智慧核電廠信息系統設計

陳銀萍 孫朋朋

摘要：智慧核電廠是通過采用先進的信息技術，實現運行、維修、培訓等生產信息與管理信息的智慧結合，實現人、技術、經營目標和管理方法的集成，是核電管理思想的一個新突破。將核電廠內的運行、維修、培訓等工作與信息系統相結合，運用廠區構筑物及設備信息、歷史運行數據、維修記錄、核電廠經驗反饋數據、培訓授權數據等，使核電廠的信息管理集中到核電廠信息系統上，提高核電廠運行、維護、培訓的標準性、可靠性和便利性。通過設計智慧核電廠信息系統，能夠實時調用和借鑒有效數據指導日常工作，為核電廠工作人員及時提供綜合數據，并能夠預測未來和引導工作，使信息技術與核電技術、現代管理技術有機融合，全面提升核電廠的生產技術和經營管理水平，提高經濟效益，增強核電廠的核心競爭能力。該文對智慧電廠信息系統國內外情況和智慧電廠信息系統的設計進行了介紹，為核電廠信息化、智能化設計提供參考。

關鍵詞：智慧核電廠;信息系統設計;智能化

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）12-0078-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

智慧核電廠信息系統可以定義為：綜合利用計算機技術、網絡技術、軟件技術等現代信息技術，融入先進的管理思想和技術策略，建立貫通核電廠生產經營管理各環節的信息網絡，對核電廠各環節產生的信息數據進行采集、分析、處理、控制和反饋，實現信息資源共享與管控一體化，為整個核電廠的生產管理與經營管理服務，最終實現核電廠生產經營管理的智能化和自動化[1]。智慧核電廠信息系統在核電廠中起著舉足輕重的作用。一方面，生產信息系統采集并長期存儲生產過程實時數據，建立了全廠統一的生產信息平臺，為實現智慧核電廠奠定了基礎。同時，系統的性能計算與分析、故障診斷等功能為優化機組運行提供技術支持。另一方面，智慧核電廠信息系統對核電廠的設備狀態信息、檢維修過程信息、經營管理信息等數據進行整合挖掘和智能分析，實現對核電廠的生產、經營和發展規劃提出決策支持[2]。

2 國內外智慧電廠信息系統建設的現狀

2015年5月8日發布了《中國制造2025》，這是中國政府實施制造強國戰略第一個指導我國智慧能源產業大發展的行動綱領。這個綱領在電力行業的具體要求是包括：推動大型高效超凈排放煤電機組產業化和示范應用，進一步提高超大容量水電機組、核電機組、重型燃氣輪機制造水平。推進新能源和可再生能源裝備、先進儲能裝置、智能電網用輸變電及用戶端設備發展 [3]。因此推行智慧核電廠信息系統是迫切的需要也是未來的重要目標。

2.1國外電廠的情況

加拿大Bruce核電廠通過無線傳感器技術、無線通信技術、先進的模式識別（APR）算法實現了設備健康狀態的在線監測及儀表在線校準方法。該智能在線監測技術實現了設備異常的早期探測，技術規格書中儀表校準周期的延長，減少了運維的人力成本、降低了人員工作中的受輻照計量 [4]。

2.2 國內電廠的情況

中國核電有限公司采用ERDB設備可靠性平臺實現了系統與設備可靠性的智能管理，包括：系統監督、設備分級、系統及設備健康評價、系統及設備性能監測、預防性維護大綱和優化、巡檢記錄等功能;采用物資主數據管理平臺實現物料數據的共享、庫存備件的共享、統一了物料編碼規則。三門核電構建了一套故障診斷與健康管理（PHM）平臺，實現了重要設備的在線監測及故障預測。

3 智慧核電廠信息系統的設計

根據核電廠的網絡設計，搭建一套全方位智能管理平臺，集成生產實時數據、核電廠日常監測數據、管理數據等信息，在滿足核電系統安全策略的前提下，在智慧核電廠信息系統構建五大業務應用13大功能，具體見表1，實現核電廠的智能運行、維護、管理。

智慧核電廠信息系統的設計采取“平臺+應用”的模式，按照“云+端”的設計思想，充分利用、優化、整合已有資源和應用，引入大數據、云計算、5G 等新技術、新理念，全面打造移動應用平臺。對于核電廠相關的工作人員，無論是使用固定終端（如臺式電腦、便攜式電腦），還是移動終端（如平板電腦、智能手機），都能隨時提供核電廠智能化服務，同時也可以為核電廠設計、建造、調試、運行、計劃、商務、培訓、人事、財務、項目管理等相關程序提供移動應用平臺。通過移動平臺建設，實現固定業務應用向移動業務應用轉變。豐富業務應用服務的形式和載體，從傳統的辦公電腦向智能終端拓展，實現移動化、智能化，為提高工作質量和工作效率提供強有力支撐。下面對表1中的部分功能設計進行詳細介紹。

設備管理：采取先進的監測手段（如：增加無線傳感器、無線紅外監測技術、熱成像技術等）對核電廠設備的運行狀態和健康狀況進行全面監控，通過先進算法進行故障診斷，判斷系統和設備健康狀態，及時發現系統和設備的微小故障狀態。對設備的未來運行狀態和剩余使用壽命進行預測，促進核電廠維護策略從“故障被動維修”向“基于狀態的主動維修（CBM）”的轉變，實現核電廠的預測性運維，實現：設備參數實時分析，判斷設備的健康狀態，在設備參數觸發報警前，識別運行特征異常并預警;預警發出后，能夠自動對預警進行分級并分級別推送;針對運行異常的參數，系統能夠使用數據驅動、機理模型驅動的方式，對參數發展趨勢進行外推;對單臺設備的故障位置、故障原因進行推斷，并給出診斷信息。設備管理功能實現：狀態監測的實現：通過為設備增加特殊傳感器，對設備及其失效模式進行全面監測，從而更加精準地掌握設備運行狀況。將設備的各種監測參數實時顯示在智能運維終端上，供技術人員和運維人員查看和決策;故障診斷的實現：根據在線監測參數和診斷，利用大數據歷史庫，推斷故障可能發生位置及所需備件，提前按需調配配件庫存，精準維護，提高維修效率，降低設備不可用時間;故障預警的實現：基于大數據方法，根據設備歷史運行參數，設置動態閾值，當設備運行參數超過閾值時觸發預警。根據預警的嚴重程度設置不同預警級別，并根據預警級別以不同形式通知相關人員。維護人員根據預警信息及診斷信息采取不同的響應策略。

智能培訓與數字化驗證管理：通過智能培訓系統實現運行操作員的培訓。培訓系統采用全面模擬核電廠重要系統及主控室布局，高度模擬機組正常運行及事故運行狀態。實現機組啟?？刂?、穩定運行、日常監盤、預計運行事件、事故工況等所有設計及擴展工況的模擬，從而強化操作員的系統分析能力、運行分析能力、事故處理能力，提高操作員的操作熟練度和應變能力。從而保證核電機組的安全、可靠、穩定、經濟地運行。數字化驗證系統可實現核電廠安全級和非安全級DCS系統的仿真和驗證，實現全三維可視化的核電控制的數字孿生。實現控制邏輯變更的驗證，在邏輯變更后通過仿真平臺，全方位模擬系統運控狀態，找出隱藏BUG，確保變更邏輯安裝到現場DCS后能夠安全可靠地運行。

智能數據庫：核電廠備品備件特點如下：1）物資種類數量龐大，以萬為計數單位;2）備件特殊性：核級備件制造周期長，價格高，同時受監管部門監督?，F有電廠備品備件數據庫僅實現了單純的備件信息的匯總統計等基本功能。智能數據庫通過先進的預測技術、資源共享技術實現備件的智能管理：1）通過資源共享，實現多電廠備品備件數據庫的共享，優化備件存儲量;2）通過先進的統計及預測技術，根據現場設備使用時間、設備狀態參數等信息預估現場設備剩余壽命，提前規劃備件采購計劃。3）庫存備件定期維護提醒。

智能運維：智慧核電廠將減少人員值守需求，通過實時調用生產信息（隨時隨地查閱、共享核電廠的設計、運行、維修、培訓等方面的信息）提高工作效率將會成為核電廠的發展趨勢。目前國內的核電廠內存在運行、維修等工作依賴計算機終端，面臨“運維工作與系統、設備歷史信息脫節”，如：無法在工作中實時調用設備參數，包括有設備設計參數、維修參數，以及與設備相關的運行技術規范要求等、“工作票處理流程智能化低”“規程及操作票與防人因工具結合差”“經驗反饋與運維工作相脫離”，針對以上問題非常有必要研究核電廠智能運維管理關鍵技術，將核電廠內的運行、維修等工作與智能運維管理相結合，運用廠區構筑物及設備信息、歷史運行數據、維修記錄、核電經驗反饋數據等，使核電廠的信息管理能力從傳統的電廠計算機系統向外延伸到移動設備上。通過研發核電廠智能運維管理關鍵技術，能夠實時調用和借鑒有效數據指導日常工作，提升核電廠的工作效率。實現：1）三維空間定位：實現設備、管道、儀表取樣點及隱蔽工程信息可視化。通過大范圍的三維空間設計建模技術，使生產管理人員體驗邏輯操作場景與實際物理場景信息互動的感受，將傳統運行人員的操作界面在物理維度上延展，共享智能運維終端的信息。2）智能巡檢：傳統的核電廠日常巡檢需要現場操作員、設備工程師等周期性地執行現場巡檢，該巡檢方式有如下弊端：1）占用工作人員大量時間完成巡檢;2）對于不可達或輻射劑量高的地區，巡檢受限，無法掌握該區域系統、設備狀態;3）系統、設備和環境狀態的異常判斷完全依賴巡檢人員的知識經驗。核電廠智能巡檢系統將有效避免傳統巡檢存在弊端。智能巡檢可通過增加在線儀表或者智能機器人方式，通過無線通信技術及GPS定位技術將巡檢數據實時上傳，降低巡檢人員的工作量并可實時掌握電廠狀態。通過構建專家庫、歷史庫實現系統設備故障的專家判斷，降低人員經驗的依賴性。該巡檢方式受到挑戰。對特定區域采取智能視頻監控或智能巡檢機器人，通過圖像識別等技術讀取儀表數據，監測設備跑冒滴漏狀態，實現異常情況報警，減少人工巡檢。通過建立巡檢數據庫，對歷史巡檢數據進行挖掘處理，實現對巡檢數據的自動判斷，識別異常數據;在巡檢系統中建立與狀態監測系統的接口，為狀態監測系統提供監測數據，并接收其分析結果，幫助巡檢人員識別設備隱患。3）規程/操作票管理：規程/操作票管理包含各種操作票的查詢、打印、發送、統計、執行情況（經驗反饋）、執行正確率計算等業務功能。對操作票的負責人、簽發人、許可人、操作人等的執行正確率進行自動統計，精確到每個人和部門。

4 結論

智慧核電廠的智能化設計要以智能發電、智能管理為基礎，通過“智慧核電廠信息系統”建設，實現數據、信息、管理的一體化融合，從而實現安全性、可靠性、經濟性的目標[5]。通過建設智慧核電廠制信息系統以適應電力改革的大環境，健全和完善核電廠的管理制度，核電廠管理水平再上一個臺階，使核電廠從安全生產型平穩過渡到安全效益型，實現核電廠更高的價值創造。本文首先介紹了智慧電廠信息系統國內外情況，隨之詳細描述了智慧核電廠信息系統的設計，對同行電站的智慧電廠信息系統設計提供了一定參考。

參考文獻：

[1] 王鵬.管控一體化信息系統在火力發電廠的應用[J].科技創新與生產力，2012（10）：70-72.

[2] 陳衛.“智能化電廠”淺析——發電廠信息化建設思考[J].電力信息化，2004，2（10）：41-43.

[3]《中國能源》編輯部.國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見[J].中國能源，2015（9）：11.

[4] On-Line Monitoring Plant Performance Applications at Bruce Power.Palo Alto，CA：2012.EPRI，1025321.

[5] 田寧.智慧電廠頂層設計的研究[D].秦皇島：燕山大學，2016.

【通聯編輯：梁書】