故障數據庫在核動力裝置定期安全審查中的應用

葉博書，陸古兵，張龍飛，朱利文，王　飛

(海軍工程大學，武漢　430033)

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故障數據庫在核動力裝置定期安全審查中的應用

葉博書，陸古兵，張龍飛，朱利文，王飛

(海軍工程大學，武漢430033)

對目前已發生的核動力裝置部分典型故障進行分析總結，歸納出征兆參數，然后利用這些征兆參數在監測模擬機上進行隨機運行模擬，并構建相應的數據庫。利用SPSS軟件對該數據庫進行故障頻度分析，根據分析的結果研究其應用于定期安全審查的價值。

典型故障； 征兆參數； 數據庫； SPSS軟件； 定期安全審查

本文引用格式：葉博書，陸古兵，張龍飛，等.故障數據庫在核動力裝置定期安全審查中的應用[J].兵器裝備工程學報，2016(8):113-117.

定期安全審查(PSR)是國際原子能機構(IAEA)近年推廣的一種新的核電廠安全審查方式,它通過在規定的時間間隔對核電廠的安全性進行系統評價，以應對老化、修改、運行經驗等方面的積累效應，確保核電廠在壽命期內具有較高安全水平。核動力裝置在運行過程中需要監測的參數復雜而多變，監測這些參數的系統隨著核動力裝置的運行將會產生大量的運行數據，這些數據包括了現場采集的原始數據、系統組態的初始化數據，即各種指標參數、各種故障數據、中間結果數據以及診斷結果數據等[1]，面對如此量大而復雜多變的數據，現場的操縱員在處理時將很困難，同時浪費人力、財力，而且效率不高。近幾十年來，隨著計算機技術的迅速發展而出現的數據庫技術也突飛猛進，并且在各行各業得到了廣泛的應用。本文主要是建立數據庫將核動力裝置模擬運行中產生的故障數據進行管理，同時利用SPSS軟件對記錄的故障數據進行分析，然后探討故障數據庫在定期安全審查中的應用價值。

1　核動力裝置故障數據庫的設計研究

1.1功能需求分析

充分利用計算機技術對數據進行管理和處理在當下及未來是一種發展趨勢，尤其是數據庫技術日漸成熟，使數據的管理和處理也逐步走向信息化。伴隨著計算機大容量硬盤的出現，數據庫系統應用于大量數據的管理逐漸深入各行各業，其發展與應用大致經歷了層次系統和網狀系統時期、關系數據庫系統時期、實時數據庫系統時期這3個時期。層次系統和網狀系統時期的代表為美國BIM公司推出層次模型的IMS數據庫系統以及美國CODASYL數據庫任務組(DBTG)發表關于網狀模型的DBTG報告；關系數據庫系統時期的代表為微軟公司推出的Access數據庫就屬于關系型數據庫；實時數據庫系統時期的代表為中國國家電力公司自動化研究院于1992年開發的NSIS石油化工生產實時數據庫產品、中國大慶金橋信息技術工程有限公司于1993年開發的ConTRDB實時數據產品[1,2]。

將數據庫技術應用于核動力裝置故障診斷方面，行業界已有許多學者進行了研究，如哈爾濱工程大學的陳宏霞利用數據庫開發了核動力裝置故障診斷系統，建立了核動力裝置運行過程中的數據管理及數據庫相關子系統[1]；哈爾濱工程大學的史伊龍將主動數據庫技術應用于核動力裝置控制系統規則庫方法的研究，指出主動數據庫技術是實現控制規則庫的一個比較好的途徑，主動機制是主動數據庫的一個重要功能[3]；還有任鑫等人探討了動態數據庫在船用核動力裝置DPSA中的應用[4]，這些研究充分體現了數據庫技術在核動力裝置運行、監測、故障診斷等多方面具有重要的作用。

本研究建立的故障數據庫是通過監測系統與數據庫的連接實現數據實時存儲，滿足以下幾點功能：

1) 數據庫中的數據是核動力裝置運行過程中監測參數出現故障時的數據及歷史數據，它可以為故障診斷提供輔助依據；

2) 數據庫中的數據可以通過數據庫的讀取功能在各監測模塊中共享，便于操縱員及時判斷故障類型，從容應對故障處置；

3) 核動力裝置是一個復雜而龐大的系統，所監測的參數復雜多變，同時產生的數據量龐大，該數據庫可以實現歷史數據的調用及新數據的存儲；

4) 故障數據庫可以形成一定的數據處理周期，為定期安全審查中設備的檢查評價數據提供參考依據。

為了更好地實現監測參數與對應的名稱進行實時存儲，本文采用微軟公司推出的Access數據庫對核動力裝置模擬故障運行過程中產生的故障數據進行存儲、管理。

1.2核動力裝置故障數據庫關系結構建立及數據存儲

核動力裝置故障數據庫的建立主要是通過圖1所示實現的。

圖1　故障數據庫參數間的關系結構

本文主要利用InTouch狀態監測軟件參考反應堆冷卻劑系統、化學和容積控制系統、設備冷卻水系統、余熱排出系統的部分典型故障，通過對這些典型故障的分析，提取故障征兆參數[3]，并在InTouch上進行模擬應用，同時利用圖1所示的關系結構，對獲取的故障征兆參數在Access數據庫中進行存儲，以供后續分析，在對數據庫表關系進行設計時，考慮到核動力裝置參數的龐大性，因此針對監測的參數采用一一對應關系建立數據庫，這樣可以針對特定的參數進行歷史查詢，同時在數據庫中增加各自存儲的時間、日期可以確定故障發生的對應時間段，按照參數監測的對應名稱及一一對應關系建立數據庫表關系如圖2所示。

圖2　故障數據庫表結構關系

在InTouch上進行故障參數的模擬運行，需要對已發生的典型故障進行總結及分析，這里引用哈爾濱工程大學朱榮旭所研究的結果[5]選取某部分進行模擬應用，選取的部分典型故障詳情如表1所示。

通過表1的典型故障情況查詢文獻及調研研究各自參數的運行范圍，再在InTouch上建立邏輯關系進行故障模擬，同時連接數據庫實現數據存儲，通過查閱文獻及相關專業資料中涉及的部分故障參數的運行范圍[6-12]列表，如表2所示。

表1　部分典型故障詳情

表2　部分監測參數的運行范圍

完成上述步驟后，在InTouch上建立各參數的邏輯關系及設定運行范圍，同時通過代碼連接已建立好的數據庫，運行InTouch狀態監測軟件，得到故障數據庫表中存儲的數據，隱藏部分參數列后如圖3所示，這些數據將為后期的定期安全審查分析作準備工作。

從圖3中可以看出，通過故障數據庫表可以查看故障日期及時間、各參數的運行數據及出現故障時對應的故障部位。

2　核動力裝置故障數據庫表中數據的分析

在核動力裝置正常運行時，數據庫中的數據表現了數據采集設備所對應的現場情況，對其數據進行分析，可以清楚的了解現場狀態的實際情況，從而預防事故的發生，提高設備運行的安全性。文中主要是利用SPSS軟件對故障數據庫中的數據進行分析，進而研究其在定期安全審查中的應用。

2.1SPSS軟件概述

統計產品與服務解決方案(statistical product and service solutions，SPSS)軟件，是世界上最早的統計分析軟件，由美國斯坦福大學的三位研究生Norman H.Nie、C.Hadlai (Tex) Hull 和 Dale H.Bent于1968年研究開發成功。它也是最早采用圖形菜單驅動界面的統計軟件，最突出的特點就是操作界面極為友好，輸出結果美觀漂亮，其基本功能主要有數據管理、統計分析、圖表分析、輸出管理等等。SPSS統計分析過程包括描述性統計、均值比較、一般線性模型、相關分析、回歸分析、對數線性模型、聚類分析、數據簡化、生存分析、時間序列分析、多重響應等幾大類，每類中又分好幾個統計過程，比如回歸分析中又分線性回歸分析、曲線估計、Logistic回歸、Probit回歸、加權估計、兩階段最小二乘法、非線性回歸等多個統計過程，而且每個過程中又允許用戶選擇不同的方法及參數。并且SPSS也有專門的繪圖系統，可以根據數據繪制各種圖形[13-15]。鑒于在處理大型數據時具有獨到的優點，目前社會科學、自然科學的各個數據統計領域得到廣泛的應用。本文主要利用描述統計中頻率分析功能分析所建立的故障數據庫表中的數據，研究故障數據庫在核動力裝置定期安全審查中的應用。

2.2分析結果

對故障數據庫中的數據進行處理后導入到SPSS軟件中，如圖4所示。

在SPSS中建立圖4所示的數據與變量關系后，對于故障數據庫來說，主要研究故障的發生情況，因此文中主要選取記錄的幾個故障進行頻率分析，相應的分析結果如圖5所示。

圖3故障數據庫表

圖4　故障數據庫表中數據導入SPSS中詳情

圖5　對故障數據庫中的故障頻率百分比分析對比

對比圖5中的餅圖結果，故障類型23出現的頻率高于其他5種類型，占6.717%，而事故類型23在故障數據庫表中對應的是“余熱排出熱交換器殼體破損”，即說明在一定的時間段內，余熱排出熱交換器殼體破損引發的故障最高，在實際情況下，需要設備維護處對該設備作認真的檢查并檢修。

這種通過故障數據庫對故障進行記錄的方式在實際應用時，可以查閱故障數據表判斷故障出現的頻度，進而對高頻度故障設備優先檢修，這對于艦船等移動核動力裝置來說具有重要的時間效率，可以在一定程度上提高某一核動力艦船的機動性；同時也為設備的檢查及維修提供便利方案，檢修員可以根據故障數據庫表中的故障數據情況判斷需要重點關注的設備，從而節省設備檢修時間，對于核電廠來說，可以縮短核電站的停運時間，增加經濟效益。

2.3故障數據庫在定期安全審查中的應用研究

通過對故障數據庫表中的故障進行頻度分析后，可以判斷出故障出現頻率高的設備或系統，也可以查閱其運行過程中的數據，從而判斷設備的運行性能。故障數據庫存儲的數據具有時間周期性，針對大型的數據管理處理時，可以根據實際環境及現場條件規定處理周期，當達到規定處理的時間段時，可對數據庫中的數據進行分析(平時有需要時也可以進行分析)，即處理數據在時間上存在時間段的關系。

核動力裝置系統龐大復雜，且危險系數高，需要對其進行定期安全審查，以確保核動力裝置的安全運行，降低運行過程中可能出現的危險故障。定期安全審查是對核設施安全進行的系統性再評價，是常規安全審查和專門安全審查的補充，即在規定的時間間隔內對核設施的安全性進行系統性再評價，以應對運行經驗、技術更新、故障檢測等方面的積累。在核動力裝置一定運行周期內，通過對記錄的故障數據進行頻度分析，針對高頻度的設施或設備進行檢修，在定期安全審查時可以節約時間，減少物力、人力的浪費。例如根據前面的餅圖分析結果明顯看出，在某一時間段內，事故類型3對應的頻率百分比為0.748%，而事故類型8、事故類型13、事故類型18、事故類型19、事故類型23對應的頻率百分比分別為4.738%、0.621%、1.413%、3.810%、6.717%，將它們按照從高到低的順序進行排序，如表3所示。

表3　頻率大小排序

從表3可以看出，在某一定期安全審查內，可以優先選擇事故類型3在數據庫中所對應的故障部位進行審查分析，然后依次排序進行，這對于艦船核動力裝置來說，可以根據頻率高低暫時檢修高頻率設備，節約檢修時間，進而在一定程度上提高作戰能力。

在一定時間段內，進行定期安全審查時，可以按照該方法對各設施或設備系統進行審查分析，針對高頻度設施或設備優先考慮，有助于艦船類移動核動力裝置的快速啟航，節約檢修時間，降低一一審查的時間。

3　結論

對于核動力裝置來說，故障數據庫的應用對于定期安全審查來說具有事半功倍的效果，可以節省時間，物力和財力，同時通過故障數據庫，工作人員可以查閱某一參數的運行數據及故障情況，預判或診斷故障，而且數據的處理也比較方便。

[1]陳宏霞.核動力裝置故障診斷系統數據庫開發[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2006.

[2]張志凜.實時數據庫原理及應用[M].北京：中國石化出版社，2001.

[3]史伊龍.基于主動數據庫技術的核動力裝置控制系統規則庫方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2004.

[4]任鑫,周碧松,楊翊方,等.動態數據庫在船用核動力裝置DPSA中的應用探討[J].數學的實踐與認識,2013,43(16):148-155.

[5]朱榮旭.核動力裝置分布式狀態監測技術研究[D].哈爾濱工程大學，2012.

[6]李恒.核電廠設備冷卻水系統調試研究[J].核動力工程，2015,36(8):166-169.

[7]何菊侃.紅沿河核電廠常規島設備冷卻水系統設計改進方案[J].江西電力職業技術學院學報,2013,26(1):17-21.

[8]孫偉,陳利剛,李付平,等.反應堆安全殼內放射性水平趨勢預測分析[J].輻射防護通訊,2015(1):24-27.

[9]汪沛豐.內陸核電廠循環冷卻水處理方案的選擇[J].工業用水與廢水,2014,45(3):59-62.

[10]段衛江.秦山300MW核電機組全范圍仿真機放射性監測系統仿真[J].核動力工程,1996(2):156-160.

[11]鄭杰民.設備冷卻水系統放射性異常的響應分析[J].中國核電,2014,7(1):59-65.

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[14]張紅兵.SPASS寶典[M].北京：電子工業出版社，2007.

[15]駱方，劉紅云，黃昆.SPASS數據統計與分析[M].北京：清華大學出版社，2011.

(責任編輯楊繼森)

Study on Application of Fault Database in Nuclear Power Plant in PSR

YE Bo-shu, LU Gu-bing, ZHANG Long-fei, ZHU Li-wen, WANG Fei

(Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

This article analyzed the typical fault occurred in nuclear power plant part, and induced signs of parameters, and then used these symptom parameters in monitoring simulation machine stochastic simulation runs and constructed the corresponding database. The final failure frequency analysis of the database was processed by using SPSS software and its application in periodic safety review value was discussed according to the results of the analysis.

typical fault; symptom parameters; database; SPSS software; PSR

2016-02-08；

2016-03-15

葉博書，男，碩士研究生，助理工程師，主要從事核動力控制與運行研究。

10.11809/scbgxb2016.08.026

format:YE Bo-shu, LU Gu-bing, ZHANG Long-fei, et al.Study on Application of Fault Database in Nuclear Power Plant in PSR[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):113-117.

TL77

A

2096-2304(2016)08-0113-05

【信息科學與控制工程】