核電站重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺的研發(fā)與應(yīng)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(shè)備在線監(jiān)測平臺的研發(fā)與應(yīng)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(shè)備在線監(jiān)測平臺的研發(fā)及應(yīng)用情況。該平臺通過自主創(chuàng)立的動態(tài)基準報警技術(shù)、多重閾值真?zhèn)巫R別技術(shù)、實時與非實時參數(shù)曲線混顯技術(shù)，實現(xiàn)了重大設(shè)備在線報警功能，能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，進行故障跟蹤和診斷。通過該平臺在核電站的應(yīng)用場景，對平臺新監(jiān)測技術(shù)的合理性和有效性進行了驗證。

核電站；在線監(jiān)測；多重閾

0 前言

在線監(jiān)測技術(shù)是在被測設(shè)備處于運行條件下，對設(shè)備狀況進行連續(xù)或定時的監(jiān)測。核電站數(shù)字化后使得設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)可以有效的采集和存儲。如何有效利用采集的實時數(shù)據(jù)判斷設(shè)備狀態(tài)的好壞，是在線監(jiān)測技術(shù)研究的核心內(nèi)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(jīng)驗數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場實際的貼合度較差，造成了設(shè)備狀態(tài)判斷的準確性和及時性都較低，無法滿足核電設(shè)備監(jiān)測標準

目前，通過各種技術(shù)和安全手段，能夠?qū)⒐I(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)實時鏡像到管理網(wǎng)，進而實現(xiàn)主泵、汽輪機、發(fā)電機、蒸發(fā)器、主變和柴油機等核電廠重大設(shè)備瀏覽器模式下的遠程狀態(tài)監(jiān)測。使用瀏覽器模式進行狀態(tài)監(jiān)測的方式突破了傳統(tǒng)工業(yè)網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的局限，使每位員工得到授權(quán)后便可在自己的辦公電腦上進行重大設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。因此，研發(fā)適應(yīng)于核電廠的智能監(jiān)測技術(shù)，并應(yīng)用于遠程狀態(tài)監(jiān)控平臺，對于提升核電設(shè)備可靠性，保證機組穩(wěn)定運行具有重要意義。

1 核心技術(shù)研發(fā)

1.1 IT 技術(shù)

在線監(jiān)測平臺采用B/S模式開發(fā)，實時數(shù)據(jù)庫采用OSIsoft公司PI System，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫。開發(fā)工具微軟VS，開發(fā)語言C#。平臺實現(xiàn)集團區(qū)域瀏覽器界面狀態(tài)監(jiān)測，遠程監(jiān)測、主動式報警，多層次預警，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合采用多種移動終端進行提醒、郵件提醒。在線監(jiān)測平臺應(yīng)用框架圖見圖1，簡單分為3個部分，最底層是數(shù)據(jù)服務(wù)，主要采集工業(yè)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)和其他系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)，其中，工業(yè)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)采用隔離網(wǎng)閘單向傳輸，數(shù)據(jù)采用推的模式，用于保護網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)安全。

中間數(shù)據(jù)存儲部分主要用于平臺的數(shù)據(jù)存儲。其中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫Oracle數(shù)據(jù)庫主要存儲參數(shù)預警信息、系統(tǒng)權(quán)限信息，系統(tǒng)運行條件的配置信息和系統(tǒng)日志等輔助信息。實時數(shù)據(jù)庫Pi System主要存儲重大設(shè)備測點和相關(guān)參數(shù)信息和利用數(shù)據(jù)庫自身功能進行計算服務(wù)。

1.2 應(yīng)用技術(shù)

1.2.1 動態(tài)基準報警技術(shù)

動態(tài)基準報警技術(shù)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(tǒng)中能產(chǎn)生一個校正動作的最小或最大輸入值。所研發(fā)的在線監(jiān)測平臺通過實時獲取工業(yè)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，通過對設(shè)備主要參數(shù)測點閾值提前設(shè)置，當參數(shù)發(fā)生異常的時候，系統(tǒng)可以自動產(chǎn)生報警，并以短信、郵件方式及時提醒設(shè)備系統(tǒng)工程師進行關(guān)注。

（1）閾值報警。閾值報警中要實現(xiàn)某個指標的監(jiān)視，通?？赡苄枰O(jiān)測多個測點才能實現(xiàn)，如變壓器—廠變繞組溫度（℃），系統(tǒng)需要同時監(jiān)測GEV401MT，GEV402MT，GEV403MT，GEV501MT，GEV502MT等5個測點的數(shù)據(jù)。閾值設(shè)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(shè)備系統(tǒng)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(jiān)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(qū)間值，程序需要通過監(jiān)測的多個實時數(shù)據(jù)動態(tài)對比，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常。

圖1 重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺應(yīng)用框架

圖2 閾值報警設(shè)置

（2）趨勢報警。趨勢報警監(jiān)測單個測點，重點強調(diào)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(shù)據(jù)庫自動計算獲得。對于趨勢的變化判斷同樣有閾值的設(shè)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(jiān)測值2，閾值0.5，當監(jiān)測值＜1.5或＞2.5時，系統(tǒng)會觸發(fā)基準條件，為了有效避免誤報功能，系統(tǒng)會根據(jù)變化率、識別多重閾值進行處理（圖4）。動態(tài)基準報警技術(shù)還可以應(yīng)用于報警參數(shù)的設(shè)置，報警鎖定和呼叫轉(zhuǎn)移，報警日志，報警門檻值的設(shè)定和修改、報警事件回放，個性化報警設(shè)置，趨勢報警的設(shè)置與顯示、報警后的簡單報表、重復報警的滯后發(fā)送等功能。當實時數(shù)據(jù)達到預報警值時即時發(fā)送提醒，當實時數(shù)據(jù)停止傳輸時發(fā)送提醒給相關(guān)平臺負責人，盡量避免無效報警（可自定義報警條件，在相應(yīng)條件下將不發(fā)送提醒）。此外，通過開發(fā)報警后專家診斷系統(tǒng)的觸發(fā)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(shù)曲線混顯技術(shù)

實時與非實時參數(shù)曲線混顯技術(shù)是指實時數(shù)據(jù)與非實時數(shù)據(jù)可以在一個曲線圖中顯示（圖5）。該技術(shù)可實現(xiàn)10條曲線1 h～1 a的標準查詢，也可實現(xiàn)任意參數(shù)和任意時間段的查詢。通過對同一參數(shù)的多電站或多設(shè)備之間的對比，或是同一參數(shù)的不同歷史時期的對比，可以對比發(fā)現(xiàn)參數(shù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進而識別出設(shè)備潛在異常征兆。此外，根據(jù)實際需求，可以設(shè)定至少100個固定曲線組群。重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺中對于曲線坐標設(shè)置合理，顯示經(jīng)準，色調(diào)搭配協(xié)調(diào)。對于歷史曲線，平臺實現(xiàn)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(shù)據(jù)的借鑒和參考，平臺還實現(xiàn)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?zhèn)巫R別技術(shù)

多重閾值真?zhèn)巫R別技術(shù)的使用將有效地識別無效數(shù)據(jù)對報警系統(tǒng)的影響，可對設(shè)備報警信息的真實性進行有效控制，現(xiàn)場工程師能夠依據(jù)真實的報警信息實現(xiàn)對設(shè)備故障的高效準確的分析及處理。

多重閾值技術(shù)正是應(yīng)對于此種情況所研發(fā)的該技術(shù)通過自定義方式設(shè)置多重閾值。在核電重大設(shè)備狀態(tài)監(jiān)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(shè)置，結(jié)合現(xiàn)場工況，可以實時獲得關(guān)鍵敏感參數(shù)的狀態(tài)變化。

同時，在實現(xiàn)多重閾值報警基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)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?zhèn)巫R別技術(shù)在核電的應(yīng)用是建立于現(xiàn)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(guān)監(jiān)測設(shè)備的工況參數(shù)、條件參數(shù)以及信號參數(shù)等的設(shè)定，達到對錯誤數(shù)據(jù)、無效數(shù)據(jù)、虛假數(shù)據(jù)等偽數(shù)據(jù)的梳理，進而實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)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(xiàn)滿足報警信息不誤報也不亂報。

2 應(yīng)用案例

平臺投運兩年多以來，在重大設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測上發(fā)揮了重要作用，以下為平臺實際應(yīng)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(fā)了重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺的預警閾值報警，平臺即時發(fā)出短信和OUTLOOK郵件提醒，系統(tǒng)工程師經(jīng)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(guān)注。

2010年12月31日8:25，系統(tǒng)工程師接收到重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺發(fā)出的3號發(fā)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(yīng)，及時檢查L3GRH414MT以及發(fā)電機其他冷熱氫溫度，發(fā)現(xiàn)L3GRH414MT確實是真實的快速上升，同時對應(yīng)的熱氫溫度和后端鐵芯溫度也開始上升，系統(tǒng)工程師立即將此重要信息反饋給主控，運行人員立即執(zhí)行專項操作單對冷卻器3GRH301/401RF進行排氣，使發(fā)電機各個參數(shù)恢復正常。

（2）趨勢監(jiān)測。2010年6月12日，系統(tǒng)工程師利用重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺進行狀態(tài)監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)一號機海水循環(huán)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(wěn)定。系統(tǒng)工程師隨即異常通報并提工作申請，后續(xù)工作檢查發(fā)現(xiàn)KIT板件故障，更換后故障消除，指示恢復正常。

3 總結(jié)

重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺采用了動態(tài)基準報警技術(shù)，對參數(shù)異常發(fā)出智能預警，并將這些原理應(yīng)用于參數(shù)趨勢跟蹤和預警模塊中。通過對重大設(shè)備監(jiān)測參數(shù)的四級方式設(shè)定（設(shè)定初預警值、預警值、初報警、報警值），實現(xiàn)對重大設(shè)備進行逐層加深的狀態(tài)監(jiān)測。

重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺實現(xiàn)了多重閾值真?zhèn)巫R別技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場工作及通信手段，能夠?qū)崿F(xiàn)傳呼機和OUTLOOK郵箱信息提醒，使工程師能盡早發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常，把重大設(shè)備異常處理在異常的萌芽階段，避免重大設(shè)備損壞帶來的巨大經(jīng)濟損失。此外，此監(jiān)測手段實現(xiàn)了工程師24 h在線監(jiān)測，解決了24 h設(shè)遠程備狀態(tài)監(jiān)測的重大問題?；趧討B(tài)基準報警技術(shù)、多重閾值真?zhèn)巫R別技術(shù)、實時與非實時參數(shù)曲線混顯技術(shù)所研發(fā)的核電站重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺，作為新監(jiān)測手段突破的示范性平臺，已成功應(yīng)用于核電行業(yè)以及其他工業(yè)企業(yè)的重大設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及預警中。

未來，重大設(shè)備在線監(jiān)測平臺將依托大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，將模式識別技術(shù)應(yīng)用于設(shè)備的狀態(tài)分析中，構(gòu)建核電領(lǐng)域的重大設(shè)備監(jiān)控體系，以提升核電設(shè)備監(jiān)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