Development of a PSA model for a generic 3 loop PWR and further modification to make it seismic.

Abstract

This master thesis has been developed during an internship in IDOM Nuclear Services. The project starts from an internal need of the functional safety analysis team on how to perform a seismic Probabilistic Safety Assessment (PSA). The project that has been developed is focused on understanding and analyzing how an Internal Events Probabilistic Safety Assessment (IEPSA) is converted into a Seismic Probabilistic Safety Assessment (SPSA). For this purpose, a model of a 3 loop PWR nuclear power plant has been designed, which has allowed to understand what the basic systems of this type of installations are and how they operate. Once the IEPSA has been carried out, it has been studied which modifications are necessary for the PSA model to be seismic, which means that the initiating event is an earthquake. These modifications have been applied to the previously developed IEPSA. In the development of the IEPSA, only the most relevant initiating events (IE) have been taken into account according to the operational experience and knowledge acquired during the mas ter’s degree. Once the initiating events to be taken into account have been selected, event trees have been developed for each of them. The headers of these event trees have been connected to fault trees that represent the failure of the function to be performed by each header. These fault trees, in turn, have been fed with the failure probabilities of the Structures, Systems and Components (SSC) that form them and the human actions to be performed by the operators to reach success. Failure probabilities have been obtained from generic databases. Following this, a quantification for each of the IEs has been performed, first separately and then all together, obtaining in this way the Total Core Damage Frequency (TCDF) of the designed Nuclear Power Plant (NPP). An importance analysis has also been performed for the TCDF to obtain information on which basic events contribute most to the occurrence of Core Damge (CD). The results obtained for the total core damage frequency are acceptable considering that this is a simplified model of what a real plant would look like, and taking into account that assumptions to carry out the model have been done. On the other hand, it has been studied and analyzed which are the modifications that make it possible to convert an internal event PSA into a seismic one. The necessary modifications, such as the elaboration of a seismic initiating event tree or the generation of the fragility curves for each of the SSCs used in the model, are described in this document. There are some modifi cations that cannot be applied to the project due to the fact that it is a plant model, therefore are discarded. For this project, 6 seismic intervals have been applied whose data have been obtained from generic hazard curves and do not correspond to any particular location. All necessary modifications have been applied to the previously developed IEPSA. A quantification and importance analysis has been performed for each seismic interval (from seismic interval 1 to 6). In the quantification, the most relevant Minimal Cut Sets (MCSs) have been obtained for each interval. In the case of the importance analysis, the basic events that have the greatest influence on the total core damage equation in each seismic interval were obtained. These results could be improved by increasing the reliability of the SSCs in the event of a high magnitude earthquake or by increasing the redundancy of these SSCs. In the case of human- induced failures, it is determined that a detailed human reliability analysis would be required. Finally, it should be added that for high magnitudes of Peak Ground Acceleration (PGA), which appear from interval 3 to interval 6, quantification methods such as the Binary Decision Dia gram (BDD) are necessary to obtain more accurate results, since in these intervals the failure probabilities of SSCs are very high

Esta tesis de máster se ha desarrollado durante unas prácticas en IDOM Nuclear Services. El proyecto parte de una necesidad interna del equipo de análisis de seguridad funcional sobre cómo realizar un Análisis Probabilista de Seguridad (APS) sísmico. El proyecto que se ha desarrollado, está enfocado a entender y analizar cómo se convierte un Estudio Probabilista de Seguridad de Sucesos Internos (IEPSA) en un Estudio Probabilista de Seguridad Sísmico (SPSA). Para ello, se ha diseñado un modelo de central nuclear PWR de 3 lazos, que ha permitido entender cuáles son y cómo funcionan los sistemas básicos de este tipo de centrales. Una vez realizado el IEPSA, se ha estudiado qué modificaciones son necesarias para que el modelo APS sea sísmico, es decir, que el suceso iniciador sea un terremoto. Estas modificaciones se han aplicado al IEPSA previamente desarrollado. En el desarrollo del IEPSA sólo se han tenido en cuenta los sucesos iniciadores (IE) más rel evantes de acuerdo con la experiencia operativa y los conocimientos adquiridos durante el máster. Una vez seleccionados los sucesos iniciadores a tener en cuenta, se han desarrollado árboles de sucesos para cada uno de ellos. Los cabeceros de estos árboles de sucesos se han conectado a árboles de fallos que representan el fallo de la función a realizar por cada sistema. Estos árboles de fallos, a su vez, se han alimentado con las probabilidades de fallo de las Es tructuras, Sistemas y Componentes (ESC) que los forman y las acciones humanas a realizar por los operadores para alcanzar el éxito. Las probabilidades de fallo se han obtenido de bases de datos genéricas. A continuación, se ha realizado una cuantificación para cada una de los sucesos iniciadores, primero por separado y después todas juntas, obteniendo de esta forma la Frecuencia Total de Daño en el Núcleo (TCDF) de la central nuclear diseñada. También se ha realizado un análisis de importancia para la TCDF con el fin de obtener información sobre qué sucesos básicos con tribuyen en mayor medida a la aparición de daños en el núcleo (CD). Los resultados obtenidos para la frecuencia total de daños en el núcleo son aceptables teniendo en cuenta que se trata de un modelo simplificado de lo que sería una central real, y teniendo en cuenta que se han realizado suposiciones para llevar a cabo el modelo. Por otro lado, se ha estudiado y analizado cuáles son las modificaciones que permiten convertir un APS de eventos internos en uno sísmico. En este documento se describen las modificaciones necesarias, como la elaboración de un árbol de sucesos iniciadores sísmicos o la generación de las curvas de fragilidad para cada una de las ESC utilizadas en el modelo. Hay algunas modifi caciones que no se pueden aplicar al proyecto por tratarse de un modelo de planta, por lo que se descartan. Para este proyecto se han aplicado 6 intervalos sísmicos cuyos datos se han obtenido page. 4 Report a partir de curvas de peligrosidad genéricas y no corresponden a ninguna localización en par ticular. Se han aplicado todas las modificaciones necesarias al IEPSA previamente desarrollado. Se ha realizado una cuantificación y un análisis de importancia para cada intervalo sísmico (del intervalo sísmico 1 al 6). En la cuantificación se han obtenido los Conjuntos de Cortes Mínimos (MCS) más relevantes para cada intervalo. En el caso del análisis de importancia, se han obtenido los eventos básicos que más influyen en la ecuación total de daño al núcleo en cada intervalo sísmico. Estos resultados podrían mejorarse aumentando la fiabilidad de las ESC en caso de terremoto de gran magnitud o aumentando la redundancia de las mismas. En el caso de fallos inducidos por el hombre, se determina que sería necesario un análisis detallado de la fiabilidad humana. Por último, cabe añadir que para magnitudes elevadas de Aceleración Pico del Suelo (PGA), que aparecen desde el intervalo 3 al intervalo 6, son necesarios métodos de cuantificación como el Diagrama Binario de Decisión (BDD) para obtener resultados más precisos, ya que en estos intervalos las probabilidades de fallo de las ESC son muy elevadas

Aquesta tesi de màster s’ha desenvolupat durant unes pràctiques en IDOM Nuclear Services. El projecte parteix d’una necessitat interna de l’equip d’anàlisi de seguretat funcional sobre com realitzar un Anàlisi Probabilista de Seguretat (APS) sísmic. El projecte que s’ha desenvolupat, està enfocat a entendre i analitzar com es converteix un Estudi Probabilista de Seguretat de Successos Interns (IEPSA) en un Estudi Probabilista de Seguretat Sísmic (SPSA). Per a això, s’ha dissenyat un model de central nuclear PWR de 3 llaços, que ha permès entendre quins són i com funcionen els sistemes bàsics d’aquesta mena de centrals. Una vegada realitzat el IEPSA, s’ha estudiat quines modificacions són necessàries perquè el model APS sigui sísmic, és a dir, que el succés iniciador sigui un terratrèmol. Aquestes modificacions s’han aplicat al IEPSA prèviament desenvolupat. En el desenvolupament del IEPSA només s’han tingut en compte els successos iniciadors (IE) més rellevants d’acord amb l’experiència operativa i els coneixements adquirits durant el màster. Una vegada seleccionats els successos iniciadors a tenir en compte, s’han desenvolupat arbres de successos per a cadascun d’ells. Els cabeceros d’aquests arbres de successos s’han connectat a arbres de fallades que representen la fallada de la funció a realitzar per cada sistema. Aquests arbres de fallades, al seu torn, s’han alimentat amb les probabilitats de fallada de les Estructures, Sistemes i Components (ESC) que els formen i les accions humanes a realitzar pels operadors per a aconseguir l’èxit. Les probabilitats de fallada s’han obtingut de bases de dades genèriques. A continuació, s’ha realitzat una quantificació per a cadascuna dels successos iniciadors, primer per separat i després totes juntes, obtenint d’aquesta manera la freqüència total de dany al Nucli (TCDF) de la central nuclear dissenyada. També s’ha realitzat una anàlisi d’importància per a la TCDF amb la finalitat d’obtenir informació sobre quins successos bàsics contribueixen en major mesura a l’aparició de danys en el nucli (CD). Els resultats obtinguts per a la freqüència total de danys en el nucli són acceptables tenint en compte que es tracta d’un model simplificat del que seria una central real, i tenint en compte que s’han realitzat suposicions per a dur a terme el model. D’altra banda, s’ha estudiat i analitzat quines són les modificacions que permeten convertir un APS de successos interns en un sísmic. En aquest document es descriuen les modificacions necessàries, com l’elaboració d’un arbre de successos iniciadors sísmics o la generació de les corbes de fragilitat per a cadascuna de les ESC utilitzades en el model. Hi ha algunes modifica cions que no es poden aplicar al projecte per tractar-se d’un model de planta, per la qual cosa es descarten. Per a aquest projecte s’han aplicat 6 intervals sísmics les dades dels quals s’han obtingut a partir de corbes de perillositat genèriques i no corresponen a cap localització en particular. S’han aplicat totes les modificacions necessàries al IEPSA prèviament desenvolupat. S’ha realitzat una quantificació i una anàlisi d’importància per a cada interval sísmic (de l’interval sísmic 1 al 6). En la quantificació s’han obtingut els Conjunts de Talls Mínims (MCS) més relle vants per a cada interval. En el cas de l’anàlisi d’importància, s’han obtingut els esdeveniments bàsics que més influeixen en l’equació total de dany al nucli en cada interval sísmic. Aquests resultats podrien millorar-se augmentant la fiabilitat de les ESC en cas de terratrèmol de gran magnitud o augmentant la redundància d’aquestes. En el cas de fallades induïdes per l’home, es determina que seria necessari una anàlisi detallada de la fiabilitat humana. Finalment, cal afegir que per a magnituds elevades d’Acceleració Pic del Sòl (PGA), que apareixen des de l’interval 3 a l’interval 6, són necessaris mètodes de quantificació com el Diagrama Binari de Decisió (BDD) per a obtenir resultats més precisos, ja que en aquests intervals les probabil itats de fallada de les ESC són molt elevades