陳銀萍 孫朋朋

摘要：智慧核電廠是通過采用先進(jìn)的信息技術(shù)，實現(xiàn)運行、維修、培訓(xùn)等生產(chǎn)信息與管理信息的智慧結(jié)合，實現(xiàn)人、技術(shù)、經(jīng)營目標(biāo)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(nèi)的運行、維修、培訓(xùn)等工作與信息系統(tǒng)相結(jié)合，運用廠區(qū)構(gòu)筑物及設(shè)備信息、歷史運行數(shù)據(jù)、維修記錄、核電廠經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)、培訓(xùn)授權(quán)數(shù)據(jù)等，使核電廠的信息管理集中到核電廠信息系統(tǒng)上，提高核電廠運行、維護(hù)、培訓(xùn)的標(biāo)準(zhǔn)性、可靠性和便利性。通過設(shè)計智慧核電廠信息系統(tǒng)，能夠?qū)崟r調(diào)用和借鑒有效數(shù)據(jù)指導(dǎo)日常工作，為核電廠工作人員及時提供綜合數(shù)據(jù)，并能夠預(yù)測未來和引導(dǎo)工作，使信息技術(shù)與核電技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)有機(jī)融合，全面提升核電廠的生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)營管理水平，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)核電廠的核心競爭能力。該文對智慧電廠信息系統(tǒng)國內(nèi)外情況和智慧電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行了介紹，為核電廠信息化、智能化設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧核電廠;信息系統(tǒng)設(shè)計;智能化

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）12-0078-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 引言

智慧核電廠信息系統(tǒng)可以定義為：綜合利用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，融入先進(jìn)的管理思想和技術(shù)策略，建立貫通核電廠生產(chǎn)經(jīng)營管理各環(huán)節(jié)的信息網(wǎng)絡(luò)，對核電廠各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理、控制和反饋，實現(xiàn)信息資源共享與管控一體化，為整個核電廠的生產(chǎn)管理與經(jīng)營管理服務(wù)，最終實現(xiàn)核電廠生產(chǎn)經(jīng)營管理的智能化和自動化[1]。智慧核電廠信息系統(tǒng)在核電廠中起著舉足輕重的作用。一方面，生產(chǎn)信息系統(tǒng)采集并長期存儲生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)，建立了全廠統(tǒng)一的生產(chǎn)信息平臺，為實現(xiàn)智慧核電廠奠定了基礎(chǔ)。同時，系統(tǒng)的性能計算與分析、故障診斷等功能為優(yōu)化機(jī)組運行提供技術(shù)支持。另一方面，智慧核電廠信息系統(tǒng)對核電廠的設(shè)備狀態(tài)信息、檢維修過程信息、經(jīng)營管理信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合挖掘和智能分析，實現(xiàn)對核電廠的生產(chǎn)、經(jīng)營和發(fā)展規(guī)劃提出決策支持[2]。

2 國內(nèi)外智慧電廠信息系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀

2015年5月8日發(fā)布了《中國制造2025》，這是中國政府實施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略第一個指導(dǎo)我國智慧能源產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的行動綱領(lǐng)。這個綱領(lǐng)在電力行業(yè)的具體要求是包括：推動大型高效超凈排放煤電機(jī)組產(chǎn)業(yè)化和示范應(yīng)用，進(jìn)一步提高超大容量水電機(jī)組、核電機(jī)組、重型燃?xì)廨啓C(jī)制造水平。推進(jìn)新能源和可再生能源裝備、先進(jìn)儲能裝置、智能電網(wǎng)用輸變電及用戶端設(shè)備發(fā)展 [3]。因此推行智慧核電廠信息系統(tǒng)是迫切的需要也是未來的重要目標(biāo)。

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(shù)、無線通信技術(shù)、先進(jìn)的模式識別（APR）算法實現(xiàn)了設(shè)備健康狀態(tài)的在線監(jiān)測及儀表在線校準(zhǔn)方法。該智能在線監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)備異常的早期探測，技術(shù)規(guī)格書中儀表校準(zhǔn)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(nèi)電廠的情況

中國核電有限公司采用ERDB設(shè)備可靠性平臺實現(xiàn)了系統(tǒng)與設(shè)備可靠性的智能管理，包括：系統(tǒng)監(jiān)督、設(shè)備分級、系統(tǒng)及設(shè)備健康評價、系統(tǒng)及設(shè)備性能監(jiān)測、預(yù)防性維護(hù)大綱和優(yōu)化、巡檢記錄等功能;采用物資主數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)物料數(shù)據(jù)的共享、庫存?zhèn)浼墓蚕怼⒔y(tǒng)一了物料編碼規(guī)則。三門核電構(gòu)建了一套故障診斷與健康管理（PHM）平臺，實現(xiàn)了重要設(shè)備的在線監(jiān)測及故障預(yù)測。

3 智慧核電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)核電廠的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，搭建一套全方位智能管理平臺，集成生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)、核電廠日常監(jiān)測數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等信息，在滿足核電系統(tǒng)安全策略的前提下，在智慧核電廠信息系統(tǒng)構(gòu)建五大業(yè)務(wù)應(yīng)用13大功能，具體見表1，實現(xiàn)核電廠的智能運行、維護(hù)、管理。

智慧核電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計采取“平臺+應(yīng)用”的模式，按照“云+端”的設(shè)計思想，充分利用、優(yōu)化、整合已有資源和應(yīng)用，引入大數(shù)據(jù)、云計算、5G 等新技術(shù)、新理念，全面打造移動應(yīng)用平臺。對于核電廠相關(guān)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(jī)），都能隨時提供核電廠智能化服務(wù)，同時也可以為核電廠設(shè)計、建造、調(diào)試、運行、計劃、商務(wù)、培訓(xùn)、人事、財務(wù)、項目管理等相關(guān)程序提供移動應(yīng)用平臺。通過移動平臺建設(shè)，實現(xiàn)固定業(yè)務(wù)應(yīng)用向移動業(yè)務(wù)應(yīng)用轉(zhuǎn)變。豐富業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的形式和載體，從傳統(tǒng)的辦公電腦向智能終端拓展，實現(xiàn)移動化、智能化，為提高工作質(zhì)量和工作效率提供強(qiáng)有力支撐。下面對表1中的部分功能設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)介紹。

設(shè)備管理：采取先進(jìn)的監(jiān)測手段（如：增加無線傳感器、無線紅外監(jiān)測技術(shù)、熱成像技術(shù)等）對核電廠設(shè)備的運行狀態(tài)和健康狀況進(jìn)行全面監(jiān)控，通過先進(jìn)算法進(jìn)行故障診斷，判斷系統(tǒng)和設(shè)備健康狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)和設(shè)備的微小故障狀態(tài)。對設(shè)備的未來運行狀態(tài)和剩余使用壽命進(jìn)行預(yù)測，促進(jìn)核電廠維護(hù)策略從“故障被動維修”向“基于狀態(tài)的主動維修（CBM）”的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)核電廠的預(yù)測性運維，實現(xiàn)：設(shè)備參數(shù)實時分析，判斷設(shè)備的健康狀態(tài)，在設(shè)備參數(shù)觸發(fā)報警前，識別運行特征異常并預(yù)警;預(yù)警發(fā)出后，能夠自動對預(yù)警進(jìn)行分級并分級別推送;針對運行異常的參數(shù)，系統(tǒng)能夠使用數(shù)據(jù)驅(qū)動、機(jī)理模型驅(qū)動的方式，對參數(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行外推;對單臺設(shè)備的故障位置、故障原因進(jìn)行推斷，并給出診斷信息。設(shè)備管理功能實現(xiàn)：狀態(tài)監(jiān)測的實現(xiàn)：通過為設(shè)備增加特殊傳感器，對設(shè)備及其失效模式進(jìn)行全面監(jiān)測，從而更加精準(zhǔn)地掌握設(shè)備運行狀況。將設(shè)備的各種監(jiān)測參數(shù)實時顯示在智能運維終端上，供技術(shù)人員和運維人員查看和決策;故障診斷的實現(xiàn)：根據(jù)在線監(jiān)測參數(shù)和診斷，利用大數(shù)據(jù)歷史庫，推斷故障可能發(fā)生位置及所需備件，提前按需調(diào)配配件庫存，精準(zhǔn)維護(hù)，提高維修效率，降低設(shè)備不可用時間;故障預(yù)警的實現(xiàn)：基于大數(shù)據(jù)方法，根據(jù)設(shè)備歷史運行參數(shù)，設(shè)置動態(tài)閾值，當(dāng)設(shè)備運行參數(shù)超過閾值時觸發(fā)預(yù)警。根據(jù)預(yù)警的嚴(yán)重程度設(shè)置不同預(yù)警級別，并根據(jù)預(yù)警級別以不同形式通知相關(guān)人員。維護(hù)人員根據(jù)預(yù)警信息及診斷信息采取不同的響應(yīng)策略。

智能培訓(xùn)與數(shù)字化驗證管理：通過智能培訓(xùn)系統(tǒng)實現(xiàn)運行操作員的培訓(xùn)。培訓(xùn)系統(tǒng)采用全面模擬核電廠重要系統(tǒng)及主控室布局，高度模擬機(jī)組正常運行及事故運行狀態(tài)。實現(xiàn)機(jī)組啟?？刂?、穩(wěn)定運行、日常監(jiān)盤、預(yù)計運行事件、事故工況等所有設(shè)計及擴(kuò)展工況的模擬，從而強(qiáng)化操作員的系統(tǒng)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(yīng)變能力。從而保證核電機(jī)組的安全、可靠、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地運行。數(shù)字化驗證系統(tǒng)可實現(xiàn)核電廠安全級和非安全級DCS系統(tǒng)的仿真和驗證，實現(xiàn)全三維可視化的核電控制的數(shù)字孿生。實現(xiàn)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(tǒng)運控狀態(tài)，找出隱藏BUG，確保變更邏輯安裝到現(xiàn)場DCS后能夠安全可靠地運行。

智能數(shù)據(jù)庫：核電廠備品備件特點如下：1）物資種類數(shù)量龐大，以萬為計數(shù)單位;2）備件特殊性：核級備件制造周期長，價格高，同時受監(jiān)管部門監(jiān)督。現(xiàn)有電廠備品備件數(shù)據(jù)庫僅實現(xiàn)了單純的備件信息的匯總統(tǒng)計等基本功能。智能數(shù)據(jù)庫通過先進(jìn)的預(yù)測技術(shù)、資源共享技術(shù)實現(xiàn)備件的智能管理：1）通過資源共享，實現(xiàn)多電廠備品備件數(shù)據(jù)庫的共享，優(yōu)化備件存儲量;2）通過先進(jìn)的統(tǒng)計及預(yù)測技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備使用時間、設(shè)備狀態(tài)參數(shù)等信息預(yù)估現(xiàn)場設(shè)備剩余壽命，提前規(guī)劃備件采購計劃。3）庫存?zhèn)浼ㄆ诰S護(hù)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(diào)用生產(chǎn)信息（隨時隨地查閱、共享核電廠的設(shè)計、運行、維修、培訓(xùn)等方面的信息）提高工作效率將會成為核電廠的發(fā)展趨勢。目前國內(nèi)的核電廠內(nèi)存在運行、維修等工作依賴計算機(jī)終端，面臨“運維工作與系統(tǒng)、設(shè)備歷史信息脫節(jié)”，如：無法在工作中實時調(diào)用設(shè)備參數(shù)，包括有設(shè)備設(shè)計參數(shù)、維修參數(shù)，以及與設(shè)備相關(guān)的運行技術(shù)規(guī)范要求等、“工作票處理流程智能化低”“規(guī)程及操作票與防人因工具結(jié)合差”“經(jīng)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(guān)鍵技術(shù)，將核電廠內(nèi)的運行、維修等工作與智能運維管理相結(jié)合，運用廠區(qū)構(gòu)筑物及設(shè)備信息、歷史運行數(shù)據(jù)、維修記錄、核電經(jīng)驗反饋數(shù)據(jù)等，使核電廠的信息管理能力從傳統(tǒng)的電廠計算機(jī)系統(tǒng)向外延伸到移動設(shè)備上。通過研發(fā)核電廠智能運維管理關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)崟r調(diào)用和借鑒有效數(shù)據(jù)指導(dǎo)日常工作，提升核電廠的工作效率。實現(xiàn)：1）三維空間定位：實現(xiàn)設(shè)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(shè)計建模技術(shù)，使生產(chǎn)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(tǒng)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(tǒng)的核電廠日常巡檢需要現(xiàn)場操作員、設(shè)備工程師等周期性地執(zhí)行現(xiàn)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(dá)或輻射劑量高的地區(qū)，巡檢受限，無法掌握該區(qū)域系統(tǒng)、設(shè)備狀態(tài);3）系統(tǒng)、設(shè)備和環(huán)境狀態(tài)的異常判斷完全依賴巡檢人員的知識經(jīng)驗。核電廠智能巡檢系統(tǒng)將有效避免傳統(tǒng)巡檢存在弊端。智能巡檢可通過增加在線儀表或者智能機(jī)器人方式，通過無線通信技術(shù)及GPS定位技術(shù)將巡檢數(shù)據(jù)實時上傳，降低巡檢人員的工作量并可實時掌握電廠狀態(tài)。通過構(gòu)建專家?guī)臁v史庫實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備故障的專家判斷，降低人員經(jīng)驗的依賴性。該巡檢方式受到挑戰(zhàn)。對特定區(qū)域采取智能視頻監(jiān)控或智能巡檢機(jī)器人，通過圖像識別等技術(shù)讀取儀表數(shù)據(jù)，監(jiān)測設(shè)備跑冒滴漏狀態(tài)，實現(xiàn)異常情況報警，減少人工巡檢。通過建立巡檢數(shù)據(jù)庫，對歷史巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘處理，實現(xiàn)對巡檢數(shù)據(jù)的自動判斷，識別異常數(shù)據(jù);在巡檢系統(tǒng)中建立與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的接口，為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，并接收其分析結(jié)果，幫助巡檢人員識別設(shè)備隱患。3）規(guī)程/操作票管理：規(guī)程/操作票管理包含各種操作票的查詢、打印、發(fā)送、統(tǒng)計、執(zhí)行情況（經(jīng)驗反饋）、執(zhí)行正確率計算等業(yè)務(wù)功能。對操作票的負(fù)責(zé)人、簽發(fā)人、許可人、操作人等的執(zhí)行正確率進(jìn)行自動統(tǒng)計，精確到每個人和部門。

4 結(jié)論

智慧核電廠的智能化設(shè)計要以智能發(fā)電、智能管理為基礎(chǔ)，通過“智慧核電廠信息系統(tǒng)”建設(shè)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、管理的一體化融合，從而實現(xiàn)安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的目標(biāo)[5]。通過建設(shè)智慧核電廠制信息系統(tǒng)以適應(yīng)電力改革的大環(huán)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(chǎn)型平穩(wěn)過渡到安全效益型，實現(xiàn)核電廠更高的價值創(chuàng)造。本文首先介紹了智慧電廠信息系統(tǒng)國內(nèi)外情況，隨之詳細(xì)描述了智慧核電廠信息系統(tǒng)的設(shè)計，對同行電站的智慧電廠信息系統(tǒng)設(shè)計提供了一定參考。

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【通聯(lián)編輯：梁書】