核電廠全范圍老化管理信息系統(tǒng)研發(fā)

劉曉娟 呂方明

摘要：根據(jù)我國老化管理法規(guī)要求，建立了標準化的核電設備老化管理流程，開發(fā)了覆蓋全廠設備和完整老化管理流程的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，闡述了老化管理對象確定的方法，以及老化管理審查和大綱實施的管理策略，介紹了系統(tǒng)主要功能架構、數(shù)據(jù)流關系、管理模式等內容?，F(xiàn)場應用結果表明，本系統(tǒng)可以有效提升老化業(yè)務數(shù)據(jù)的準確性和實時性，對核電廠老化管理業(yè)務長遠發(fā)展提供重要保障。

關鍵詞：核電廠老化管理? 篩選數(shù)據(jù)

Development of an Integrated Ageing Management System in Nuclear Power Plant

LIU Xiaojuan1 LYUFangming2

（1.Wuhan Branch of CNNC Kelly Shenzhen Nuclear Energy Service Co.，Ltd.;2.China Nuclear Power Operation Technology Corporation，Ltd.， Wuhan， Hubei Province， 430223 China）

Abstract： According to the requirements of my country's aging management regulations， a standardized aging management process for nuclear power equipment has been established， a database system covering the entire plant's equipment and the complete aging management process has been developed， the method of determining aging management objects， and the management of aging management review and program implementation have been described. Strategy， introduces the main functional architecture of the system， data flow relationship， management mode， etc. The field application results show that the system can effectively improve the accuracy and real-time performance of aging business data， and provide an important guarantee for the long-term development of nuclear power plant aging management business.

Key Words： Nuclear power plant; Ageing management; Screening; Data

在核電廠老化管理的各個環(huán)節(jié)之中，老化管理相關數(shù)據(jù)的收集、整理、分類、存儲和分析評價處于重要地位和中心環(huán)節(jié)。國家核安全局制定的《核動力廠老化管理》導則HAD103/12-2012[1]規(guī)定：營運單位應根據(jù)老化管理大綱建立相應的數(shù)據(jù)收集和記錄保存系統(tǒng)，以促進老化管理大綱的實施和優(yōu)化。國內核電行業(yè)在早期的老化管理業(yè)務實踐中，重點關注重大安全級設備的老化管理，開發(fā)眾多的設備級老化管理信息系統(tǒng)，如蒸汽發(fā)生器、壓力容器、穩(wěn)壓器、堆內構件等。而國外核工業(yè)領域更是開發(fā)了許多商用的全廠級老化管理信息平臺，比如德國的COMSY、美國的ALEX、匈牙利的DACAAM等。相互比較可以發(fā)現(xiàn)，國內核電領域老化管理信息系統(tǒng)開發(fā)存在一些不足，主要體現(xiàn)為未實現(xiàn)老化管理業(yè)務全過程和全范圍的覆蓋;數(shù)據(jù)庫較為封閉，缺乏有效集成和融合，導致重復性工作量較大，資源利用率較低;關鍵設備的實時狀態(tài)不能直觀展現(xiàn)，對數(shù)據(jù)的深度挖掘不夠，造成現(xiàn)有的老化管理信息系統(tǒng)在核電廠內部使用程度不高。

基于此，有必要開發(fā)一種全范圍老化管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)老化管理業(yè)務流程全覆蓋，體現(xiàn)老化管理工作的連續(xù)性和實時性，提升老化管理大綱開發(fā)和定期安全審查（PSR）等業(yè)務的工作效率，最終實現(xiàn)核電廠老化數(shù)據(jù)管理業(yè)務的標準化。本文正是以此為研發(fā)思路，詳細介紹了全范圍老化管理信息系統(tǒng)的設計和功能，該系統(tǒng)已在核電廠得到成熟的應用。

1 核電廠老化管理需求

為促進核電廠老化管理業(yè)務發(fā)展，提升工作效率和管理水平，老化管理信息信息系統(tǒng)應當實現(xiàn)以下功能。

（1）實現(xiàn)老化管理全流程業(yè)務數(shù)據(jù)的集中存儲，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性，準確性。

（2）建立標準化老化管理流程，包括系統(tǒng)和設備篩選、老化管理大綱、老化管理審查等，以設備全壽期老化數(shù)據(jù)集成管理為目標，實現(xiàn)核電廠老化數(shù)據(jù)管理的標準化。

（3）實現(xiàn)核電廠老化相關的系統(tǒng)、構筑物和部件（SSCs）的自動篩選。

（4）實現(xiàn)對關鍵設備老化管理各環(huán)節(jié)，包括設計、制造、運行、維修、檢查監(jiān)督、性能試驗、經(jīng)驗反饋等數(shù)據(jù)的集成管理，根據(jù)狀態(tài)趨勢分析及時發(fā)出老化降質預警。

（5）實現(xiàn)老化數(shù)據(jù)的自動分析和圖表生成等;實現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入和導出等操作的便捷性，提升業(yè)務效率。

（6）便于與其他系統(tǒng)建立接口，避免數(shù)據(jù)孤島。

2 標準老化管理業(yè)務流程

2.1 老化管理對象的確定

核電廠的老化管理業(yè)務重點關注對核電廠安全有不利影響且對老化降質敏感的系統(tǒng)、構筑物和部件（SSCs），同時還應關注本身不具有安全功能，但其失效會妨礙其他SSCs執(zhí)行安全功能的SSCs[2]。老化管理對象的篩選策略如圖 1所示，老化管理對象分為機械、電儀、構筑物3個專業(yè)。

首先，建立系統(tǒng)、構筑物和設備清單，理清從屬關系和分類屬性。機械SSCs清單分為系統(tǒng)、設備、部件等3個層級，構筑物分為廠房和構件2個層級，電儀分為系統(tǒng)、物項組和設備等3個層級。

其次，制定了符合我國核電行業(yè)要求的篩選準則：與核安全直接相關的SSCs是老化管理重點關注的對象;雖非核安全級物項，但其失效能夠帶來核安全隱患的SSCs也應納入老化管理范圍;一些行業(yè)經(jīng)驗也是篩選時重點考慮的因素，如監(jiān)督當局的要求、專家的經(jīng)驗和本廠個性化管理需求等;超設計基準事故涉及的SSCs也是老化篩選的重點關注對象。

按照上述原則篩選后，可以獲得老化管理范圍內的機械設備、構筑物廠房和電儀系統(tǒng)的清單。此后，需要按照“非能動+長壽命”的原則，篩選獲得機械部件和構筑物構件的清單，而電儀專業(yè)則從分類管理的角度篩選出老化管理關注的物項組及設備清單。

可以看出，本系統(tǒng)的對象篩選充分考慮了機械、構筑物和電儀專業(yè)的設備管理特點，采用不同的層次結構和分類管理的思路，最終獲取的對象清單能夠滿足老化管理大綱的顆粒度要求。

2.2 標準化管理策略

按照我國有關老化管理技術政策的要求，需要對老化管理對象的老化效應進行充分管理，保證其在運行期內安全運行[3]。為此，需要開展老化管理的審查和措施執(zhí)行及跟蹤優(yōu)化工作。本系統(tǒng)的老化管理策略思路如圖 2所示。

首先，參考核電廠老化管理通用經(jīng)驗報告（U.S.Nuclear Regulatory Commission.Generic Aging Lessons Learned （GALL） Report，簡稱GALL）[4]、國際通用老化管理經(jīng)驗報告（International Atomic Energy Agency.Aging Management for Nuclear Power Plants International Generic Aging Lessons Learned，簡稱IGALL）[5]，對老化管理對象進行老化機理分析，結合NUREG1801開展管理措施審查，確定老化效應是否得到充分管理，獲取核電廠老化管理的弱項。其次，對照核電廠現(xiàn)有的管理大綱和程序，結合管理弱項進行老化管理大綱開發(fā)，制定具體的管理要求。最后，執(zhí)行大綱的管理要求，并根據(jù)執(zhí)行效果對大綱管理要求做必要優(yōu)化。

由于老化管理對象數(shù)量眾多，系統(tǒng)中設置了專門的選項可以很方便地抽取出關鍵物項。除執(zhí)行上述管理流程之外，需要重點跟蹤和監(jiān)視關鍵物項的老化狀態(tài)，并做必要長期老化趨勢分析。將大綱執(zhí)行后獲取的狀態(tài)信息進行反饋，支撐狀態(tài)評估和趨勢分析業(yè)務，并以此為依據(jù)提出大綱優(yōu)化建議，從而形成老化管理業(yè)務的閉環(huán)。

3 老化管理信息系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)功能架構及數(shù)據(jù)流關系

根據(jù)上述老化管理策略，設計了本系統(tǒng)平臺功能結構圖，如圖 3所示，包括基礎數(shù)據(jù)、老化篩選、老化管理、文檔管理、經(jīng)驗反饋和系統(tǒng)維護等6個功能模塊。

3.1.1基礎數(shù)據(jù)模塊

維護機械、電儀和構筑物的清單，包括系統(tǒng)（廠房）、設備、物項組、部件（構件）的清單，并按照層級形成樹形結構，為老化篩選模塊提供備選清單。

3.1.2老化篩選模塊

依據(jù)前述設定的篩選原則，篩選出機械專業(yè)的系統(tǒng)、設備和部件清單，篩選出構筑物的廠房和構件清單，篩選出電儀的系統(tǒng)、物項組和設備清單。設置了人工確認的功能，可根據(jù)管理需要定制管理對象。最終，為老化管理模塊提供各專業(yè)方向的管理對象清單。

3.1.3老化管理模塊

該模塊是本系統(tǒng)的核心功能模塊，分為老化管理審查和老化管理實施2個子模塊。

（1）老化管理審查：統(tǒng)一管理核電廠老化管理對象相關的服役環(huán)境、材料、機理、效應、管理大綱、管理措施等信息。對于關鍵設備，例如壓力容器、蒸汽發(fā)生器、堆內構件等，實施專項的老化管理，包括基礎信息、機理分析、管理審查、狀態(tài)審查、趨勢分析、經(jīng)驗反饋等數(shù)據(jù)的集成管理?？梢酝ㄟ^對關鍵物項的材料、運行環(huán)境和檢查監(jiān)督等數(shù)據(jù)的深入挖掘，自定義設置表征這些設備老化狀態(tài)的特征參數(shù)和安全裕度，對反映設備的老化狀態(tài)的特征參數(shù)進行趨勢分析，老化趨勢跟蹤頁面示例如圖 4所示。

（2）老化管理實施：本模塊集中管理專項的老化管理大綱，細化為管理要求和執(zhí)行結果記錄模塊，能夠實現(xiàn)與老化管理審查模塊關于管理要求和執(zhí)行結果數(shù)據(jù)的雙向關聯(lián)。老化管理實施的目的是在SSCs的使用或運行過程中，通過控制造成老化的運行環(huán)境及運行方式等因素，將SSCs性能的劣化降到最低[6]。

3.1.4經(jīng)驗反饋

國內核電廠經(jīng)過長期運行，積累了大量的老化管理經(jīng)驗，但沒有被統(tǒng)一收集、整理、分析和利用[7]，本模塊收集了國內外核電行業(yè)發(fā)生的重大老化事件信息，包括事件描述、原因分析、糾正措施等核心信息，并與關鍵物項老化管理模塊相關聯(lián)，實現(xiàn)各核電廠機組經(jīng)驗反饋事件或成果的共享。

3.1.5文檔管理

核電廠內外老化管理技術相關成果的集成，包括老化項目實施文件、技術成果、法規(guī)標準、管理程序等，并與關鍵物項的老化管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)關聯(lián)。

3.1.6系統(tǒng)維護

可在該模塊對核電廠信息、機組信息、文檔信息、大綱信息以及老化管理模塊的通用參數(shù)進行字典定義的維護管理。

除上述功能之外，本系統(tǒng)實現(xiàn)了與核電廠已有信息系統(tǒng)的接口和數(shù)據(jù)集成合，充分利用已有資源，如通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)EAM的接口獲取設備基礎數(shù)據(jù)信息，差異化的數(shù)據(jù)將在老化管理信息系統(tǒng)中直接補充填報，可以避免人因失誤造成的數(shù)據(jù)錯誤，提升數(shù)據(jù)的準確性。

參照核電其他信息系統(tǒng)[8-9]，本系統(tǒng)設計了與老化相關重要數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息可視化界面，如圖 5所示。主要包括：（1）對老化管理對象數(shù)量的分類統(tǒng)計圖形;（2）關鍵物項老化狀態(tài)參數(shù)趨勢圖;（3）與老化相關的狀態(tài)報告信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計;（4）重要廠房維修信息的統(tǒng)計圖。這些可視化界面有助于行業(yè)專家了解當前老化管理業(yè)務的進展，判斷關鍵物項的老化狀態(tài)趨勢，以便技術人員及時評價設備運行狀態(tài)，識別設備老化程度，制定最佳管理方案。

3.2 群堆管理網(wǎng)絡設計

為實現(xiàn)多個核電基地的群堆管理，本系統(tǒng)設計了如圖 6所示的網(wǎng)絡結構。老化管理系統(tǒng)集中部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺中，以機組為單位將各核電廠老化數(shù)據(jù)集中在總服務器中，設置了應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器，實現(xiàn)老化數(shù)據(jù)前臺與后臺分離管理。各核電廠用戶經(jīng)授權后，可通過行業(yè)內部網(wǎng)絡訪問總服務器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫維護團隊定期對總服務器中的軟件和數(shù)據(jù)進行維護，實現(xiàn)老化管理系統(tǒng)的更新和優(yōu)化。為保證系統(tǒng)安全，設置了防火墻和用戶身份驗證功能。該型網(wǎng)絡結構由專人維護，提升了數(shù)據(jù)庫平臺的適用效率，降低了核電廠用戶工作負擔，滿足行業(yè)安全要求，具有較高的實用性。

3.3 升級規(guī)劃

在后續(xù)升級優(yōu)化中，可陸續(xù)與各生產(chǎn)管理系統(tǒng)建立接口，如在役檢查系統(tǒng)、水化學管理系統(tǒng)和工單管理系統(tǒng)等，實現(xiàn)重要老化數(shù)據(jù)的自動讀取，提升系統(tǒng)工作效率。在積累了大量老化數(shù)據(jù)的基礎上，開展對關鍵物項老化狀態(tài)數(shù)據(jù)的深入挖掘，集成老化評估和壽命預測模型，實現(xiàn)老化降質的實時評估，為核電現(xiàn)場設備的維修和更換規(guī)劃提供技術支持。另外，擴大對老化相關經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)的收集范圍，開展專項的老化案例分析，為核電廠老化管理措施的完善提供重要參考。

4 結語

本文介紹了核電機組全范圍老化管理系統(tǒng)的技術思路和主要功能模塊，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對老化管理業(yè)務全流程和對象全范圍的覆蓋，解決了數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)和動態(tài)更新等相關技術問題，以設備全壽期老化數(shù)據(jù)集成管理為目標，實現(xiàn)了全廠老化數(shù)據(jù)管理業(yè)務的標準化。目前，該系統(tǒng)已覆蓋中國核電多數(shù)在役機組，在各廠老化管理業(yè)務的實施和同行評估中發(fā)揮了重要的作用。預計在未來幾年內，通過升級改造完善功能，將為核電機組安全、可靠、經(jīng)濟運行提供更深層次的技術支持。

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