Functional chain analysis for a new built nuclear power plant : master's thesis

Elbayoumi, Abdelrahman (avtor), Hyvärinen, Juhani (mentor), Cizelj, Leon (komentor), Vihavainen, Juhani (komentor), Tahvonen, Topi (komentor)

Nuclear power plants (NPP) are well-known for their multidisciplinary character as well as the high degree of coupling and interaction between their elements. Consequently, regulatory bodies tend to induce a massive number of requirements to ensure the nuclear safety of the power plant, these requirements aim to apply the defence-in-depth (DiD) safety approach. In Fennovoima Hanhikivi 1 (FH1) NPP, the DiD approach is applied through formalizing functional entities which are assigned to various DiD levels. Each functional entity consists of safety functions that share common non-functional design requirements including safety class, failure criterion, diversity, separation, seismic and environmental requirements. By investigating the safety functions of FH1 NPP, one concludes that they are significantly interconnected and exchange a huge number of signals. Therefore, verifying each safety function independently is not effective because a function may seem to perform its function when it is considered alone, but challenges are found when also the interconnected functions are considered. Thus, it becomes essential to verify the whole functional chain which can be defined as a set of safety functions that interact together to guarantee the success of plant systems. In this study, a methodology for performing the functional chain analysis has been developed and formalized. The methodology mainly targets verifying five aspects of the functional chain which are: measurements, actuators, processing logic, human-machine interface, and cabling between various components. Furthermore, two prototypes for a reviewing tool, that performs the functional chain analysis, have been developed utilizing MATLAB and Microsoft Access. Finally, the developed methodology was applied to the high-pressure safety injection functional chain of FH1 NPP. The application of the methodology revealed design issues that need to be further clarified with the plant supplier. The main usefulness of the functional chain analysis is that it can be considered as one more last check before the equipment of FH1 NPP systems are physically manufactured.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: functional chain analysis, safety function, defence-in-depth, nuclear safety
• Vrsta gradiva: Magistrsko delo/naloga
• Tipologija: 2.09 - Magistrsko delo
• Organizacija: FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
• Kraj izida: Lappeenranta
• Založnik: [A. Elbayoumi]
• Leto izida: 2021
• Št. strani: 1 spletni vir (1 datoteka PDF (99 str.))
• PID: 20.500.12556/RUL-133625
• UDK: 621.039.58
• COBISS.SI-ID: 82306819
• Datum objave v RUL: 06.12.2021

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Analiza funkcionalnih zaporedij v novi jedrski elektrarni

Izvleček

Za jedrske elektrarne sta značilni multidisciplinarnost in visoka stopnja sklopitve in interakcije med njihovimi osnovnimi gradniki. Tudi zaradi tega regulatorni organi, ki nadzirajo varnost elektrarn, postavljajo zelo veliko število varnostnih zahtev. Te zahteve v načelu poskušajo zagotoviti varnost elektrarne v skladu s pristopom globinske obrambe. V jedrski elektrarni Hanhikivi 1, ki jo investitor Fennovima pričenja graditi na Finskem, nameravajo globinsko obrambo uveljaviti s formalnim dodeljevanjem posameznih gradnikov elektrarne specifičnim varnostnim funkcijam in posameznim nivojem globinske obrambe. Izjemno pomembno je, da so varnostne funkcije in njihovi gradniki, ki sodijo v različne nivoje globinske obrambe, funkcionalno in fizično neodvisni drug od drugega. V tem delu kot funkcionalno celoto obravnavamo varnostne funkcije, ki si delijo skupne projektne zahteve, vključno z razvrstitvijo v varnostni razred, potencialne okvare, raznolikost, ločenost, odpornost na potrese in zahteve za obratovanje v specifičnem okolju. Z raziskovanjem posameznih varnostnih funkcij jedrske elektrarne Hanhikivi 1 hitro ugotovimo, da so med seboj močno povezane in si izmenjujejo veliko število signalov. Neodvisno preverjanje vsake izmed varnostnih funkcij zato ne more biti najbolj učinkovito. Zdi se namreč, da varnostna funkcija opravlja svojo nalogo, če jo obravnavamo kot samostojno. Ob tem pa se vedno pojavijo novi izzivi, ko upoštevamo tudi medsebojno povezanost med posameznimi varnostnimi funkcijami. Zato je potrebno preverjati celotno funkcionalno zaporedje, ki ga lahko opredelimo kot množico varnostnih funkcij, ki medsebojno sodelujejo in tako zagotavljajo uspešnost varnostnih sistemov elektrarne. V tej delu razvijemo in formaliziramo metodologijo za izvedbo analize oz. preverjanja funkcionalnih zaporedij v jedrski elektrarni. Metodologija posebej preverja pet vidikov funkcionalnih zaporedij: meritve, aktuatorje, logiko obdelave signalov, vmesnik človek-stroj in ožičenje oz. povezave med različnimi komponentami. V okviru MATLAB in Microsoft Access okolij smo razvili tudi dva prototipa orodja, s katerim si pomagamo pri izvedbi analize funkcionalnih zaporedij. Veliko število medsebojno povezanih sistemov in njihovih elementov je namreč dosti laže formalno obvladovati s pomočjo orodij, ki urejajo relacijske baze podatkov. Uporabnost metodologije demonstriramo z analizo funkcionalnega zaporedja načrtovanega sistema visokotlačnega varnostnega vbrizgavanja v jedrski bodoči elektrarni Hanhikivi 1. Z uporabo predlagane metodologije smo odkrili nekaj potencialnih pomanjkljivosti pri načrtovanju, ki jih bo dobavitelj elektrarne moral dodatno pojasniti oz. odpraviti. Pomembna dodana vrednost predlagane metodologije je ravno v tem, da lahko z njo načrtovane varnostne sisteme pred vgradnjo v jedrsko elektrarno še zadnjič preverimo in po potrebi tudi spremenimo.

• Ključne besede: analiza funkcionalnih zaporedij, varnostna funkcija, jedrska varnost