Применение логико-вероятностного анализа для оценки живучести и безопасности функционирования электрической части атомных электростанций

 

Понятия надежность и живучесть системы являются базовыми при рассмотрении вопросов, связанных с безопасностью АЭС. Живучестью принято называть способность системы сохранять свойства, необходимые для выполнения заданного назначения при наличии воздействий, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации.

Обычно эксплуатационная живучесть ЭЧС достигается исключением влияния неисправностей технических средств системы на ее работу за счет различных видов избыточности относительно функционально минимального состава элементов. Расчет живучести по аналогии с расчетом надежности может быть произведен логико-вероятностным методом. При расчете надежности системы вероятностная функция обусловлена уровнем безотказности элементов системы и в общем случае является функцией времени. Вероятностные характеристики надежности элементов систе­мы рассчитываются с помощью общеизвестных статистических методов. Для анализа живучести не представляется возможным получить анало­гичные статистически устойчивые вероятностные характеристики элементов как функции времени, поскольку неблагоприятные воздействия труднопредсказуемы по интенсивности и месту возникновения, так и по времени. Поэтому на этапе анализа живучести целесообразно рассчитывать вероятностные функции не от времени, а от числа неблагоприятных (поражающих) воздействий. Различная физическая природа вероятностных характеристик надежности и живучести не позволяет их сопоставление, но не исключает использование аналогичных математических методов расчета [10].

Термины "безопасность" и "безопасный" широко используются и в разговорной речи и в печати в рамках так называемой техники безопасности. Научная теория безопасности получила первоначальное развитие в авиации. В работах, посвященных проблемам обеспечения безопасности космических полетов, даются определения общей безопасности, как совокупности свойств противостоять совместному воздействию всех факторов, и частной безопасности, как способности противостоять одному из факторов. Такое определение безопасности приближается к определению живучести. При рассмотрении причины аварийных ситуаций анализируются отказы техники. В этом проявляется связь безопасности с надежностью.

Отсюда следует, что математический аппарат логико-вероятностных методов может быть использован и в теории безопасности.

Для объектов, которые являются потенциальным источником опасности, а к таковым относится АЭС, важным понятием является безопасность. Безопасность - свойство объекта при изготовлении и эксплуатации и в случае нарушения работоспособного состояния не создавать угрозу для жизни и здоровья людей, а также для окружающей среды.

Безопасность ЭЧ АЭС - способность системы функционировать, не переходя в критические состояния, угрожающие здоровью и жизни людей, окружающей среды, другим техническим системам или наносящие другой ущерб в больших масштабах.

Центральным понятием теории безопасности АС является понятие "авария"- событие, связанное с нарушением пределов безопасной эксплуатации АС.

Аварии на АС характеризуются исходным событием, путями протекания и последствиями. При этом необходимо отметить, что авария событие случайное, поэтому для описания закономерностей возникновения и протекания аварий должен применяться математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.

Последовательность состояний элементов и систем АС в процессе развития аварии носит название пути протекания аварии.

Одним из эффективных направлений в теории безопасности технических систем признается логико-вероятностная теория (ЛВТ) безопасности. Под ЛВТ понимаются основные знания по расчетам риска возникновения аварий и катастроф структурно сложных систем, базирующиеся на логическом представлении развития опасных состояний и математических методах вычисления истинности функций алгебры логики.

Логико-вероятностные методы (ЛВМ) исследования безопасности позволяют объективно выявлять наиболее опасные места, причины и инициирующие условия. Достоинством ЛВМ является их работоспособность и при отсутствии исходных вероятностей инициирующих событий, что, как правило, является принципиальной трудностью при количественной оценке риска редких событий.

Наиболее трудными препятствиями на пути создания указанной теории являются:

- практическая невозможность перебора всех ситуаций, которые могут привести систему в опасное состояние. Преодоление этого препятствия возможно с помощью ряда мер, которые описаны в работе Анисимов, Анисимова, Омельченко. Использование логико-вероятностного метода при расчете безопасности систем ЭЧ ЭС;

- отсутствие информации по статистике отказов электрооборудования, необходимое для определения вероятностных характеристик инициирующих условий. Эта информация закрыта для общего пользования.

Фундаментальным понятием в ЛВТ безопасности является понятие опасного состояния системы (ОСС) и соответствующей ему логической функции опасности системы (ФОС). По аналогии с теорией надежности, где все начинается с уяснения понятия работоспособности системы, в теории безопасности требуется в каждом конкретном случае дать аналитическое описание того ОСС, которое может привести к гибели людей или иному ущербу в больших масштабах (заранее оговариваемому как неприемлемому в данном случае).

В ЛВТ такое описание начинается с составления сценария опасного состояния (СОС) путем перебора всевозможных состояний системы «сверху вниз»: от исследуемого конкретного ОСС к тем причинам, которые способны его вызвать, то есть к так называемым инициирующим условиям (ИУ) (отказам, поломкам, нарушениям правил эксплуатации и пр.).

После составления сценария опасного состояния и апробации его среди специалистов следует приступить к составлению ФОС с помощью кратчайших путей опасного функционирования (КПОФ), либо с помощью минимальных сечений предотвращения опасности (МСПО). Кратчайший путь опасного функционирования представляет собой такую конъюнкцию инициирующих условий (z_i) ни одну из компонент которой нельзя изъять, не нарушив опасного функционирования системы.

В пособии рассмотрена только техническая безопасность ЭЧ АЭС, т.е. в задачи проведенного исследования входили технические аспекты учета только эксплуатационных факторов, определяющих свойства живучести и безопасности ЭЧС, как способности противостоять развитию критических отказов из-за дефектов и повреждений оборудования при установленной в электроэнергетике системе технического обслуживания и ремонта, а также из-за ошибок обслуживающего персонала. Воздействие внешних катастрофических факторов, таких как стихийные бедствия, землетрясения, наводнения и т.п. учтено только приближенно.

Вся практика оценки рисков как у нас, так и за рубежом, базируется только на простых структурах типа «дерево». Если бы структура связей в сценарии развития при переходе системы в опасное состояние действительно представляла бы дерево, но дело в том, что это система с большим числом переплетающихся связей, приводящих (при формализации задачи) к ФАЛ с повторным вхождением аргументов монотонного и немонотонного типа. Поэтому, существует невозможность абсолютно точно решать задачи из класса структурно-сложных систем из-за незнания логико-вероятностных методов.