基于动态事件树的安全风险预测与分析方法

论文摘要

现代工程系统呈现出明显的动态行为,其安全风险亦具有不确定性。随着概率安全性评价(PSA)的发展,各种动态安全性分析技术不断提出,其中大多用来处理系统的多态性、非单调性、软件影响、人因可靠性等,对过程变量与组件状态相互影响这一动态行为的研究较少。而该因素又几乎是所有工程技术系统的共性,因此,对系统的此类动态行为展开研究具有重要的理论和现实意义。另外,出于风险监控的需求,如能预测或分析系统演化到可能事故的路径、时间,以及安全风险关键状态或事件,则可为安全风险控制提供重要的决策依据。动态事件树(DET)是一种基于事故场景的PSA工具,具有较强的系统动态行为描述能力,尤其在处理过程变量与组件状态的相互影响方面有一定优势;也能较好地刻画事故演化场景,挖掘事故演化过程中的潜在信息,从而可用于安全风险预测与分析。本文首先在传统事件树、连续事件树的相关理论基础上,阐述了动态事件树的基本理论。给出了DET的相关基本概念及其定义,对系统演化过程中的状态变化进行了数学描述;同时对DET建树过程中的各种约束规则进行了详细论述,研究了两种不同的仿真运算策略,并进行了对比分析;对仿真过程中一些参数的选取进行了讨论。其次,阐述了安全风险相关的基本概念,研究了基于DET的风险预测分析方法。在DET相关理论的基础上,论述了风险的描述方法及其动态特性,介绍了事故场景的基本概念以及事故演化机理,提出了基于DET的事故演化路径的数学定义;针对事故演化时间预测的问题,分别给出了基于ET/FT的静态预测方法和基于DET的动态预测方法;然后,给出了一类关键状态的定义,以及基于子树分解和基于逻辑运算的两种关键状态搜索算法。最后,针对一个冷却缓冲装置进行了示例分析,验证了本文方法的有效性及可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 PSA 研究现状
• 1.2.2 DET 的研究现状
• 1.3 主要研究内容及结构安排
• 第二章 动态事件树相关理论
• 2.1 传统事件树
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 分析步骤
• 2.1.3 局限性
• 2.2 连续事件树
• 2.2.1 Chapman-Kolmogorov 方程
• 2.2.2 系统状态描述
• 2.2.3 基于CET 的系统演化过程
• 2.3 DET 基本模型
• 2.3.1 基本概念
• 2.3.2 基于DET 的系统演化过程
• 2.3.3 建树相关规则
• 2.3.4 仿真策略
• 2.4 相关讨论
• 2.4.1 关于时间步长的选取
• 2.4.2 关于截尾概率的选取
• 2.5 本章小结
• 第三章 安全风险预测与分析
• 3.1 风险的基本概念
• 3.1.1 风险描述
• 3.1.2 风险的动态性
• 3.2 事故场景理论
• 3.2.1 基本概念
• 3.2.2 事故演化路径
• 3.3 事故演化时间预测方法
• 3.3.1 基本概念
• 3.3.2 静态演化时间预测方法
• 3.3.3 基于DET 动态预测方法
• 3.4 关键状态及其搜索算法
• 3.4.1 关键状态的相关定义
• 3.4.2 节点的数据结构
• 3.4.3 基于子树分解的关键状态搜索算法
• 3.4.4 基于逻辑运算的关键状态搜索算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于DET 的某冷却缓冲装置安全风险分析与预测
• 4.1 示例背景
• 4.2 构建动态事件树
• 4.3 安全风险分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 论文主要工作与贡献
• 5.2 进一步研究方向
• 致谢
• 附录A：本文用到的符号
• 附录B：冷却缓存装置的关键状态
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果