智慧核電廠信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳銀萍 孫朋朋

摘要：智慧核電廠是通過(guò)采用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、維修、培訓(xùn)等生產(chǎn)信息與管理信息的智慧結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)目標(biāo)和管理方法的集成，是核電管理思想的一個(gè)新突破。將核電廠內(nèi)的運(yùn)行、維修、培訓(xùn)等工作與信息系統(tǒng)相結(jié)合，運(yùn)用廠區(qū)構(gòu)筑物及設(shè)備信息、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、維修記錄、核電廠經(jīng)驗(yàn)反饋數(shù)據(jù)、培訓(xùn)授權(quán)數(shù)據(jù)等，使核電廠的信息管理集中到核電廠信息系統(tǒng)上，提高核電廠運(yùn)行、維護(hù)、培訓(xùn)的標(biāo)準(zhǔn)性、可靠性和便利性。通過(guò)設(shè)計(jì)智慧核電廠信息系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)用和借鑒有效數(shù)據(jù)指導(dǎo)日常工作，為核電廠工作人員及時(shí)提供綜合數(shù)據(jù)，并能夠預(yù)測(cè)未來(lái)和引導(dǎo)工作，使信息技術(shù)與核電技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)有機(jī)融合，全面提升核電廠的生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)營(yíng)管理水平，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)核電廠的核心競(jìng)爭(zhēng)能力。該文對(duì)智慧電廠信息系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外情況和智慧電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹，為核電廠信息化、智能化設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧核電廠;信息系統(tǒng)設(shè)計(jì);智能化

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）12-0078-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

智慧核電廠信息系統(tǒng)可以定義為：綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，融入先進(jìn)的管理思想和技術(shù)策略，建立貫通核電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理各環(huán)節(jié)的信息網(wǎng)絡(luò)，對(duì)核電廠各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理、控制和反饋，實(shí)現(xiàn)信息資源共享與管控一體化，為整個(gè)核電廠的生產(chǎn)管理與經(jīng)營(yíng)管理服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)核電廠生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的智能化和自動(dòng)化[1]。智慧核電廠信息系統(tǒng)在核電廠中起著舉足輕重的作用。一方面，生產(chǎn)信息系統(tǒng)采集并長(zhǎng)期存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，建立了全廠統(tǒng)一的生產(chǎn)信息平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)智慧核電廠奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，系統(tǒng)的性能計(jì)算與分析、故障診斷等功能為優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行提供技術(shù)支持。另一方面，智慧核電廠信息系統(tǒng)對(duì)核電廠的設(shè)備狀態(tài)信息、檢維修過(guò)程信息、經(jīng)營(yíng)管理信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合挖掘和智能分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)核電廠的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和發(fā)展規(guī)劃提出決策支持[2]。

2 國(guó)內(nèi)外智慧電廠信息系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀

2015年5月8日發(fā)布了《中國(guó)制造2025》，這是中國(guó)政府實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略第一個(gè)指導(dǎo)我國(guó)智慧能源產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的行動(dòng)綱領(lǐng)。這個(gè)綱領(lǐng)在電力行業(yè)的具體要求是包括：推動(dòng)大型高效超凈排放煤電機(jī)組產(chǎn)業(yè)化和示范應(yīng)用，進(jìn)一步提高超大容量水電機(jī)組、核電機(jī)組、重型燃?xì)廨啓C(jī)制造水平。推進(jìn)新能源和可再生能源裝備、先進(jìn)儲(chǔ)能裝置、智能電網(wǎng)用輸變電及用戶端設(shè)備發(fā)展 [3]。因此推行智慧核電廠信息系統(tǒng)是迫切的需要也是未來(lái)的重要目標(biāo)。

2.1國(guó)外電廠的情況

加拿大Bruce核電廠通過(guò)無(wú)線傳感器技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、先進(jìn)的模式識(shí)別（APR）算法實(shí)現(xiàn)了設(shè)備健康狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)及儀表在線校準(zhǔn)方法。該智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備異常的早期探測(cè)，技術(shù)規(guī)格書(shū)中儀表校準(zhǔn)周期的延長(zhǎng)，減少了運(yùn)維的人力成本、降低了人員工作中的受輻照計(jì)量 [4]。

2.2 國(guó)內(nèi)電廠的情況

中國(guó)核電有限公司采用ERDB設(shè)備可靠性平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)與設(shè)備可靠性的智能管理，包括：系統(tǒng)監(jiān)督、設(shè)備分級(jí)、系統(tǒng)及設(shè)備健康評(píng)價(jià)、系統(tǒng)及設(shè)備性能監(jiān)測(cè)、預(yù)防性維護(hù)大綱和優(yōu)化、巡檢記錄等功能;采用物資主數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)物料數(shù)據(jù)的共享、庫(kù)存?zhèn)浼墓蚕怼⒔y(tǒng)一了物料編碼規(guī)則。三門(mén)核電構(gòu)建了一套故障診斷與健康管理（PHM）平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了重要設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)及故障預(yù)測(cè)。

3 智慧核電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)核電廠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，搭建一套全方位智能管理平臺(tái)，集成生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、核電廠日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等信息，在滿足核電系統(tǒng)安全策略的前提下，在智慧核電廠信息系統(tǒng)構(gòu)建五大業(yè)務(wù)應(yīng)用13大功能，具體見(jiàn)表1，實(shí)現(xiàn)核電廠的智能運(yùn)行、維護(hù)、管理。

智慧核電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采取“平臺(tái)+應(yīng)用”的模式，按照“云+端”的設(shè)計(jì)思想，充分利用、優(yōu)化、整合已有資源和應(yīng)用，引入大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G 等新技術(shù)、新理念，全面打造移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)。對(duì)于核電廠相關(guān)的工作人員，無(wú)論是使用固定終端（如臺(tái)式電腦、便攜式電腦），還是移動(dòng)終端（如平板電腦、智能手機(jī)），都能隨時(shí)提供核電廠智能化服務(wù)，同時(shí)也可以為核電廠設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、運(yùn)行、計(jì)劃、商務(wù)、培訓(xùn)、人事、財(cái)務(wù)、項(xiàng)目管理等相關(guān)程序提供移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)。通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)固定業(yè)務(wù)應(yīng)用向移動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用轉(zhuǎn)變。豐富業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的形式和載體，從傳統(tǒng)的辦公電腦向智能終端拓展，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)化、智能化，為提高工作質(zhì)量和工作效率提供強(qiáng)有力支撐。下面對(duì)表1中的部分功能設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

設(shè)備管理：采取先進(jìn)的監(jiān)測(cè)手段（如：增加無(wú)線傳感器、無(wú)線紅外監(jiān)測(cè)技術(shù)、熱成像技術(shù)等）對(duì)核電廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況進(jìn)行全面監(jiān)控，通過(guò)先進(jìn)算法進(jìn)行故障診斷，判斷系統(tǒng)和設(shè)備健康狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備的微小故障狀態(tài)。對(duì)設(shè)備的未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)和剩余使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，促進(jìn)核電廠維護(hù)策略從“故障被動(dòng)維修”向“基于狀態(tài)的主動(dòng)維修（CBM）”的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)核電廠的預(yù)測(cè)性運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)：設(shè)備參數(shù)實(shí)時(shí)分析，判斷設(shè)備的健康狀態(tài)，在設(shè)備參數(shù)觸發(fā)報(bào)警前，識(shí)別運(yùn)行特征異常并預(yù)警;預(yù)警發(fā)出后，能夠自動(dòng)對(duì)預(yù)警進(jìn)行分級(jí)并分級(jí)別推送;針對(duì)運(yùn)行異常的參數(shù)，系統(tǒng)能夠使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、機(jī)理模型驅(qū)動(dòng)的方式，對(duì)參數(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行外推;對(duì)單臺(tái)設(shè)備的故障位置、故障原因進(jìn)行推斷，并給出診斷信息。設(shè)備管理功能實(shí)現(xiàn)：狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)：通過(guò)為設(shè)備增加特殊傳感器，對(duì)設(shè)備及其失效模式進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，從而更加精準(zhǔn)地掌握設(shè)備運(yùn)行狀況。將設(shè)備的各種監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示在智能運(yùn)維終端上，供技術(shù)人員和運(yùn)維人員查看和決策;故障診斷的實(shí)現(xiàn)：根據(jù)在線監(jiān)測(cè)參數(shù)和診斷，利用大數(shù)據(jù)歷史庫(kù)，推斷故障可能發(fā)生位置及所需備件，提前按需調(diào)配配件庫(kù)存，精準(zhǔn)維護(hù)，提高維修效率，降低設(shè)備不可用時(shí)間;故障預(yù)警的實(shí)現(xiàn)：基于大數(shù)據(jù)方法，根據(jù)設(shè)備歷史運(yùn)行參數(shù)，設(shè)置動(dòng)態(tài)閾值，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)超過(guò)閾值時(shí)觸發(fā)預(yù)警。根據(jù)預(yù)警的嚴(yán)重程度設(shè)置不同預(yù)警級(jí)別，并根據(jù)預(yù)警級(jí)別以不同形式通知相關(guān)人員。維護(hù)人員根據(jù)預(yù)警信息及診斷信息采取不同的響應(yīng)策略。

智能培訓(xùn)與數(shù)字化驗(yàn)證管理：通過(guò)智能培訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行操作員的培訓(xùn)。培訓(xùn)系統(tǒng)采用全面模擬核電廠重要系統(tǒng)及主控室布局，高度模擬機(jī)組正常運(yùn)行及事故運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟?？刂啤⒎€(wěn)定運(yùn)行、日常監(jiān)盤(pán)、預(yù)計(jì)運(yùn)行事件、事故工況等所有設(shè)計(jì)及擴(kuò)展工況的模擬，從而強(qiáng)化操作員的系統(tǒng)分析能力、運(yùn)行分析能力、事故處理能力，提高操作員的操作熟練度和應(yīng)變能力。從而保證核電機(jī)組的安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。數(shù)字化驗(yàn)證系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)核電廠安全級(jí)和非安全級(jí)DCS系統(tǒng)的仿真和驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)全三維可視化的核電控制的數(shù)字孿生。實(shí)現(xiàn)控制邏輯變更的驗(yàn)證，在邏輯變更后通過(guò)仿真平臺(tái)，全方位模擬系統(tǒng)運(yùn)控狀態(tài)，找出隱藏BUG，確保變更邏輯安裝到現(xiàn)場(chǎng)DCS后能夠安全可靠地運(yùn)行。

智能數(shù)據(jù)庫(kù)：核電廠備品備件特點(diǎn)如下：1）物資種類(lèi)數(shù)量龐大，以萬(wàn)為計(jì)數(shù)單位;2）備件特殊性：核級(jí)備件制造周期長(zhǎng)，價(jià)格高，同時(shí)受監(jiān)管部門(mén)監(jiān)督。現(xiàn)有電廠備品備件數(shù)據(jù)庫(kù)僅實(shí)現(xiàn)了單純的備件信息的匯總統(tǒng)計(jì)等基本功能。智能數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)先進(jìn)的預(yù)測(cè)技術(shù)、資源共享技術(shù)實(shí)現(xiàn)備件的智能管理：1）通過(guò)資源共享，實(shí)現(xiàn)多電廠備品備件數(shù)據(jù)庫(kù)的共享，優(yōu)化備件存儲(chǔ)量;2）通過(guò)先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測(cè)技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用時(shí)間、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)等信息預(yù)估現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備剩余壽命，提前規(guī)劃備件采購(gòu)計(jì)劃。3）庫(kù)存?zhèn)浼ㄆ诰S護(hù)提醒。

智能運(yùn)維：智慧核電廠將減少人員值守需求，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)用生產(chǎn)信息（隨時(shí)隨地查閱、共享核電廠的設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維修、培訓(xùn)等方面的信息）提高工作效率將會(huì)成為核電廠的發(fā)展趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)的核電廠內(nèi)存在運(yùn)行、維修等工作依賴計(jì)算機(jī)終端，面臨“運(yùn)維工作與系統(tǒng)、設(shè)備歷史信息脫節(jié)”，如：無(wú)法在工作中實(shí)時(shí)調(diào)用設(shè)備參數(shù)，包括有設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)、維修參數(shù)，以及與設(shè)備相關(guān)的運(yùn)行技術(shù)規(guī)范要求等、“工作票處理流程智能化低”“規(guī)程及操作票與防人因工具結(jié)合差”“經(jīng)驗(yàn)反饋與運(yùn)維工作相脫離”，針對(duì)以上問(wèn)題非常有必要研究核電廠智能運(yùn)維管理關(guān)鍵技術(shù)，將核電廠內(nèi)的運(yùn)行、維修等工作與智能運(yùn)維管理相結(jié)合，運(yùn)用廠區(qū)構(gòu)筑物及設(shè)備信息、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、維修記錄、核電經(jīng)驗(yàn)反饋數(shù)據(jù)等，使核電廠的信息管理能力從傳統(tǒng)的電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向外延伸到移動(dòng)設(shè)備上。通過(guò)研發(fā)核電廠智能運(yùn)維管理關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)用和借鑒有效數(shù)據(jù)指導(dǎo)日常工作，提升核電廠的工作效率。實(shí)現(xiàn)：1）三維空間定位：實(shí)現(xiàn)設(shè)備、管道、儀表取樣點(diǎn)及隱蔽工程信息可視化。通過(guò)大范圍的三維空間設(shè)計(jì)建模技術(shù)，使生產(chǎn)管理人員體驗(yàn)邏輯操作場(chǎng)景與實(shí)際物理場(chǎng)景信息互動(dòng)的感受，將傳統(tǒng)運(yùn)行人員的操作界面在物理維度上延展，共享智能運(yùn)維終端的信息。2）智能巡檢：傳統(tǒng)的核電廠日常巡檢需要現(xiàn)場(chǎng)操作員、設(shè)備工程師等周期性地執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)巡檢，該巡檢方式有如下弊端：1）占用工作人員大量時(shí)間完成巡檢;2）對(duì)于不可達(dá)或輻射劑量高的地區(qū)，巡檢受限，無(wú)法掌握該區(qū)域系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài);3）系統(tǒng)、設(shè)備和環(huán)境狀態(tài)的異常判斷完全依賴巡檢人員的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。核電廠智能巡檢系統(tǒng)將有效避免傳統(tǒng)巡檢存在弊端。智能巡檢可通過(guò)增加在線儀表或者智能機(jī)器人方式，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)及GPS定位技術(shù)將巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，降低巡檢人員的工作量并可實(shí)時(shí)掌握電廠狀態(tài)。通過(guò)構(gòu)建專家?guī)?、歷史庫(kù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備故障的專家判斷，降低人員經(jīng)驗(yàn)的依賴性。該巡檢方式受到挑戰(zhàn)。對(duì)特定區(qū)域采取智能視頻監(jiān)控或智能巡檢機(jī)器人，通過(guò)圖像識(shí)別等技術(shù)讀取儀表數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)設(shè)備跑冒滴漏狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)異常情況報(bào)警，減少人工巡檢。通過(guò)建立巡檢數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)歷史巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的自動(dòng)判斷，識(shí)別異常數(shù)據(jù);在巡檢系統(tǒng)中建立與狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并接收其分析結(jié)果，幫助巡檢人員識(shí)別設(shè)備隱患。3）規(guī)程/操作票管理：規(guī)程/操作票管理包含各種操作票的查詢、打印、發(fā)送、統(tǒng)計(jì)、執(zhí)行情況（經(jīng)驗(yàn)反饋）、執(zhí)行正確率計(jì)算等業(yè)務(wù)功能。對(duì)操作票的負(fù)責(zé)人、簽發(fā)人、許可人、操作人等的執(zhí)行正確率進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，精確到每個(gè)人和部門(mén)。

4 結(jié)論

智慧核電廠的智能化設(shè)計(jì)要以智能發(fā)電、智能管理為基礎(chǔ)，通過(guò)“智慧核電廠信息系統(tǒng)”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、管理的一體化融合，從而實(shí)現(xiàn)安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)[5]。通過(guò)建設(shè)智慧核電廠制信息系統(tǒng)以適應(yīng)電力改革的大環(huán)境，健全和完善核電廠的管理制度，核電廠管理水平再上一個(gè)臺(tái)階，使核電廠從安全生產(chǎn)型平穩(wěn)過(guò)渡到安全效益型，實(shí)現(xiàn)核電廠更高的價(jià)值創(chuàng)造。本文首先介紹了智慧電廠信息系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外情況，隨之詳細(xì)描述了智慧核電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)同行電站的智慧電廠信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一定參考。

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