核电厂保护系统故障模式和影响分析方法

1、核电厂保护系统故障模式和影响分析方法    摘要：核电厂保护系统的可靠性直接影响核电厂的安全运行，如何保证保护系统的可靠性是系统设计必须解决的问题。FMEA是在产品设计开发过程中定位潜在故障的分析方法，在保护系统的设计开发过程中采用FMEA可以有效地消除或避免故障起因，预先确定或检测故障，减小故障的影响，从而提高核电厂保护系统的可靠性，保证核电厂安全。 关键词：反应堆保护系统，FMEA，风险评估 FMEA Methodology for Reactor Protection System of Nuclear power plant ABSTRACT T

2、he reliability of the reactor protection system shall directly effect the nuclear power plant safety operation. How to assure the reliability of the protection system is the problem to be solved. FMEA is the analytical methodology used to ensure that potential problems have been addressed throughout

3、 the design and development process. The FMEA used in the protection system development and design process can effectively eliminate or avoid failure, minimize the failure consequences. Thereby, the FMEA can improve the reliability of the reactor protection system, and ensure the safety of the nucle

4、ar power plant. KEY WORDS：Reactor Protection System, FMEA, Risk Evaluation 中图分类号:TL4 文献标识码：A 文章编号： 1、引言 核电厂保护系统探测电厂异常工况，并驱动适当的安全功能以实现并维持电厂的安全停堆工况，保证核电厂三大屏障的完整性。由于核电厂保护系统直接关系着核电厂的安全，必须严格执行“预防措施”，工程设计中最有效的、最全面的方式就是采用故障模式和影响分析(FMEA)进行可靠性分析。FMEA 对各种可能的风险进行评价、分析，并对各种故障进行严重程度分级，确定薄弱环节，以便在现有的技术和基础上预防或减轻这些风

5、险。 反应堆保护系统是核电厂重要的1E级安全仪控系统，产生触发安全驱动器和安全系统支持（辅助）设施动作所需驱动信号，防止反应堆状态超过规定的安全限值、或减轻超过安全限值后果的系统。它包括从过程变量的测量，到产生保护动作信号的所有有关的电气和机械装置和线路1。 3、故障模式和影响分析概述 在产品设计和制造时，通常有三道控制缺陷的步骤：避免或消除故障起因、预先确定或检测故障、减少故障的影响和后果。FMEA是帮助我们从第一道防线就将缺陷消灭在摇篮之中的有效工具。 FMEA是一种定性可靠性分析方法，也是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影响分析）的组合。它对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技

6、术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平。及时性是成功实施FMEA的最重要因素之一，它是一个“事前的行为”，而不是“事后的行为”。为达到最佳效益，FMEA必须在故障模式被引入产品之前进行。 3.1、FMEA的目的 ANSI/IEEE 352-1987确定的FMEA目的2如下： a. 在设计的早期阶段，有助于选择高可靠性和高安全性的设计方案 b. 确保考虑到所有可以想到的故障模式和它们对系统正常运行的影响 c. 列举潜在故障和确定它们的影响程度 d. 为试验计划、设计试验和校检系统建立早期的准则 e. 为定量可靠性和可用性分析提供依据 f. 提供历史文档用于后续参考，帮助分析现场故障

7、和考虑设计变更 g. 为比较研究提供输入数据 h. 为建立校正措施的优先权提供依据 i. 有助于客观地评价涉及到多重性、故障探测系统、故障安全特性和自动和手动操作超越的设计要求。 3.2、FMEA的组成 FMEA实际是一组系列化的活动，其过程包括：找出产品/过程中潜在的故障模式；根据相应的评价体系对找出的潜在故障模式进行风险量化评估；列出故障起因/机理，寻找预防或改进措施。 由于产品故障可能与设计、制造过程、使用、供货商以及服务有关，因此FMEA又分为： DFMEA：设计FMEA PFMEA：过程FMEA 由于过程FMEA需要考虑从单个零件到整个系统的所有制造过程，其评价与分析的对象是所有新的

8、部件/过程、更改过的部件/过程及应用或环境有变化的原有部件/过程，所以对于体系结构庞大、组件众多的核电厂保护系统全部进行PFMEA是不切实际的，因此，核电厂的反应堆保护系统一般采用DFMEA。 DFMEA应在一个设计概念形成之时或之前开始，在产品开发各阶段中，当设计有变化时及时修改，并在图样加工完成之前结束。其评价与分析的对象是最终的产品以及每个与之相关的系统、子系统和零部件。需要注意的是，DFMEA在体现设计意图的同时还应保证制造或装配能够实现设计意图。因此，虽然DFMEA不是靠过程控制来克服设计中的缺陷，但其可以考虑制造/装配过程中技术的/客观的限制，从而为过程控制提供了良好的基础。进行D

9、FMEA有助于： 设计要求与设计方案的相互权衡； 提高在设计开发过程中考虑潜在故障模式及其对系统和产品影响的可能性； 为制定全面、有效的设计试验计划和开发项目提供更多的信息； 建立一套改进设计和开发试验的优先控制系统； 为将来分析研究现场情况、评价设计的更改以及开发更先进的设计提供参考。 4、FMEA方法 4.1、FMEA分析形式 FMEA是一种分析的技术，通常在一张表单上进行分析并加以控制和应用，该表单的一般形式由美国三大汽车厂商（戴姆勒克莱斯勒、福特、通用）在故障模式和影响分析一书中确定。 核电厂保护系统的FMEA主要包括以下内容 ： 设备：分析的对象； 故障模式：不执行特定功能的设备故障的定义，在适当的地方需要辨别可能的差别（比如：故障高或者故障低）； 故障