基于微能动辅助/触发的非能动安全系统设计研究

针对非能动安全系统工作环境或系统本身设计参数、运行参数的不确定性因素可能导致系统偏离预期工作状态而引起系统物理过程失效的问题，本研究提出了基于微能动辅助/触发的非能动安全系统的设计理念，通过较小能量的能动辅助/触发克服非能动安全系统由不确定性因素引起的物理过程失效。以非能动安全系统为研究对象，建立非能动安全系统数学模型，详细分析影响非能动安全系统工作的不确定性因素和潜在故障特征，确定导致系统物理过程失效的关键参数。并通过对其关键参数的在线监测，估计出非能动安全系统的初始状态，并在此基础上计算非能动安全系统启动所需的由微能动辅助/触发系统提供的能量，保证非能动系统的安全稳定运行。本研究提出的基于微能动辅助/触发的新型非能动安全系统在不确定因素的影响下仍能正常工作，相对于原有的非能动安全系统具有较高的可靠性。

凭借可靠性和经济性的优势，非能动系统将应用于多个第三代和第四代反应堆中。但是，与能动系统相比，依靠自然力的非能动系统的驱动力较弱，易受不确定性影响。此类非能动安全系统工作环境或系统本身设计参数、运行参数的不确定性因素可能导致系统偏离预期工作状态而引起系统物理过程失效。本项工作对此问题进行了深入的研究，并设计了相应的微能动辅助/触发系统，从而克服了非能动系统的这一缺陷。.在本研究中，以核电厂非能动余热排出系统为研究对象，建立了反应堆主冷却剂系统及非能动余热排出系统的数学模型，编制了系统瞬态特性仿真软件包。对全厂断电事故下系统参数的变化进行了仿真。采用RETRAN02程序计算了全厂断电后系统主要参数的变化过程，将采用RETRAN02程序所得到的系统参数的瞬态变化与所编制软件包的计算结果进行了对比，对比显示二者变化趋势符合较好，验证了所编制软件包的合理性。.对非能动余热排出系统的潜在失效模式进行了分析。采用压差方程和压差-流量特性曲线对该自然循环非能动系统的失效模式：停滞与倒流，进行了研究。得到了流动停滞及倒流的发生准则和避免方法。采用子集模拟方法对非能动系统功能失效的发生概率进行了评估。与直接蒙特卡洛方法相比，该方法可以在保证计算精度的前提下，大大提高计算速度。对导致功能失效的不确定性参数进行了敏感度分析，进而找出了导致系统物理失效的关键参数。.基于非能动系统不确定性分析，运用神经网络对非能动安全系统的重要参数进行了监测。针对非能动系统功能故障的特性，采用神经网络法对不确定性参数进行融合研究，对非能动系统不确定性参数出现异常状态的检测结果进行综合诊断，实现非能动安全系统出现异常的自动诊断。对敏感度大的不确定性参数的跟踪和诊断，采用了小波分析法，提高了监测和诊断的能力及精度。.从能量转换的角度对基于自然循环的非能动系统进行了分析，找到了此类非能动系统弱驱动力的根本原因，即低能量转换效率。提出了基于能量转换效率提升的辅助/触发系统的设计概念。分别基于汽轮机和热电转换设计了两类辅助/触发系统。两类系统分别具有换热促进能力强和系统简单的优点。计算结果表明，所设计的辅助/触发系统可以将原有系统的驱动力提高14倍以上，将换热功率提高1.78倍以上。.所设计的辅助/触发系统提高了原有非能动系统能量转换效率、增强系统的驱动力，从根本上解决了此类非能动系统的弱驱动力和功能失效的问题。