Применение метода динамического вероятностного анализа для прогнозирования возможных аварий на атомных электростанциях с ВВЭР-1200
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-4-144-152Ключевые слова:
безопасность АЭС, компьютерные технологии, расчетные коды, ДВАБАннотация
Рассмотрены основы метода динамического вероятностного анализа безопасности (ДВАБ) с использованием подхода по поиску глобального оптимума — генетического алгоритма (ГА). Метод ДВАБ с применением ГА реализован в программе Nuclear Plant Optimizer (NPO), использующей режим параллельных вычислений и связанной с расчетным кодом RELAP5. Цель настоящей работы — демонстрация возможности объединения технологий ГА и ДВАБ (ГА-ДВАБ) для анализа безопасности атомной электростанции (АЭС). Для демонстрации предлагаемой методики проведено моделирование аварийных процессов с гильотинным разрывом главного циркуляционного трубопровода (ГЦТ) и малой течи холодной нитки ГЦТ для реакторной установки (РУ) ВВЭР-1200. Теплогидравлическая модель реализована с помощью расчетного кода улучшенной оценки RELAP5. В результате проведенных расчетов выделены варианты развития аварий, в которых более раннее срабатывание систем безопасности ведет к худшему результату, чем более позднее. Предложенная методика позволяет находить гипотетические аварии, которые еще не были выявлены, и может быть использована для дальнейших исследований, по оценке безопасности АЭС.
Библиографические ссылки
1. Beal J. e. a. Modeling Nuclear Power Plant Piping Reliability by Coupling a Human Reliability Analysis-based Maintenance Model with a Physical Degradation Model // Reliability Eng. & Syst. Safety. 2025. V. 255. P. 110655.
2. Hakobyan A.P. Severe Accident Analysis Using Dynamic Accident Progression Event Trees. Columbus: Ohio State University, 2006. V. 225.
3. Zio E., Pedroni N. Estimation of the Functional Failure Probability of a Thermal–hydraulic Passive System by Subset Simulation // Nuclear Eng. and Design. 2009. V. 239(3). Pp. 580—599.
4. Zio E., Pedroni N. How to Effectively Compute the Reliability of a Thermal-hydraulic Nuclear Passive System // Nuclear Eng. and Design. 2011. V. 241(1). Pp. 310—327.
5. Чыонг В.К.Н., Воробьев Ю.Б. Определение наиболее опасных аварийных ситуаций на АЭС и идентификация их возникновения в процессе эксплуатации // Вестник МЭИ. 2016. № 5. C. 30—38.
6. Maidana R.G. e. a. Supervised Dynamic Probabilistic Risk Assessment: Review and Comparison of Methods // Reliability Eng. & Syst. Safety. 2023. V. 230. P. 108889.
7. Parhizkar T., Vinnem J.E., Utne I.B., Mosleh A. Supervised Dynamic Probabilistic Risk Assessment of Complex Systems, Pt. 1: General Overview // Reliability Eng. & Syst. Safety. 2021. V. 208. P. 107406.
8. Belhadj M., Hassan M., Aldemir T. On the Need for Dynamic Methodologies in Risk and Reliability Studies // Reliability Eng. & Syst. Safety. 1992. V. 38(3). Pp. 219—236.
9. Coppit D., Sullivan K.J., Dugan J.B. Formal Semantics of Models for Computational Engineering: a Case Study on Dynamic Fault Trees // Proc. XI Intern. Symp. Software Reliability Eng. San Jose, 2000. Pp. 270—282.
10. Marseguerra M., Zio E., Devooght J., Labeau P.E. A Concept Paper on Dynamic Reliability Via Monte Carlo Simulation // Math. and Computers in Simulation. 1998. V. 47(2—5). Pp. 371—382.
11. Alfonsi A., Mandelli D., Parisi C., Rabiti C. Risk Analysis Virtual Environment for Dynamic Event Tree-based Analyses // Annals of Nuclear Energy. 2022. V. 165. P. 108754.
12. Zha B. e. a. Deep Transformer Networks for Time Series Classification: the NPP Safety Case // Proc. Intern. Topical Meeting on Probabilistic Safety Assessment and Analysis. 2021. Pp. 1065—1074.
13. Kim J., Shah A.U.A., Kang H.G. Dynamic Risk Assessment with Bayesian Network and Clustering Analysis // Reliability Eng. & Syst. Safety. 2020. V. 201. P. 106959.
14. Lee J.H., Yilmaz A., Denning R., Aldemir T. An Online Operator Support Tool for Severe Accident Management in Nuclear Power Plants Using Dynamic Event Trees and Deep Learning // Annals of Nuclear Energy. 2020. V. 146. P. 107626.
15. Bae J., Park J.W., Lee S.J. Limit Surface/States Searching Algorithm with a Deep Neural Network and Monte Carlo Dropout for Nuclear Power Plant Safety Assessment // Appl. Soft Computing. 2022. V. 124. P. 109007.
16. Au S.-K., Beck J.L. Estimation of Small Failure Probabilities in High Dimensions by Subset Simulation // Probabilistic Eng. Mech. 2001. V. 16(4). Pp. 263—277.
17. Koutsourelakis P.S., Pradlwarter H.J., Schuëller G.I. Reliability of Structures in High Dimensions, Pt. I: Algorithms and Applications // Probabilistic Eng. Mech. 2004. V. 19(4). Pp. 409—417.
18. Zio E., Pedroni N. An Optimized Line Sampling Method for the Estimation of the Failure Probability of Nuclear Passive Systems // Reliability Eng. & Syst. Safety. 2010. V. 95(12). Pp. 1300—1313.
19. Vorobyev Y., Kudinov P. Development and Application of a Genetic Algorithm Based Dynamic PRA Methodology to Plant Vulnerability Search // Proc. Intern. Topical Meeting on Probabilistic Safety Assessment and Analysis. Wilmington, 2011. V. 1. Pp. 559—573.
20. Воробьев Ю.Б. и др. Применение информационных технологий (генетические алгоритмы, нейронные сети, параллельные вычисления) в анализе безопасности АЭС // Труды Института системного программирования РАН. 2014. Т. 26. № 2. С. 137—158.
21. Байбаков В.Д., Воробьев Ю.Б., Кузнецов В.Д. Коды для расчета ядерных реакторов. М.: Изд-во МЭИ, 2003.
22. RELAP5/MOD3 Code Manual. NUREG/CR-5535. INEL-95/0174. V. 1—5.
23. Vorobyev Y., Kudinov P. Development of Methodology for Identification of Failure Domains with GA-DPSA // Proc. XI Intern. Probabilistic Safety Assessment and Management Conf. and the Annual European Safety and Reliability Conf. Helsinki, 2012. Pp. 2480—2489.
24. Воробьев Ю.Б. и др. Учет неопределенностей при анализе пожарной безопасности объектов ядерной энергетики // Теплоэнергетика. 2020. № 9. C. 61—68.
---
Для цитирования: Ушаков Д.Ю., Воробьев Ю.Б., Четвериков А.Е. Применение метода динамического вероятностного анализа для прогнозирования возможных аварий на атомных электростанциях с ВВЭР-1200 // Вестник МЭИ. 2026. № 4. С. 144—152. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-4-144-152
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Beal J. e. a. Modeling Nuclear Power Plant Piping Reliability by Coupling a Human Reliability Analysis-based Maintenance Model with a Physical Degradation Model. Reliability Eng. & Syst. Safety. 2025;255:110655.
2. Hakobyan A.P. Severe Accident Analysis Using Dynamic Accident Progression Event Trees. Columbus: Ohio State University, 2006;225.
3. Zio E., Pedroni N. Estimation of the Functional Failure Probability of a Thermal–hydraulic Passive System by Subset Simulation. Nuclear Eng. and Design. 2009;239(3):580—599.
4. Zio E., Pedroni N. How to Effectively Compute the Reliability of a Thermal-hydraulic Nuclear Passive System. Nuclear Eng. and Design. 2011;241(1):310—327.
5. Chyong V.K.N., Vorob'ev Yu.B. Opredelenie Naibolee Opasnyh Avariynyh Situatsiy na AES i Identifikatsiya Ih Vozniknoveniya v Protsesse Ekspluatatsii. Vestnik MEI. 2016;5:30—38. (in Russian).
6. Maidana R.G. e. a. Supervised Dynamic Probabilistic Risk Assessment: Review and Comparison of Methods. Reliability Eng. & Syst. Safety. 2023;230:108889.
7. Parhizkar T., Vinnem J.E., Utne I.B., Mosleh A. Supervised Dynamic Probabilistic Risk Assessment of Complex Systems, Pt. 1: General Overview. Reliability Eng. & Syst. Safety. 2021;208:107406.
8. Belhadj M., Hassan M., Aldemir T. On the Need for Dynamic Methodologies in Risk and Reliability Studies. Reliability Eng. & Syst. Safety. 1992;38(3):219—236.
9. Coppit D., Sullivan K.J., Dugan J.B. Formal Semantics of Models for Computational Engineering: a Case Study on Dynamic Fault Trees. Proc. XI Intern. Symp. Software Reliability Eng. San Jose, 2000:270—282.
10. Marseguerra M., Zio E., Devooght J., Labeau P.E. A Concept Paper on Dynamic Reliability Via Monte Carlo Simulation. Math. and Computers in Simulation. 1998;47(2—5):371—382.
11. Alfonsi A., Mandelli D., Parisi C., Rabiti C. Risk Analysis Virtual Environment for Dynamic Event Tree-based Analyses. Annals of Nuclear Energy. 2022;165:108754.
12. Zha B. e. a. Deep Transformer Networks for Time Series Classification: the NPP Safety Case. Proc. Intern. Topical Meeting on Probabilistic Safety Assessment and Analysis. 2021:1065—1074.
13. Kim J., Shah A.U.A., Kang H.G. Dynamic Risk Assessment with Bayesian Network and Clustering Analysis. Reliability Eng. & Syst. Safety. 2020;201:106959.
14. Lee J.H., Yilmaz A., Denning R., Aldemir T. An Online Operator Support Tool for Severe Accident Management in Nuclear Power Plants Using Dynamic Event Trees and Deep Learning. Annals of Nuclear Energy. 2020;146:107626.
15. Bae J., Park J.W., Lee S.J. Limit Surface/States Searching Algorithm with a Deep Neural Network and Monte Carlo Dropout for Nuclear Power Plant Safety Assessment. Appl. Soft Computing. 2022;124:109007.
16. Au S.-K., Beck J.L. Estimation of Small Failure Probabilities in High Dimensions by Subset Simulation. Probabilistic Eng. Mech. 2001;16(4):263—277.
17. Koutsourelakis P.S., Pradlwarter H.J., Schuëller G.I. Reliability of Structures in High Dimensions, Pt. I: Algorithms and Applications. Probabilistic Eng. Mech. 2004;19(4):409—417.
18. Zio E., Pedroni N. An Optimized Line Sampling Method for the Estimation of the Failure Probability of Nuclear Passive Systems. Reliability Eng. & Syst. Safety. 2010;95(12):1300—1313.
19. Vorobyev Y., Kudinov P. Development and Application of a Genetic Algorithm Based Dynamic PRA Methodology to Plant Vulnerability Search. Proc. Intern. Topical Meeting on Probabilistic Safety Assessment and Analysis. Wilmington, 2011;1:559—573.
20. Vorob'ev Yu.B. i dr. Primenenie Informatsionnyh Tekhnologiy (Geneticheskie Algoritmy, Neyronnye Seti, Parallel'nye Vychisleniya) v Analize Bezopasnosti AES. Trudy Instituta Sistemnogo Programmirovaniya RAN. 2014;26(2):137—158. (in Russian).
21. Baybakov V.D., Vorob'ev Yu.B., Kuznetsov V.D. Kody dlya Rascheta Yadernyh Reaktorov. M.: Izd-vo MEI, 2003. (in Russian).
22. RELAP5/MOD3 Code Manual. NUREG/CR-5535. INEL-95/0174. V. 1—5.
23. Vorobyev Y., Kudinov P. Development of Methodology for Identification of Failure Domains with GA-DPSA. Proc. XI Intern. Probabilistic Safety Assessment and Management Conf. and the Annual European Safety and Reliability Conf. Helsinki, 2012:2480—2489.
24. Vorob'ev Yu.B. i dr. Uchet Neopredelennostey pri Analize Pozharnoy Bezopasnosti Ob'ektov Yadernoy Energetiki. Teploenergetika. 2020;9:61—68. (in Russian)
---
For citation: Ushakov D.Yu., Vorobyev Yu.B., Chetverikov A.E. Application of the Dynamic Probabilistic Assessment Method for Predicting Possible Accidents at NPPs with VVER-1200 Reactors. Bulletin of MPEI. 2026;4:144—152. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-4-144-152
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
