核電站重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用

何善紅，榮百中，崔妍

（蘇州熱工研究院有限公司，廣東深圳518000）

核電站重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用

何善紅，榮百中，崔妍

（蘇州熱工研究院有限公司，廣東深圳518000）

核電站重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)的研發(fā)及應(yīng)用情況。該平臺(tái)通過自主創(chuàng)立的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)報(bào)警技術(shù)、多重閾值真?zhèn)巫R(shí)別技術(shù)、實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)參數(shù)曲線混顯技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了重大設(shè)備在線報(bào)警功能，能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，進(jìn)行故障跟蹤和診斷。通過該平臺(tái)在核電站的應(yīng)用場景，對(duì)平臺(tái)新監(jiān)測技術(shù)的合理性和有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。

核電站；在線監(jiān)測；多重閾

0 前言

在線監(jiān)測技術(shù)是在被測設(shè)備處于運(yùn)行條件下，對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測。核電站數(shù)字化后使得設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以有效的采集和存儲(chǔ)。如何有效利用采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判斷設(shè)備狀態(tài)的好壞，是在線監(jiān)測技術(shù)研究的核心內(nèi)容。目前核電站主要依靠單一閾值報(bào)警方式，該種方式過多依賴于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場實(shí)際的貼合度較差，造成了設(shè)備狀態(tài)判斷的準(zhǔn)確性和及時(shí)性都較低，無法滿足核電設(shè)備監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)

目前，通過各種技術(shù)和安全手段，能夠?qū)⒐I(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)鏡像到管理網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)主泵、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、蒸發(fā)器、主變和柴油機(jī)等核電廠重大設(shè)備瀏覽器模式下的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測。使用瀏覽器模式進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的方式突破了傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的局限，使每位員工得到授權(quán)后便可在自己的辦公電腦上進(jìn)行重大設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。因此，研發(fā)適應(yīng)于核電廠的智能監(jiān)測技術(shù)，并應(yīng)用于遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)于提升核電設(shè)備可靠性，保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 核心技術(shù)研發(fā)

1.1 IT 技術(shù)

在線監(jiān)測平臺(tái)采用B/S模式開發(fā)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采用OSIsoft公司PI System，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫。開發(fā)工具微軟VS，開發(fā)語言C#。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)區(qū)域?yàn)g覽器界面狀態(tài)監(jiān)測，遠(yuǎn)程監(jiān)測、主動(dòng)式報(bào)警，多層次預(yù)警，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合采用多種移動(dòng)終端進(jìn)行提醒、郵件提醒。在線監(jiān)測平臺(tái)應(yīng)用框架圖見圖1，簡單分為3個(gè)部分，最底層是數(shù)據(jù)服務(wù)，主要采集工業(yè)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和其他系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)，其中，工業(yè)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采用隔離網(wǎng)閘單向傳輸，數(shù)據(jù)采用推的模式，用于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全。

中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分主要用于平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)參數(shù)預(yù)警信息、系統(tǒng)權(quán)限信息，系統(tǒng)運(yùn)行條件的配置信息和系統(tǒng)日志等輔助信息。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫Pi System主要存儲(chǔ)重大設(shè)備測點(diǎn)和相關(guān)參數(shù)信息和利用數(shù)據(jù)庫自身功能進(jìn)行計(jì)算服務(wù)。

1.2 應(yīng)用技術(shù)

1.2.1 動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)報(bào)警技術(shù)

動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)報(bào)警技術(shù)包括1個(gè)層次的報(bào)警，一個(gè)是閾值報(bào)警，一個(gè)趨勢(shì)報(bào)警。閾值是指在自動(dòng)控制系統(tǒng)中能產(chǎn)生一個(gè)校正動(dòng)作的最小或最大輸入值。所研發(fā)的在線監(jiān)測平臺(tái)通過實(shí)時(shí)獲取工業(yè)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過對(duì)設(shè)備主要參數(shù)測點(diǎn)閾值提前設(shè)置，當(dāng)參數(shù)發(fā)生異常的時(shí)候，系統(tǒng)可以自動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警，并以短信、郵件方式及時(shí)提醒設(shè)備系統(tǒng)工程師進(jìn)行關(guān)注。

（1）閾值報(bào)警。閾值報(bào)警中要實(shí)現(xiàn)某個(gè)指標(biāo)的監(jiān)視，通常可能需要監(jiān)測多個(gè)測點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)，如變壓器—廠變繞組溫度（℃），系統(tǒng)需要同時(shí)監(jiān)測GEV401MT，GEV402MT，GEV403MT，GEV501MT，GEV502MT等5個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)。閾值設(shè)定中包括期望值、初預(yù)警值、預(yù)警值、初報(bào)警值和報(bào)警值（圖2）。閾值是設(shè)備系統(tǒng)工程師通過專家知識(shí)和實(shí)際情況計(jì)算得出的閾值。期望值與實(shí)際監(jiān)測的值可能有偏差，可以理解為一個(gè)期望正常范圍的值。閾值報(bào)警的基準(zhǔn)可能是一個(gè)固定值，也可能是一個(gè)區(qū)間值，程序需要通過監(jiān)測的多個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)對(duì)比，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常。

圖1 重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)應(yīng)用框架

圖2 閾值報(bào)警設(shè)置

（2）趨勢(shì)報(bào)警。趨勢(shì)報(bào)警監(jiān)測單個(gè)測點(diǎn)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)變化率。通過測點(diǎn)名取實(shí)時(shí)值，有歷史同期值和閾值，變化率和閾值，天平均值和閾值，周平均值和閾值、月平均值和閾值。歷史同期值、變化率、天平均值、周平均值、月平均值是通過Pi System數(shù)據(jù)庫自動(dòng)計(jì)算獲得。對(duì)于趨勢(shì)的變化判斷同樣有閾值的設(shè)定（圖3）。

趨勢(shì)報(bào)警的閾值采用正負(fù)值波動(dòng)模式，如主泵2號(hào)密封水注入流量（m3/h），測點(diǎn)名稱RCV021MD，實(shí)時(shí)監(jiān)測值2，閾值0.5，當(dāng)監(jiān)測值＜1.5或＞2.5時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)基準(zhǔn)條件，為了有效避免誤報(bào)功能，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)變化率、識(shí)別多重閾值進(jìn)行處理（圖4）。動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)報(bào)警技術(shù)還可以應(yīng)用于報(bào)警參數(shù)的設(shè)置，報(bào)警鎖定和呼叫轉(zhuǎn)移，報(bào)警日志，報(bào)警門檻值的設(shè)定和修改、報(bào)警事件回放，個(gè)性化報(bào)警設(shè)置，趨勢(shì)報(bào)警的設(shè)置與顯示、報(bào)警后的簡單報(bào)表、重復(fù)報(bào)警的滯后發(fā)送等功能。當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)報(bào)警值時(shí)即時(shí)發(fā)送提醒，當(dāng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)停止傳輸時(shí)發(fā)送提醒給相關(guān)平臺(tái)負(fù)責(zé)人，盡量避免無效報(bào)警（可自定義報(bào)警條件，在相應(yīng)條件下將不發(fā)送提醒）。此外，通過開發(fā)報(bào)警后專家診斷系統(tǒng)的觸發(fā)接口，可對(duì)識(shí)別的異常信號(hào)進(jìn)行故障診斷，以定位故障原因并制定維修處理策略。

圖3 主泵趨勢(shì)報(bào)警

圖4 趨勢(shì)圖

1.2.2 實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)參數(shù)曲線混顯技術(shù)

實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)參數(shù)曲線混顯技術(shù)是指實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以在一個(gè)曲線圖中顯示（圖5）。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)10條曲線1 h～1 a的標(biāo)準(zhǔn)查詢，也可實(shí)現(xiàn)任意參數(shù)和任意時(shí)間段的查詢。通過對(duì)同一參數(shù)的多電站或多設(shè)備之間的對(duì)比，或是同一參數(shù)的不同歷史時(shí)期的對(duì)比，可以對(duì)比發(fā)現(xiàn)參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而識(shí)別出設(shè)備潛在異常征兆。此外，根據(jù)實(shí)際需求，可以設(shè)定至少100個(gè)固定曲線組群。重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)中對(duì)于曲線坐標(biāo)設(shè)置合理，顯示經(jīng)準(zhǔn)，色調(diào)搭配協(xié)調(diào)。對(duì)于歷史曲線，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)更新功能，并支持多坐標(biāo)系曲線圖顯示功能。此外，為便于專家對(duì)歷史分析數(shù)據(jù)的借鑒和參考，平臺(tái)還實(shí)現(xiàn)了曲線可追溯功能，至少可以追溯5 a。

圖5 曲線混顯圖

1.2.3 多重閾值真?zhèn)巫R(shí)別技術(shù)

多重閾值真?zhèn)巫R(shí)別技術(shù)的使用將有效地識(shí)別無效數(shù)據(jù)對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的影響，可對(duì)設(shè)備報(bào)警信息的真實(shí)性進(jìn)行有效控制，現(xiàn)場工程師能夠依據(jù)真實(shí)的報(bào)警信息實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的高效準(zhǔn)確的分析及處理。

多重閾值技術(shù)正是應(yīng)對(duì)于此種情況所研發(fā)的該技術(shù)通過自定義方式設(shè)置多重閾值。在核電重大設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測平臺(tái)中，將報(bào)警級(jí)別定義為四級(jí)方式，即初預(yù)警、預(yù)警、初報(bào)警、報(bào)警。通過對(duì)此四級(jí)閾值的設(shè)置，結(jié)合現(xiàn)場工況，可以實(shí)時(shí)獲得關(guān)鍵敏感參數(shù)的狀態(tài)變化。

同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)多重閾值報(bào)警基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性處理，也是保證報(bào)警信息有效性的一個(gè)重要保證，目前真?zhèn)巫R(shí)別技術(shù)在核電的應(yīng)用是建立于現(xiàn)場工程師在使用過程中的不斷完善后，形成的一套理念，即通過對(duì)相關(guān)監(jiān)測設(shè)備的工況參數(shù)、條件參數(shù)以及信號(hào)參數(shù)等的設(shè)定，達(dá)到對(duì)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、無效數(shù)據(jù)、虛假數(shù)據(jù)等偽數(shù)據(jù)的梳理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備專家及工程師在收到的報(bào)警信息能在最大程序上達(dá)到保真的效果，同時(shí)實(shí)現(xiàn)滿足報(bào)警信息不誤報(bào)也不亂報(bào)。

2 應(yīng)用案例

平臺(tái)投運(yùn)兩年多以來，在重大設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測上發(fā)揮了重要作用，以下為平臺(tái)實(shí)際應(yīng)用的典型實(shí)例。

（1）報(bào)警送達(dá)。2010-5-15凌晨0:56，二號(hào)機(jī)組一號(hào)主泵D2RCP001PO軸封注入水流量2RCV021MD由1.96 m3/h開始下降，1:03下降至1.64 m3/h，觸發(fā)了重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)的預(yù)警閾值報(bào)警，平臺(tái)即時(shí)發(fā)出短信和OUTLOOK郵件提醒，系統(tǒng)工程師經(jīng)確認(rèn)2RCP001PO軸封注入水流量，并進(jìn)行了異常通報(bào)，使問題得以迅速關(guān)注。

2010年12月31日8:25，系統(tǒng)工程師接收到重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)發(fā)出的3號(hào)發(fā)電機(jī)#4號(hào)冷卻器冷氫溫度L3GRH414MT達(dá)到預(yù)警上限的報(bào)警信息，隨后嚴(yán)格按照平臺(tái)報(bào)警流程響應(yīng)，及時(shí)檢查L3GRH414MT以及發(fā)電機(jī)其他冷熱氫溫度，發(fā)現(xiàn)L3GRH414MT確實(shí)是真實(shí)的快速上升，同時(shí)對(duì)應(yīng)的熱氫溫度和后端鐵芯溫度也開始上升，系統(tǒng)工程師立即將此重要信息反饋給主控，運(yùn)行人員立即執(zhí)行專項(xiàng)操作單對(duì)冷卻器3GRH301/401RF進(jìn)行排氣，使發(fā)電機(jī)各個(gè)參數(shù)恢復(fù)正常。

（2）趨勢(shì)監(jiān)測。2010年6月12日，系統(tǒng)工程師利用重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測時(shí)，發(fā)現(xiàn)一號(hào)機(jī)海水循環(huán)泵齒輪箱推力軸承溫度1CGR020EU溫度曲線在17:17左右有一次下降尖峰后開始波動(dòng)，最高達(dá)72.346℃，隨后回落到67.275℃保持穩(wěn)定。系統(tǒng)工程師隨即異常通報(bào)并提工作申請(qǐng)，后續(xù)工作檢查發(fā)現(xiàn)KIT板件故障，更換后故障消除，指示恢復(fù)正常。

3 總結(jié)

重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)采用了動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)報(bào)警技術(shù)，對(duì)參數(shù)異常發(fā)出智能預(yù)警，并將這些原理應(yīng)用于參數(shù)趨勢(shì)跟蹤和預(yù)警模塊中。通過對(duì)重大設(shè)備監(jiān)測參數(shù)的四級(jí)方式設(shè)定（設(shè)定初預(yù)警值、預(yù)警值、初報(bào)警、報(bào)警值），實(shí)現(xiàn)對(duì)重大設(shè)備進(jìn)行逐層加深的狀態(tài)監(jiān)測。

重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了多重閾值真?zhèn)巫R(shí)別技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場工作及通信手段，能夠?qū)崿F(xiàn)傳呼機(jī)和OUTLOOK郵箱信息提醒，使工程師能盡早發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，把重大設(shè)備異常處理在異常的萌芽階段，避免重大設(shè)備損壞帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失。此外，此監(jiān)測手段實(shí)現(xiàn)了工程師24 h在線監(jiān)測，解決了24 h設(shè)遠(yuǎn)程備狀態(tài)監(jiān)測的重大問題。基于動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)報(bào)警技術(shù)、多重閾值真?zhèn)巫R(shí)別技術(shù)、實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)參數(shù)曲線混顯技術(shù)所研發(fā)的核電站重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)，作為新監(jiān)測手段突破的示范性平臺(tái)，已成功應(yīng)用于核電行業(yè)以及其他工業(yè)企業(yè)的重大設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及預(yù)警中。

未來，重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺(tái)將依托大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，將模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備的狀態(tài)分析中，構(gòu)建核電領(lǐng)域的重大設(shè)備監(jiān)控體系，以提升核電設(shè)備監(jiān)測的智能化水平。

〔編輯凌瑞〕

TM623.4

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.24