核電站重大設備在線監測平臺的研發與應用

何善紅，榮百中，崔妍

（蘇州熱工研究院有限公司，廣東深圳518000）

核電站重大設備在線監測平臺的研發與應用

何善紅，榮百中，崔妍

（蘇州熱工研究院有限公司，廣東深圳518000）

核電站重大設備在線監測平臺的研發及應用情況。該平臺通過自主創立的動態基準報警技術、多重閾值真偽識別技術、實時與非實時參數曲線混顯技術，實現了重大設備在線報警功能，能夠提前發現設備故障，進行故障跟蹤和診斷。通過該平臺在核電站的應用場景，對平臺新監測技術的合理性和有效性進行了驗證。

核電站；在線監測；多重閾

0 前言

在線監測技術是在被測設備處于運行條件下，對設備狀況進行連續或定時的監測。核電站數字化后使得設備運行實時數據可以有效的采集和存儲。如何有效利用采集的實時數據判斷設備狀態的好壞，是在線監測技術研究的核心內容。目前核電站主要依靠單一閾值報警方式，該種方式過多依賴于經驗數據，與現場實際的貼合度較差，造成了設備狀態判斷的準確性和及時性都較低，無法滿足核電設備監測標準

目前，通過各種技術和安全手段，能夠將工業網數據實時鏡像到管理網，進而實現主泵、汽輪機、發電機、蒸發器、主變和柴油機等核電廠重大設備瀏覽器模式下的遠程狀態監測。使用瀏覽器模式進行狀態監測的方式突破了傳統工業網狀態監測系統的局限，使每位員工得到授權后便可在自己的辦公電腦上進行重大設備的狀態監測。因此，研發適應于核電廠的智能監測技術，并應用于遠程狀態監控平臺，對于提升核電設備可靠性，保證機組穩定運行具有重要意義。

1 核心技術研發

1.1 IT 技術

在線監測平臺采用B/S模式開發，實時數據庫采用OSIsoft公司PI System，關系型數據庫采用Oracle數據庫。開發工具微軟VS，開發語言C#。平臺實現集團區域瀏覽器界面狀態監測，遠程監測、主動式報警，多層次預警，通信網絡結合采用多種移動終端進行提醒、郵件提醒。在線監測平臺應用框架圖見圖1，簡單分為3個部分，最底層是數據服務，主要采集工業網實時數據和其他系統接口數據和離線數據，其中，工業網實時數據采用隔離網閘單向傳輸，數據采用推的模式，用于保護網絡和系統安全。

中間數據存儲部分主要用于平臺的數據存儲。其中，關系型數據庫Oracle數據庫主要存儲參數預警信息、系統權限信息，系統運行條件的配置信息和系統日志等輔助信息。實時數據庫Pi System主要存儲重大設備測點和相關參數信息和利用數據庫自身功能進行計算服務。

1.2 應用技術

1.2.1 動態基準報警技術

動態基準報警技術包括1個層次的報警，一個是閾值報警，一個趨勢報警。閾值是指在自動控制系統中能產生一個校正動作的最小或最大輸入值。所研發的在線監測平臺通過實時獲取工業網實時數據，通過對設備主要參數測點閾值提前設置，當參數發生異常的時候，系統可以自動產生報警，并以短信、郵件方式及時提醒設備系統工程師進行關注。

（1）閾值報警。閾值報警中要實現某個指標的監視，通常可能需要監測多個測點才能實現，如變壓器—廠變繞組溫度（℃），系統需要同時監測GEV401MT，GEV402MT，GEV403MT，GEV501MT，GEV502MT等5個測點的數據。閾值設定中包括期望值、初預警值、預警值、初報警值和報警值（圖2）。閾值是設備系統工程師通過專家知識和實際情況計算得出的閾值。期望值與實際監測的值可能有偏差，可以理解為一個期望正常范圍的值。閾值報警的基準可能是一個固定值，也可能是一個區間值，程序需要通過監測的多個實時數據動態對比，監測發現參數異常。

圖1 重大設備在線監測平臺應用框架

圖2 閾值報警設置

（2）趨勢報警。趨勢報警監測單個測點，重點強調變化率。通過測點名取實時值，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數據庫自動計算獲得。對于趨勢的變化判斷同樣有閾值的設定（圖3）。

趨勢報警的閾值采用正負值波動模式，如主泵2號密封水注入流量（m3/h），測點名稱RCV021MD，實時監測值2，閾值0.5，當監測值＜1.5或＞2.5時，系統會觸發基準條件，為了有效避免誤報功能，系統會根據變化率、識別多重閾值進行處理（圖4）。動態基準報警技術還可以應用于報警參數的設置，報警鎖定和呼叫轉移，報警日志，報警門檻值的設定和修改、報警事件回放，個性化報警設置，趨勢報警的設置與顯示、報警后的簡單報表、重復報警的滯后發送等功能。當實時數據達到預報警值時即時發送提醒，當實時數據停止傳輸時發送提醒給相關平臺負責人，盡量避免無效報警（可自定義報警條件，在相應條件下將不發送提醒）。此外，通過開發報警后專家診斷系統的觸發接口，可對識別的異常信號進行故障診斷，以定位故障原因并制定維修處理策略。

圖3 主泵趨勢報警

圖4 趨勢圖

1.2.2 實時與非實時參數曲線混顯技術

實時與非實時參數曲線混顯技術是指實時數據與非實時數據可以在一個曲線圖中顯示（圖5）。該技術可實現10條曲線1 h～1 a的標準查詢，也可實現任意參數和任意時間段的查詢。通過對同一參數的多電站或多設備之間的對比，或是同一參數的不同歷史時期的對比，可以對比發現參數間的關聯關系，進而識別出設備潛在異常征兆。此外，根據實際需求，可以設定至少100個固定曲線組群。重大設備在線監測平臺中對于曲線坐標設置合理，顯示經準，色調搭配協調。對于歷史曲線，平臺實現了自動更新功能，并支持多坐標系曲線圖顯示功能。此外，為便于專家對歷史分析數據的借鑒和參考，平臺還實現了曲線可追溯功能，至少可以追溯5 a。

圖5 曲線混顯圖

1.2.3 多重閾值真偽識別技術

多重閾值真偽識別技術的使用將有效地識別無效數據對報警系統的影響，可對設備報警信息的真實性進行有效控制，現場工程師能夠依據真實的報警信息實現對設備故障的高效準確的分析及處理。

多重閾值技術正是應對于此種情況所研發的該技術通過自定義方式設置多重閾值。在核電重大設備狀態監測平臺中，將報警級別定義為四級方式，即初預警、預警、初報警、報警。通過對此四級閾值的設置，結合現場工況，可以實時獲得關鍵敏感參數的狀態變化。

同時，在實現多重閾值報警基礎上，實現對實時數據的真實有效性處理，也是保證報警信息有效性的一個重要保證，目前真偽識別技術在核電的應用是建立于現場工程師在使用過程中的不斷完善后，形成的一套理念，即通過對相關監測設備的工況參數、條件參數以及信號參數等的設定，達到對錯誤數據、無效數據、虛假數據等偽數據的梳理，進而實現現場設備專家及工程師在收到的報警信息能在最大程序上達到保真的效果，同時實現滿足報警信息不誤報也不亂報。

2 應用案例

平臺投運兩年多以來，在重大設備狀態監測上發揮了重要作用，以下為平臺實際應用的典型實例。

（1）報警送達。2010-5-15凌晨0:56，二號機組一號主泵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，觸發了重大設備在線監測平臺的預警閾值報警，平臺即時發出短信和OUTLOOK郵件提醒，系統工程師經確認2RCP001PO軸封注入水流量，并進行了異常通報，使問題得以迅速關注。

2010年12月31日8:25，系統工程師接收到重大設備在線監測平臺發出的3號發電機#4號冷卻器冷氫溫度L3GRH414MT達到預警上限的報警信息，隨后嚴格按照平臺報警流程響應，及時檢查L3GRH414MT以及發電機其他冷熱氫溫度，發現L3GRH414MT確實是真實的快速上升，同時對應的熱氫溫度和后端鐵芯溫度也開始上升，系統工程師立即將此重要信息反饋給主控，運行人員立即執行專項操作單對冷卻器3GRH301/401RF進行排氣，使發電機各個參數恢復正常。

（2）趨勢監測。2010年6月12日，系統工程師利用重大設備在線監測平臺進行狀態監測時，發現一號機海水循環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，最高達72.346℃，隨后回落到67.275℃保持穩定。系統工程師隨即異常通報并提工作申請，后續工作檢查發現KIT板件故障，更換后故障消除，指示恢復正常。

3 總結

重大設備在線監測平臺采用了動態基準報警技術，對參數異常發出智能預警，并將這些原理應用于參數趨勢跟蹤和預警模塊中。通過對重大設備監測參數的四級方式設定（設定初預警值、預警值、初報警、報警值），實現對重大設備進行逐層加深的狀態監測。

重大設備在線監測平臺實現了多重閾值真偽識別技術，結合現場工作及通信手段，能夠實現傳呼機和OUTLOOK郵箱信息提醒，使工程師能盡早發現參數異常，把重大設備異常處理在異常的萌芽階段，避免重大設備損壞帶來的巨大經濟損失。此外，此監測手段實現了工程師24 h在線監測，解決了24 h設遠程備狀態監測的重大問題。基于動態基準報警技術、多重閾值真偽識別技術、實時與非實時參數曲線混顯技術所研發的核電站重大設備在線監測平臺，作為新監測手段突破的示范性平臺，已成功應用于核電行業以及其他工業企業的重大設備狀態監測及預警中。

未來，重大設備在線監測平臺將依托大數據平臺建設，將模式識別技術應用于設備的狀態分析中，構建核電領域的重大設備監控體系，以提升核電設備監測的智能化水平。

〔編輯凌瑞〕

TM623.4

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.24