核電站蒸汽發生器傳熱管渦流檢測數據管理軟件的設計與實現

夏俊超，孫茂榮，夏煒銘

（1.國核電站運行服務技術有限公司 上海 200233；2.中核核電運行管理有限公司 浙江 海鹽 314300）

蒸汽發生器是壓水堆核電站的主要設備之一，它將反應堆一回路所產生的高溫、高壓水的熱量通過數千或上萬根U形傳熱管傳給二次側的低壓水,使之產生蒸汽以驅動汽輪發電機組發電[1]。

核電站在役檢查的主要目的就是為了掌握一回路壓力邊界部件的現狀,而傳熱管是一回路壓力邊界最薄弱的環節，世界統計資料表明約有50%的蒸汽發生器產生不同程度的傳熱管降質和破損現象[2]，這就要求在停堆檢修期間對蒸汽發生器傳熱管進行檢查, 通常以渦流檢測方法為主，以及時發現問題并采取必要的補救措施，防止核泄漏事故的發生。

然而，我國核電運行20多年來這方面的工作均依靠國外的相關數據分析和管理軟件完成，既浪費大量外匯，還受制于國外。本文工作正是基于以上需求和現狀，建立了該渦流數據管理平臺，該軟件可以制定傳熱管檢修計劃，同時從數據分析工作站獲得分析結果，對檢修數據進行跟蹤管理以及對檢查結果進行統計、分析以出具相關報告。

1 平臺架構

數據管理平臺的功能是通過多個子功能模塊來實現的，其設計秉承“模塊化設計”的理念，每個子功能模塊完成特定的功能，并且各個模塊所處的邏輯地位是平等的。整個管理平臺包括授權登陸模塊、計劃制定模塊、管板圖查詢模塊、數據查詢以及數據管理模塊、統計和分析模塊等[3]，其邏輯架構圖如圖1所示。

由于該軟件需要對用戶權限做出不同的響應以及對數據庫進行相關操作，并且涉及AP100管板圖的顯示和操作、分析結果的圖形統計等問題，因此為了軟件界面操作的簡便性，該平臺采用了Tree View顯示風格。另外，考慮到同其他自主開發分析軟件接口的通用性，故采用C#作為開發平臺。

圖1 軟件功能模塊示意圖Fig.1 Schematic diagram of the software function module

2 功能模塊設計

根據實際應用中對渦流數據分析結果的處理操作和大修計劃制定的相關要求，我們將該管理軟件設計為計劃制定、數據查詢、數據管理、數據統計分析等幾大功能模塊以完成以下主要的軟件需求[4]：

1)做出被檢蒸汽發生器傳熱管渦流計劃，并給出相應的管板圖及其統計表，以便數據采集人員準確定位；

2)能選擇相應數據分析人員的分析結果進行準確統計，并給出相應已檢查的管板圖及其分析結果統計表，以便得出當時的完成情況和分析結果；

3)確認每臺SG按檢查計劃要求完成各類數據分析后，應及時做出數據分析總報告、相應完成檢查的管板圖及各類顯示的分類報告。

平臺用戶被預設為系統管理員、普通用戶、高級用戶及其他用戶4大類，每類用戶分配不同的權限。依據初始分配的使用權限和等級，不同人員在登陸后會看到不同的系統主界面，比如有些用戶不具備計劃制定或數據修改權限而只能根據關鍵字進行查詢操作。

計劃制定模塊主要通過在二維管板圖上拖動鼠標以及和快捷鍵的配合，選擇本次新計劃需要檢修的區域或零星傳熱管。對于不同情況下選擇的管子，可以用不同顏色加以區分，比如本次選擇的、復檢的、堵管等情況，制定好后同先前制定好的大修計劃號進行捆綁后保存。另外，計劃保存完成后系統會以一張統計表格形式來顯示本次所選管子的行列號，若需輸出可另存為電子文檔保存。

當然，全覆蓋檢測周期內的后續計劃的制定可通過在累積計劃制定模塊中選擇相應計劃號導入上次計劃后，在彈出的二維管板圖上顯示的已制定計劃管子區域外的其他位置選擇新的區域進行制定，以保證對所有管子的全覆蓋檢測。

管板圖查詢模塊設計為通過單一或復合查詢條件進行相關關鍵字查詢，系統會找出所有符合條件的信息顯示在列表中，如有需要還可顯示所有符合條件的管板圖信息，便于用戶通過各種查詢條件制定不同檢查計劃。

數據查詢模塊包括報告查詢和計劃查詢，通過輸入相應的行列號或大修代號查詢數據的分析結果或已制定的檢測計劃詳情。

首先需要批量導入經渦流數據分析軟件處理過的原始分析報告，這些數據的導入過程有嚴格的數據完整性檢查。經過授權的用戶對導入的原始報告按標定組文件夾目錄進行審核，最終將存入數據庫以被調用查詢。

另外，系統管理員擁有最高權限，可在此模塊中進行新用戶添加并分配相應的操作權限。

以分析報告數據庫為基礎，實現了對核電站蒸汽發生器傳熱管缺陷發展趨勢和不同類型缺陷的對比，通過這些數據分析可以對傳熱管的運行狀態做較為完整的分析和判斷。比對和分析模塊包括：1)某個位置的缺陷連續幾年來發展程度的走勢圖顯示；2)不同缺陷類型和傷深情況的對比；3)缺陷在管板圖中位置顯示。

分析的結果有多種呈現方式：柱狀圖、餅圖、管板圖等，如圖2所示。

圖2 缺陷對比和統計圖Fig.2 Schematic of the flaws comparison and statistical

檢修管理模塊將檢修分為役前和在役檢查兩類。在役檢查管理中預先導入傳熱管在役檢查計劃，計劃根據相關規定進行制定。在役檢查管理設定有嚴格的流程，其流程如圖3所示。

圖3 在役檢查管理流程圖Fig.3 Flowchart of the in-service inspection management

3 系統實現

考慮到軟件的需求和使用的方便性，本系統的數據庫采用了目前應用廣泛的關系型數據結構，服務器平臺采用微軟的Windows Server操作系統。其他服務將選擇移植性好的配套產品，例如Microsoft SQL Server 2005等[5]。由于每次蒸汽發生器傳熱管的在役檢查數量大約在萬級，采用普通的服務器即可滿足需求。平臺支持Windows 2000/2003/XP，采用Microsoft Visual .NET 2008集成開發環境，通過C#語言實現系統的開發[6]。

本系統中需要使用二維圖形技術來顯示對相關數據統計和比較的結果，比如柱狀圖就是常用的二維應用圖表，它可以是單一范疇的一類或一組數據，也可以是多個范疇的一類或多組數據來展示數據分布狀態的特點。

幾乎所有的二維圖形的基本元素都是相同的，在此基礎上我們首先實現一個基本框架，一旦完成這個基本框架，你能夠通過適當的修改將它應用到一系列的二維圖形應用程序中。本例設計的Border類繼承自LineBase類和ISerializable接口，封裝了圖形對象的邊框屬性，接著我們需要添加坐標系，Axis類就是定義的一個抽象類，它封裝了一個圖形坐標所需的所有屬性和方法，包括繼承它實現的比例刻度和網格線等方法，并需要進行齊次坐標的矩陣變換[7]。其效果如圖4所示，這里不作詳述，具體實現的部分核心代碼為：

for (int i = 0; i ＜ listBox1.Items.Count; i++)

{ if (listBox1.Items[i].ToString() == "Rotate")//旋轉

mm1.RotateAt( (cbFlipY.CheckState == CheckState.Checked ? -1 : 1)

* int.Parse(lblRotDeg.Text), new Point(int.Parse(lblRotX.Text),

int.Parse(lblRotY.Text)),MatrixOrder.Append);

if (listBox1.Items[i].ToString() == "Translation")//平移

mm1.Translate(int.Parse(lblTransX.Text), int.

Parse(lblTransY.Text), MatrixOrder.Append);

if (listBox1.Items[i].ToString() == "Scale")//縮放

mm1.Scale(float.Parse(lblStrX.Text), float.

Parse(lblStrY.Text), MatrixOrder.Append);

if (listBox1.Items[i].ToString() == "Shear")//切變

mm1.Shear(float.Parse(lblShearX.Text), float.

Parse(lblShearY.Text), MatrixOrder.Append);

}

圖4 AP1000管板圖操作界面Fig.4 Interface chart of the AP1000 tube layout display operation

4 平臺主要特點

1)系統性能良好。采用.NET平臺和模塊化理念開發和部署系統，具有良好的系統性能。對客戶端沒有特殊要求和配置維護工作。

2)權限管理嚴格。通過給用戶設置不同的權限，建立嚴格的用戶級別。系統還建立完備的日志備份，實現過程可追溯。權限設置信息保存在一張數據表中，便于系統管理員管理。

3)管理維護方便。系統提供了多種數據維護方式，并可以通過簡單的遠程界面操作，完成對系統數據的查詢、修改及評價。

5 結束語

加強對蒸汽發生器傳熱管的監督與管理，全面系統地開展對缺陷的檢查和失效原因分析是十分必要的，同時也是提高安全生產的重要途徑。該管理平臺的開發有利于掌握核電站蒸汽發生器傳熱管的運行狀態，消除存在的安全隱患，確保蒸汽發生器傳熱管的狀態滿足運行要求，從而有效減少機組故障的停機次數和核事故的發生機率。該平臺為使用人員進行傳熱管缺陷的分析和管理提供了有效的手段，極大方便了用戶對相關信息的查詢和操作，對檢修計劃的制定也具有重要的指導意義。但是其功能仍需完善，后續工作中將增加與管板檢測機器人執行自動檢修計劃的互聯功能，另外，界面的美工制作也有待改進。

[1] 林誠格. 非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京:原子能出版社,2008.

[2] Steam Generator tube failures [S].NURER /CR-6365,INEL-95/0383.

[3] 王其富,秦瑤. 基于Web和GIS的災害預警信息管理系統[J].電子設計工程,2013(17):34-36.WANG Qi-fu,QIN Yao.Disaster warning in formation management system based on Web and GIS[J].Electronic Design Engineering,2013(17):34-36.

[4] 丁訓慎,楊寶初.大亞灣核電站蒸汽發生器傳熱管的渦流檢查[J].核動力工程,1999(10):417-420.DING Xun-sheng,YANG Bao-chu.Daya bay nuclear power plant steam generator tube eddy current inspection [J].Nuclear Power Engineering,1999(10):417-420.

[5] 迪尤遜.SQL Server 2005基礎教程[M].董明,譯. 北京:人民郵電出版社,2007.

[6] John Kauffman, Brian Matsik.ASP.NET數據庫入門經典—C#編程篇[M]. 北京:清華大學出版社,2008.

[7] 伍逸. C#二維圖形繪制[M].北京:電子工業出版社,2010.