核電廠全范圍老化管理信息系統研發

劉曉娟 呂方明

摘要：根據我國老化管理法規要求，建立了標準化的核電設備老化管理流程，開發了覆蓋全廠設備和完整老化管理流程的數據庫系統，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，介紹了系統主要功能架構、數據流關系、管理模式等內容。現場應用結果表明，本系統可以有效提升老化業務數據的準確性和實時性，對核電廠老化管理業務長遠發展提供重要保障。

關鍵詞：核電廠老化管理? 篩選數據

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節之中，老化管理相關數據的收集、整理、分類、存儲和分析評價處于重要地位和中心環節。國家核安全局制定的《核動力廠老化管理》導則HAD103/12-2012[1]規定：營運單位應根據老化管理大綱建立相應的數據收集和記錄保存系統，以促進老化管理大綱的實施和優化。國內核電行業在早期的老化管理業務實踐中，重點關注重大安全級設備的老化管理，開發眾多的設備級老化管理信息系統，如蒸汽發生器、壓力容器、穩壓器、堆內構件等。而國外核工業領域更是開發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。相互比較可以發現，國內核電領域老化管理信息系統開發存在一些不足，主要體現為未實現老化管理業務全過程和全范圍的覆蓋;數據庫較為封閉，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不能直觀展現，對數據的深度挖掘不夠，造成現有的老化管理信息系統在核電廠內部使用程度不高。

基于此，有必要開發一種全范圍老化管理信息系統，實現老化管理業務流程全覆蓋，體現老化管理工作的連續性和實時性，提升老化管理大綱開發和定期安全審查（PSR）等業務的工作效率，最終實現核電廠老化數據管理業務的標準化。本文正是以此為研發思路，詳細介紹了全范圍老化管理信息系統的設計和功能，該系統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務發展，提升工作效率和管理水平，老化管理信息信息系統應當實現以下功能。

（1）實現老化管理全流程業務數據的集中存儲，保證數據的連續性、完整性，準確性。

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

（3）實現核電廠老化相關的系統、構筑物和部件（SSCs）的自動篩選。

（4）實現對關鍵設備老化管理各環節，包括設計、制造、運行、維修、檢查監督、性能試驗、經驗反饋等數據的集成管理，根據狀態趨勢分析及時發出老化降質預警。

（5）實現老化數據的自動分析和圖表生成等;實現數據錄入和導出等操作的便捷性，提升業務效率。

（6）便于與其他系統建立接口，避免數據孤島。

2 標準老化管理業務流程

2.1 老化管理對象的確定

核電廠的老化管理業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、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。

首先，建立系統、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、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、物項組和設備等3個層級。

其次，制定了符合我國核電行業要求的篩選準則：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;一些行業經驗也是篩選時重點考慮的因素，如監督當局的要求、專家的經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，本系統的對象篩選充分考慮了機械、構筑物和電儀專業的設備管理特點，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行及跟蹤優化工作。本系統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，制定具體的管理要求。最后，執行大綱的管理要求，并根據執行效果對大綱管理要求做必要優化。

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

3 老化管理信息系統設計

3.1 系統功能架構及數據流關系

根據上述老化管理策略，設計了本系統平臺功能結構圖，如圖 3所示，包括基礎數據、老化篩選、老化管理、文檔管理、經驗反饋和系統維護等6個功能模塊。

3.1.1基礎數據模塊

維護機械、電儀和構筑物的清單，包括系統（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

依據前述設定的篩選原則，篩選出機械專業的系統、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、物項組和設備清單。設置了人工確認的功能，可根據管理需要定制管理對象。最終，為老化管理模塊提供各專業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：統一管理核電廠老化管理對象相關的服役環境、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、狀態審查、趨勢分析、經驗反饋等數據的集成管理。可以通過對關鍵物項的材料、運行環境和檢查監督等數據的深入挖掘，自定義設置表征這些設備老化狀態的特征參數和安全裕度，對反映設備的老化狀態的特征參數進行趨勢分析，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行結果記錄模塊，能夠實現與老化管理審查模塊關于管理要求和執行結果數據的雙向關聯。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經驗反饋

國內核電廠經過長期運行，積累了大量的老化管理經驗，但沒有被統一收集、整理、分析和利用[7]，本模塊收集了國內外核電行業發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，實現各核電廠機組經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、法規標準、管理程序等，并與關鍵物項的老化管理模塊實現數據關聯。

3.1.6系統維護

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進行字典定義的維護管理。

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

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

3.2 群堆管理網絡設計

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

3.3 升級規劃

在后續升級優化中，可陸續與各生產管理系統建立接口，如在役檢查系統、水化學管理系統和工單管理系統等，實現重要老化數據的自動讀取，提升系統工作效率。在積累了大量老化數據的基礎上，開展對關鍵物項老化狀態數據的深入挖掘，集成老化評估和壽命預測模型，實現老化降質的實時評估，為核電現場設備的維修和更換規劃提供技術支持。另外，擴大對老化相關經驗反饋數據的收集范圍，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的技術思路和主要功能模塊，該系統實現了對老化管理業務全流程和對象全范圍的覆蓋，解決了數據集成展現和動態更新等相關技術問題，以設備全壽期老化數據集成管理為目標，實現了全廠老化數據管理業務的標準化。目前，該系統已覆蓋中國核電多數在役機組，在各廠老化管理業務的實施和同行評估中發揮了重要的作用。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、經濟運行提供更深層次的技術支持。

參考文獻

[1]國家核安全局.《核動力廠老化管理》核安全導則HAD103/12[S].2012.

[2]馬若群，呂云鶴，盛朝陽，等. 淺析美國核電廠執照更新的物項篩選原則[J].核安全，2020（4）：39-44.

[3]呂云鶴，初起寶，王臣，等.核電廠老化管理審查方法分析與研究[J].核安全，2021，20（6）：1-7.

[4]U.S.Nuclear Regulatory Commission.Generic Aging Lessons Learned （GALL） Report，NRC NUREG-1801[Z].2010.

[5]International Atomic Energy Agency.Aging management for nuclear power plants International Generic Aging Lessons Learned（IGALL）：IAEA Safety Reports Series No.82[R].2015.

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[7]孫海濤，吳彩霞，馬若群，等.核電廠通用老化經驗報告分析與編制建議[J].核安全，2021（1）：1-5.

[8]汪偉.核電廠熱疲勞監測系統設計研究[D].上海：上海交通大學，2020.

[9]申屠軍.核電數字化設計的數據管理系統研究[D].上海：上海交通大學，2020.