Development of a knowledge base KB3 dedicated to the modeling of electrical systems for the realization of dynamic probabilistic safety assessment : application to the UK EPR

Abstract The development of methods of dynamic probabilistic safety assessment (PSA) is an ongoing topic of research at the department of Industrial Risk Management (IRM) of Electricité de France (EDF) R&D.For many years EDF researchers support, in terms of methods and tools, engineering and production divisions of the French company to assess the safety and performance of the complex systems installed in their power production units. To accomplish its mission, the IRM department has developed tools, collected in a unique software called KB3 (KnowledgeBase version 3), covering the whole process from the system description to their quantification. These tools are based on the modeling language FIGARO, also developed at IRM department. It is a declarative object oriented language used to describe the behavior of a system by specifying its rules of operation. Figaro platform provides an environment suited to the representation of static systems as well as the dynamic systems based on discrete events. In recent years, the IRM department is heavily used by internal clients to achieve dynamic probabilistic safety studies relating to electrical and hydraulic systems which have a role in the power generation units of EDF. These applications are currently processed using the generic formalism BDMP (Boolean Driven Markov Processes). It is a generic modeling formalism based on principles similar to those of fault trees with more the possibility to represent some dynamic dependences between system components (passive redundancy, reconfiguration). However, when the system complexity increases, this formalism suffers from some limitations, partly due to its generic character : difficult to maintain and regain BDMP existing model; difficult to take account of common cause failures (CCF) of order greater than or equal to three, restriction to the hypothesis of constant failure rate. This work aims to contribute to the development of a new knowledge base KB3 devoted specifically to the dynamic rappresentation of the sources of the electrical system of the EPR. Ultimately it is a tool that allows to carry out dynamic PSA studies from a modeling faithful to that of the real system of the plant considered. The studies carried out in this work merely serve to support the EDF engineering division CNEN (Centre National d'équipement nucléaire) engaged in the realization of the EPR (UK EPR project) whose construction on the site of Hinkley Point C is going to be approved by the Office for Nuclear Regulation (ONR), the regulator for the civil nuclear industry in the United Kingdom.

Lo sviluppo di metodi dinamici di valutazione probabilistica della sicurezza (PSA) è un tema costante di ricerca presso il dipartimento di Industrial Risk Management (IRM) di Electricité de France (EDF) R&D. Per molti anni i ricercatori di EDF sostongono, in termini di metodi e strumenti, le divisioni di ingegneria e produzione della società francese per valutare la sicurezza e le prestazioni dei complessi sistemi insallati nelle loro unità di potenza. Per compiere la sua missione, il dipartimento IRM ha sviluppato strumenti, raccolti in un unico programma chiamato KB3 (KnowledgeBase v.3), che coprono l'intero processo, dalla descrizione del sistema alla loro quantificazione. Questi strumenti si basano sul linguaggio di modellazione FIGARO, anche questo sviluppato presso il dipartimento IRM. È un linguaggio dichiarativo orientato agli oggetti utilizzato per descrivere il comportamento di un sistema specificando le modalità di funzionamento. La piattaforma Figaro fornisce un ambiente adatto alla rappresentazione di sistemi statici così come di sistemi dinamici basati su eventi discreti. Negli ultimi anni, il dipartimento IRM é stato ingaggiato da clienti interni alla società francese per ottenere studi dinamici probabilistici di sicurezza in materia di impianti elettrici e idraulici che hanno un ruolo nelle unità di generazione di potenza di EDF. Queste applicazioni sono attualmente trattate con il generico formalismo BDMP (Boolean Logic Driven Markov Processes). È un formalismo di modellazione basata su principi simili a quelle degli alberi di guasto (fault trees) con in più la possibilità di rappresentare alcuni dipendenze dinamiche tra i componenti del sistema (ridondanza passiva, riconfigurazione). Tuttavia, quando il sistema aumenta la propria complessità, questo formalismo soffre di alcune limitazioni, in parte a causa del suo carattere generico: difficoltà nel mantenere e recuperare il modello pre-esistente BDMP , difficoltà nel tenere conto dei guasti di causa comune (CCF) di ordine superiore o uguale a tre, limitazione alle ipotesi di tasso di guasto costante. Questo lavoro allora si propone di contribuire allo sviluppo di una nuova base di conoscenze KB3 specificamente dedicata alla rappresentazione dinamica delle sorgenti del sistema elettrico del reattore EPR. In definitiva, si è cercato di sviluppare uno strumento che consente di effettuare studi dinamici PSA a partire da una modellazione fedele a quella del sistema reale dell'impianto considerato. Gli studi condotti in questo lavoro non fanno che supportare la divisione d'ingegneria di EDF CNEN (Centre Nationale d'Équipement Nucléaire) , impegnata nella realizzazione del nuovo EPR (progetto UK EPR ) la cui costruzione sul sito di Hinkley Point C sta per essere approvata da parte dell' Office for Nuclear Regulation (ONR), l'ente regolatore per l'industria nucleare civile nel Regno Unito.