаемое устройство дополнительно содержит блок 4 формирования матриц МСО, выполненный с возможностью формирования прямоугольных матриц МСО на основании каждого набора МСО таким образом, что события, относящиеся к одному МСО, формируют одну строку матрицы, размерность матрицы МСО по горизонтали определяется длиной самого длинного МСО, а строки, сформированные МСО, длина которых меньше размерности матрицы МСО по горизонтали, дополнены условными событиями с вероятностью, равной 1; запоминающее устройство 5 для хранения матриц МСО; блок 6 формирования параметрических матриц, выполненный с возможностью формирования элементов параметрических матриц путем подстановки вместо соответствующих событий в каждой матрице МСО значений вероятностей каждого события в каждом МСО, сохраненных в соответствующем запоминающем устройстве; запоминающее устройство 7 для хранения параметрических матриц; блок 9 изменения параметрических матриц, выполненный с возможностью получения информации из запоминающего устройства 5 и из устройства 8 и возможностью изменения значений элементов каждой параметрической матрицы на основании указанной информации; блок 10 оценки риска, выполненный с возможностью определения оценки риска, связанного с указанным объектом, на основании значений элементов параметрических матриц; и блок 11 отображения информации, выполненный с возможностью отображения определенной оценки риска.
В качестве оценок рисков в рассматриваемом варианте изобретения с числом неблагоприятных событий, равным 2, могут быть использованы значения вероятности неблагоприятных событий, определяемые по формуле:
<mrow><msub><mi>P</mi><mi>n</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∏</mo><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>L</mi><mi>n</mi></msub></mrow></munderover><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∏</mo><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mi>n</mi></msub></mrow></munderover><mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mi>n</mi><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>j</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow></mstyle><mo>,</mo><mtext>             </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
n
n
n,i,j
где L, K - соответственно число строк и столбцов каждой из указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы, связанной с неблагоприятным событием с номером n, а P - значение вероятности по адресу (i,j) в параметрической матрице, соответствующей неблагоприятному событию с номером n; n - номер неблагоприятного события, причем n принимает значения, равные 1 или 2.
Устройство 1 может дополнительно содержать запоминающее устройство для хранения значений ущерба (не показано), связанных с каждым неблагоприятным событием. В этом случае в качестве оценки риска может быть использовано значение риска, определяемое по формуле:
n
n
n,i,j
n
где L, K - соответственно число строк и столбцов каждой из указанной по меньшей мере одной параметрической матрицы, связанной с неблагоприятным событием с номером n, n - номер неблагоприятного события; P - значение вероятности по адресу (i,j) в параметрической матрице, соответствующей неблагоприятному событию с номером n; ω - ущерб, связанный с неблагоприятным событием с номером n; m - общее число неблагоприятных событий, равное 2.
При использовании устройства 1 информация из запоминающего устройства 3 поступает в блок 4, выполненный с возможностью формирования прямоугольных матриц МСО на основании каждого набора МСО таким образом, что события, относящиеся к одному МСО, формируют одну строку матрицы, размерность матрицы МСО по горизонтали определяется длиной самого длинного МСО, а строки, сформированные МСО, длина которых меньше размерности матрицы МСО по горизонтали, дополнены условными событиями с вероятностью, равной 1. Полученные таким образом матрицы МСО имеют прямоугольный вид, что обеспечивает преимущества, связанные с простотой и единообразием расчетов при определении оценки риска, как описано далее. Указанные матрицы МСО, сформированные в блоке 4, сохраняются в запоминающем устройстве 5.
Информация из запоминающего устройства 5 поступает в блок 6, выполненный с возможностью формирования значений элементов параметрических матриц путем подстановки вместо соответствующих событий в каждой матрице МСО значений вероятностей каждого события в каждом МСО, сохраненных в запоминающем устройстве 3. Параметрические матрицы, сформированные в соответствующем блоке формирования, сохраняются в запоминающем устройстве 7. Следует отметить, что сформированные таким образом параметрические матрицы, так же как и матрицы МСО, имеют прямоугольный вид.
При осуществлении мониторинга риска информация об изменениях состояния объекта поступает в устройство 8 ввода информации об изменениях состояния объекта, откуда указанная информация передается в блок 9, выполненный с возможностью изменения значений элементов параметрических матриц, сохраненных в запоминающем устройстве 7, на основании информации из устройства 8 и информации из запоминающего устройства 5. Например, при отказе компонента объекта в устройство 8 ввода поступает информация в виде значения вероятности, равного 1, соответствующего конкретному событию в матрицах МСО. На основании этой информации блок 9 определяет по меньшей мере один адрес в матрицах МСО, соответствующий этому конкретному событию, и по определенному адресу изменяет значения вероятностей по меньшей мере в одной параметрической матрице на значение, равное 1.
Информация из блока 9 передается в блок 10 оценки риска, который определяет оценку риска на основании значений элементов параметрической матрицы.
n
В качестве оценки риска могут быть использованы значения вероятности конкретных неблагоприятных событий, определяемые по формуле (1). Еще в одном примере варианта реализации устройство 1 может дополнительно содержать запоминающее устройство для хранения значений ущерба (не показано), связанных с каждым неблагоприятным событием. В этом варианте реализации в качестве оценки риска может быть использован комплексный показатель, определяемый по формуле (2) и учитывающий вероятности неблагоприятных событий и ожидаемый ущерб. Значения ущерба ω могут быть определены перед началом работы устройства, например в числовом или стоимостном выражении, и сохранены в соответствующем запоминающем устройстве.
Следует отметить, что количество элементов в каждой из строк параметрических матриц, используемых при определении оценки риска, например, по вышеприведенным формулам, является одинаковым, поскольку каждая из этих матриц имеет прямоугольный вид, как описано выше. Благодаря этому достигаются простота и единообразие расчетов, выполняемых при определении оценки риска, а составляющие части предлагаемого устройства, в частности блоки 9, 10, представляют собой простые программно-технические средства.
Определенная таким образом оценка риска отображается при помощи блока 11.
При дальнейшем использовании устройства 1 значения элементов параметрических матриц могут быть многократно изменены в соответствии с информацией об изменениях состояния объекта и может быть многократно определена оценка риска, что позволяет, таким образом, осуществлять эффективный мониторинг риска, связанного с объектом атомной энергетики.