智能技術在核電領域中的應用探究

王謙，劉洋

（中廣核核電運營有限公司，廣東 深圳 518124）

智能技術在應用中能結合典型應用場景開展針對性的處理，建構智能化和數字化應用模式，維持核電領域各工作流程的規(guī)范化，利用升級處理手段提高經濟收益，從而促進綜合應用管理的進步。

1 核電領域中應用智能技術的意義

對于我國經濟發(fā)展體系而言，核電行業(yè)是高科技國家戰(zhàn)略產業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)，特別是在2021年1月，我國核能行業(yè)協(xié)會就核電運行數據予以公布和分析，核工藝發(fā)展已經成為推動“一帶一路”等重要國家規(guī)劃的關鍵。

（1）智能技術匹配網絡化處理手段、數字化技術等，能更好地提升核電行業(yè)的質量水平和發(fā)展速度，打造更加完整的智能發(fā)展規(guī)劃模式，確保核電領域各行業(yè)能踐行國家戰(zhàn)略發(fā)展目標，提高綜合收益。

（2）核電領域中應用人工智能，能在擴大操作范圍的同時實現行業(yè)內相關工作內容的深度融合，優(yōu)化數字化、自動化水平，為行業(yè)向著智能時代邁進提供保障。

除此之外，核電領域應用智能技術還能為核電設備全生命周期智能化管理提供支持，促進產業(yè)技術的迭代發(fā)展和更新變革，通過科創(chuàng)項目的建設，打造運維領域核心能力，在檢修工期全面提高效率，進而縮減工期，創(chuàng)收更多的直接經濟效益和間接經濟收益，實現傳統(tǒng)的運維生產方式的換代。

綜上所述，核電領域中應用智能技術具有重要的實踐意義。

2 核電領域中應用智能技術的具體方案

在核電領域中應用智能技術，能建構更加有效的一體化應用平臺，從智能設計、數字平臺處理到核電站退役，匹配智能化行業(yè)全產業(yè)鏈，就能更好地提高典型應用場景綜合處理的效果，維持多元發(fā)展目標。

2.1 智能機器人的應用

（1）相關技術。之所以要全面推廣智能機器人，不僅是因為機器人工作效率較高，更是受到核作業(yè)環(huán)境特殊性的影響，要發(fā)揮對應技術優(yōu)勢，減少檢修人員的受副照劑量。

①耐輻射技術。耐輻射的能力一定程度上能評估機器人的實際使用周期和可操作范圍。例如，在日本福島核事故處理工作中，在事故發(fā)生后投入一批應急機器人，均受到強放射性環(huán)境的影響，造成設備無法正常作業(yè)最終被召回，不僅沒有開展相應的作業(yè)任務，甚至會增加了放射性廢物，尤其是對機器人攝像模塊產生影響。基于此，智能機器人要借助耐輻射技術的應用升級實現多元功能的全面優(yōu)化，從而維持工作效果。②通信技術。在機器人開展相關作業(yè)并進入作業(yè)區(qū)域后，只有建立及時且可靠的反應處理模式，才能提升技術應用效率，若是利用有線通信技術，在一些作業(yè)環(huán)境較為復雜且機器人數量較多、操作作業(yè)種類較多的狀態(tài)下，就會出現線路打結等問題，影響通信功能。無線技術正在嘗試和推廣試點，沒有放開應用的主要原因是為了控制大功率無線設備產生的運行風險，可能會對現場重要敏感的電氣及儀控系統(tǒng)造成干擾，導致報警或設備誤動作。所以，通信技術中繼電器、通信線路設計優(yōu)化工作是維持整體技術方案順利開展的關鍵，能在匹配技術應用流程和控制模塊穩(wěn)定通信功能的基礎上，整合具體操作體系。③先進控制技術。相較傳統(tǒng)的單一化機器人遙控技術，智能機器人能利用更加先進的控制技術建立更加和諧的處理方案，并且豐富自身對外部環(huán)境的感知和反饋能力，匹配智能控制芯片就能提升輔助操作的綜合效率，保證“人-機-環(huán)”的全面融合，促進多元處理工序的全面落實。

（2）具體應用。目前，在核電領域中，應用智能機器人的項目需求較多，CPA 水下電極清理檢查、一回路高放逆止閥拆裝、高放環(huán)境下非接觸測量、核島一回路閥門不解體檢查等方面都要借助工業(yè)機器人技術實現，能在提升操作效率和質量的同時，降低工業(yè)安全風險和人員受照劑量，打造更加合理的技術處理方案。本文以搬運機器人為例：核電站主泵機封軸承搬運機器人能結合智能化技術建立完整的搬運處理工序，利用備件運輸路徑改良升級的方式更加便捷地開展相應作業(yè)，從而提升綜合應用效率，實現經濟效益和社會效益的雙贏。

①解決的痛點問題。主要解決的核電站大修痛點就在于，在傳統(tǒng)的機組大修操作中，主泵循環(huán)備件機械密封和軸承本身都是使用環(huán)吊的方式利用三角吊裝孔實現從零到20m，然后再經過主泵房間的頂部，吊裝到泵房內部，若是有實際需求，蓋板要維持打開狀態(tài)，對應的泵房內部也要打開電機層的格柵板結構，確保時間窗口維持核島關鍵路徑。這樣操作的過程中，因為環(huán)吊資源本身有限，所以要協(xié)調多個專業(yè)部門（包括核島經理、MRV 關蓋時間、服務起重人員），并且吊運工作的關鍵路徑工期緊張，要加上核島有限定人數要求，機封軸承吊裝操作就存在一定的難度。

②應用。利用搬運機器人能有效升級改良傳統(tǒng)的運輸路徑，這就能從根本上避免吊運工作處理過程受到環(huán)吊窗口結構以及主泵蓋板結構影響，維持較為合理的處理路徑，確保能建立自主控制備件運輸工作的平臺。并且，搬運機器人還能節(jié)省關鍵路徑的運行時間，為大修工作效率的全面提升提供保障。應用場景圖如圖1。

圖1 應用場景

③推廣價值?；诖耍徇\機器人具有一定的推廣應用價值，其發(fā)展前景較好。因為核電站常規(guī)化工作中每輪大修至少一個主泵開展2C 檢修，這就需要匹配對應的主泵機封結構，所以每輪大修工作都需要搬運機器人的輔助處理操作。我國中核部分同類型核電站也開始推廣使用。

除此之外，替代徒手搬運類工作的智能機器人在核電站常規(guī)化管理工作中也具有重要的應用價值，能有效解決人員夾傷等操作失誤，減少工業(yè)安全風險的同時提高搬運效率，實現“提升+運輸”等操作目標，完成工具柜、氣瓶、油桶以及各類形態(tài)部件的運輸，應用前景表示可以廣泛應用在中廣核各個基地，也能推廣到國內同類型機組中。例如，電氣部門配電方向的框架斷路器，重量為60kg，利用徒手的方式完成挪動搬運，存在壓腳等風險，若能利用智能化搬運機器人裝置，能減少搬運操作的難度。

2.2 核電設備設計

設備檢修后質量鏈條包括若干環(huán)節(jié)（設備設計制造、設備狀態(tài)跟蹤評估、翻新升級、檢修過程等），涉及核電產業(yè)鏈中設備制造廠、工程、運行、大修等多家單位，運維人員進行鏈條分析，找準問題，制定針對性的改進措施，對運維領域的質量管理，具有重要意義。因此，若能在設備檢修質量鏈條的最前端進行規(guī)范和控制，可以從源頭上避免設備缺陷和檢修質量問題。

（1）三維結構智能化設計。建立三維模型，即將智能技術作為核電設備設計工序的關鍵載體，并且配合三維模型，從而有效匹配數字化技術、智能化全專業(yè)協(xié)同技術，利用與現制定的協(xié)同設計標準保證相關操作的規(guī)范性。相較其他產品，核電設備產品的處理流程和設計工序更加穩(wěn)定，統(tǒng)籌融合規(guī)范化處理單元，借助智能分析技術實現快速設計和迭代處理。

（2）在核電設計需求增加和設計水平全面優(yōu)化的基礎上，匹配有限元理論分析模式和計算模式，就能建構高精度大規(guī)模的多物理場耦合仿真結構，維持結構優(yōu)化的目標，并匹配人工智能技術體系，從而實現多元發(fā)展的目標，真正意義上打造更加和諧的核電設備設計單元。最關鍵的是，核電設備設計中應用智能技術中卷積神經網絡匹配多層感知器學習反應堆幾何結構特征，建構快速的結構參數優(yōu)化結果，保證數據分析報告和處理效率的最優(yōu)化。

3 結語

總而言之，核能行業(yè)的發(fā)展進程不斷加快，為了進一步提升核電領域綜合管控工作的時效性，要積極融合智能技術方案，發(fā)揮智能技術應用優(yōu)勢作用，打造更加多元、智能、穩(wěn)定的運行體系，確保技術迭代改革工作的全面進步，在創(chuàng)設核心驅動方案的同時，提供良好的技術支撐，為我國核電領域可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅實的基礎。