中廣核研究院：創(chuàng)新升級(jí) 提升我國(guó)核電站智能運(yùn)維水平

文/潘慧 陳敏翼

[導(dǎo)語(yǔ)]

中廣核研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中廣核研究院”）是中國(guó)廣核集團(tuán)科技研發(fā)、專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)、高端裝備制造專(zhuān)業(yè)化平臺(tái)，緊密?chē)@集團(tuán)發(fā)展戰(zhàn)略、服務(wù)集團(tuán)未來(lái)發(fā)展，聚焦以新堆型和核燃料為代表的未來(lái)先進(jìn)生產(chǎn)力開(kāi)展科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，推進(jìn)科技成果向應(yīng)用端的轉(zhuǎn)化，為集團(tuán)發(fā)展提供有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品和技術(shù)。在今年廣東省科技創(chuàng)新大會(huì)上，中廣核研究院“核電站高效安全換料大修機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與智能裝備研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2021年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

榮獲2021年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

《廣東科技》：恭喜貴公司“核電站高效安全換料大修機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與智能裝備研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲2021年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。請(qǐng)介紹你們的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目及其科研團(tuán)隊(duì)的基本情況。

中廣核研究院：謝謝！中廣核研究院有限公司（原中科華核電技術(shù)研究院有限公司，于2015年10月28日正式更名），隸屬于中國(guó)廣核電力股份有限公司（01816.HK），是中國(guó)廣核集團(tuán)的國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心，也是國(guó)家能源核電站核級(jí)設(shè)備研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心、國(guó)家能源先進(jìn)核燃料元件研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心的建設(shè)依托單位。公司注冊(cè)資本金23.36億元，設(shè)有7個(gè)專(zhuān)業(yè)研究所、2個(gè)基礎(chǔ)研究所（平臺(tái)）、2個(gè)研發(fā)項(xiàng)目部，此外還設(shè)有實(shí)驗(yàn)堆工程項(xiàng)目部（科研項(xiàng)目管理支持中心）及南方中心籌建辦公室，辦公區(qū)域遍布北京、深圳、上海、成都、陽(yáng)江等地，擁有各類(lèi)專(zhuān)業(yè)科技人員1400余人。

中廣核研究院主要研究方向包括核電新堆型、燃料及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)、新能源等技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域是科技研發(fā)、專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)，高端設(shè)備制造和核能綜合利用。中廣核研究院擁有一批國(guó)家級(jí)、省市級(jí)科研平臺(tái)，如國(guó)家能源核電站核級(jí)設(shè)備研發(fā)中心、國(guó)家能源先進(jìn)燃料元件研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心、國(guó)家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心、國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)、深圳市核電安全與仿真工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心、深圳市核反應(yīng)堆安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和深圳市核電行業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室。中廣核研究院前后承擔(dān)國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“核反應(yīng)堆專(zhuān)用機(jī)器人技術(shù)研究”國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目“評(píng)估與鑒定核電站緊急救災(zāi)機(jī)器人”，國(guó)家能源局項(xiàng)目“應(yīng)急救援探測(cè)及多功能作業(yè)機(jī)器人”“燃料棒應(yīng)急更換機(jī)器人”“水下焊接機(jī)器人”等國(guó)家級(jí)和省部級(jí)重大科研項(xiàng)目40余項(xiàng)，突破多項(xiàng)特種環(huán)境機(jī)器人系統(tǒng)研制關(guān)鍵技術(shù)，獲得省部級(jí)以上科技獎(jiǎng)項(xiàng)累計(jì)30余項(xiàng)，承擔(dān)國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)編制超過(guò)150項(xiàng)。

中廣核研究院換料機(jī)器人

中廣核研究院榮獲2021年度廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)證書(shū)

中廣核研究院監(jiān)測(cè)機(jī)器人

此次獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“核電站高效安全換料大修機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)與智能裝備研發(fā)及應(yīng)用”，針對(duì)我國(guó)核電換料大修過(guò)程中采用的特種機(jī)器人整體工藝設(shè)計(jì)先進(jìn)性不高、智能化程度低、缺乏鑒定標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，在國(guó)家863、973計(jì)劃支持下，基于新工藝、智能化、高可靠性、高安全性與高效率的思路，提出了一種安全高效的一次偏置全自動(dòng)換料新工藝，發(fā)明了面向操作對(duì)象安全的載荷保護(hù)與重量補(bǔ)償方法；提出了一種輻照環(huán)境受限空間下的數(shù)字化全自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，建立了復(fù)雜核環(huán)境下的應(yīng)用環(huán)境評(píng)估與裝備可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)體系，并通過(guò)創(chuàng)新集成，研制了6套核電特種機(jī)器人，在國(guó)內(nèi)30多個(gè)核電站獲得批量應(yīng)用，贏得廣泛贊譽(yù)。

該項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員由多名國(guó)家級(jí)/地方級(jí)高層次人才組成，通過(guò)項(xiàng)目為合作高校培養(yǎng)了大批碩士、博士等高質(zhì)量人才。團(tuán)隊(duì)通過(guò)“大師講堂”、定期舉辦學(xué)術(shù)論壇等方式將基礎(chǔ)科學(xué)前沿技術(shù)引入到科研工作中，形成了一套完整的、適用于核電領(lǐng)域的機(jī)電一體化及機(jī)器人學(xué)科體系；積極參與國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)論壇，分享最新的科研成果，有效提升團(tuán)隊(duì)在該學(xué)科領(lǐng)域的影響力。在科技部指導(dǎo)下，研究院聯(lián)合國(guó)內(nèi)相關(guān)單位共同發(fā)起成立了核電智能裝備與機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，吸引了國(guó)內(nèi)80多家高校、高端制造企業(yè)參與其中，充分發(fā)揮了產(chǎn)學(xué)研優(yōu)勢(shì)，有效提升了我國(guó)核電領(lǐng)域的裝備制造水平。團(tuán)隊(duì)所在機(jī)構(gòu)先后被授予國(guó)家能源局不可接近設(shè)備研發(fā)中心、深圳核電作業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家發(fā)改委工程技術(shù)中心等國(guó)家和省部級(jí)工程研究中心稱(chēng)號(hào)。

經(jīng)過(guò)十年的艱苦努力，該團(tuán)隊(duì)已成為一支被國(guó)內(nèi)外同行廣泛認(rèn)可、年齡和知識(shí)結(jié)構(gòu)合理、研究工作具有鮮明特色、團(tuán)結(jié)協(xié)作富有朝氣、創(chuàng)新能力強(qiáng)、科研成果突出的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。

核反應(yīng)堆專(zhuān)用機(jī)器人技術(shù)取得重大進(jìn)展

中廣核研究院壓力容器無(wú)損檢測(cè)機(jī)器人

中廣核研究院整體螺栓拉伸機(jī)

中廣核研究院燃料自動(dòng)傳輸裝備

《廣東科技》：貴院科研團(tuán)隊(duì)當(dāng)初為何選擇此技術(shù)作為課題的研究方向？該項(xiàng)目的創(chuàng)新思路和主要內(nèi)容、解決的難點(diǎn)問(wèn)題（創(chuàng)新點(diǎn)）及意義是什么，取得了哪些重要科研成果，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益如何？

中廣核研究院：中國(guó)是核電大國(guó)，在建和在運(yùn)裝機(jī)容量達(dá)到80多臺(tái)。核電站需定期換料大修，換料大修每節(jié)約一小時(shí)，每年可以為中國(guó)核電帶來(lái)2000多萬(wàn)元的發(fā)電收益。高效安全智能裝備可縮短大修關(guān)鍵路徑，在該領(lǐng)域歐、美、日等國(guó)家和地區(qū)處于壟斷地位，國(guó)內(nèi)基本依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口設(shè)備或人工作業(yè)，且存在“卡脖子”問(wèn)題。從“十二五”開(kāi)始，我院研究團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持習(xí)近平主席提出的“理性、協(xié)調(diào)、并進(jìn)”的中國(guó)核安全觀，將核電高端智能裝備自主化研發(fā)、提高我國(guó)核電核心設(shè)備智能化水平作為主攻方向，將維持核電站長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)從核電大國(guó)向核電強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變作為自己的目標(biāo)任務(wù)。

本次獲獎(jiǎng)項(xiàng)目基于新工藝、核安全、智能化和高可靠的思路，提出了4個(gè)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，成功研制了6款機(jī)器人，取得了系列引領(lǐng)行業(yè)的創(chuàng)新成果。

一是提出了一種安全高效的一次偏置全自動(dòng)換料新工藝。針對(duì)核燃料組件布置緊湊且易破損、裝卸料難度高的問(wèn)題，采用水平方向高效同步驅(qū)動(dòng)工藝設(shè)計(jì)、零間隙雙臂伸縮串聯(lián)機(jī)構(gòu)、基于二維數(shù)組技術(shù)的智能換料算法等，實(shí)現(xiàn)了狹窄空間下核燃料組件精準(zhǔn)定位與精細(xì)操作新工藝要求，每次節(jié)省換料時(shí)間超過(guò)17小時(shí)以上。

二是發(fā)明了面向操作對(duì)象安全的載荷保護(hù)與重量補(bǔ)償方法。針對(duì)機(jī)器人作業(yè)對(duì)象安全性要求高的問(wèn)題，建立了燃料組件單端翻轉(zhuǎn)的“重心－拉力”力學(xué)模型，在國(guó)際上首次提出了全行程跟蹤重心位移變化的動(dòng)態(tài)載荷保護(hù)算法；設(shè)計(jì)了雙伺服耦合驅(qū)動(dòng)、自適應(yīng)實(shí)時(shí)對(duì)中的重載螺栓重量補(bǔ)償模型，提出以實(shí)時(shí)負(fù)載和螺栓旋轉(zhuǎn)速度為反饋的螺栓重量補(bǔ)償算法。

三是提出了一種輻照環(huán)境受限空間下的數(shù)字化全自動(dòng)測(cè)量技術(shù)。針對(duì)輻照環(huán)境受限空間下的拉伸量測(cè)量自動(dòng)化程度低的問(wèn)題，國(guó)際上首次開(kāi)發(fā)了測(cè)量數(shù)據(jù)二次封裝傳輸并遠(yuǎn)程重解讀的全自動(dòng)拉伸量測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)狹窄空間遠(yuǎn)程自動(dòng)取放及拉伸量實(shí)時(shí)精確測(cè)量。

四是建立了復(fù)雜核環(huán)境下的應(yīng)用環(huán)境評(píng)估與裝備可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)體系。針對(duì)智能運(yùn)維裝備在核電復(fù)雜環(huán)境下的動(dòng)態(tài)作業(yè)性能及高可靠性保障問(wèn)題，建設(shè)典型應(yīng)用環(huán)境測(cè)試平臺(tái)并開(kāi)展設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能驗(yàn)證和操作驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)并建立了環(huán)境評(píng)估和動(dòng)力評(píng)價(jià)的核電智能運(yùn)維裝備可靠性評(píng)價(jià)方法體系。

該項(xiàng)目單次換料大修可縮短關(guān)鍵路徑30余小時(shí)，直接發(fā)電收益超1300萬(wàn)元。培養(yǎng)“大國(guó)工匠”1人、國(guó)家/地方級(jí)領(lǐng)軍人才11名，為合作高校培養(yǎng)了20余名博士、40余名碩士。獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利110余項(xiàng)，軟件著作權(quán)6項(xiàng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)，論文43篇。葉奇蓁資深院士組織項(xiàng)目成果的鑒定會(huì)認(rèn)定“項(xiàng)目總體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，關(guān)鍵指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)設(shè)備，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益”。項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)累計(jì)供貨合同額超過(guò)150億元，近3年產(chǎn)值近70億元，新增利潤(rùn)10億元。獲得廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)3項(xiàng)、深圳市科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、2021年中國(guó)核學(xué)會(huì)核科技成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中廣核集團(tuán)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。研發(fā)成果多次被中央電視臺(tái)以及國(guó)內(nèi)外權(quán)威刊物進(jìn)行專(zhuān)題報(bào)道，并在美國(guó)時(shí)代廣場(chǎng)進(jìn)行了播報(bào)，獲得了各方的高度認(rèn)可。

在項(xiàng)目實(shí)施期間，日本發(fā)生了福島核事故，這是繼切爾諾貝利核事故后，對(duì)世界核電發(fā)展的又一次影響深遠(yuǎn)事件，對(duì)世界核能持續(xù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)的警示意義。作為項(xiàng)目主管單位的科技部，對(duì)該項(xiàng)目立項(xiàng)背景中提出的采用先進(jìn)機(jī)器人技術(shù)提升我國(guó)核電運(yùn)維能力、提高核安全水平的前瞻性眼光給予了高度贊揚(yáng)?？萍疾抗倬W(wǎng)以“我國(guó)核反應(yīng)堆專(zhuān)用機(jī)器人技術(shù)取得重大進(jìn)展”為題進(jìn)行了報(bào)道，認(rèn)為項(xiàng)目成果“將為我國(guó)核電站核心設(shè)備的安全檢測(cè)與運(yùn)行維護(hù)提供重要的技術(shù)支撐與作業(yè)裝備，對(duì)打破國(guó)外壟斷，推動(dòng)我國(guó)核電站核心設(shè)備自主化與國(guó)產(chǎn)化，實(shí)現(xiàn)我國(guó)核電站生產(chǎn)、運(yùn)維裝備與技術(shù)的升級(jí)改造，提升我國(guó)核電站生產(chǎn)的安全保障水平具有重要意義。”

為我國(guó)核電事業(yè)發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力

《廣東科技》：接下來(lái)，貴院將繼續(xù)開(kāi)展哪些攻關(guān)研究。

中廣核研究院：隨著新版核安全法的實(shí)施和國(guó)內(nèi)核安全監(jiān)管力度的加強(qiáng)，核電站的重要設(shè)備運(yùn)維水平將整體提升到新的高度，技術(shù)水平也將成為運(yùn)維水平提高的重要制約。智能機(jī)器人在核環(huán)境下應(yīng)用，可顯著降低檢修人員的受照劑量，實(shí)現(xiàn)核電ALARA目標(biāo)（合理可行最低），并滿(mǎn)足核法規(guī)的要求。因此，智能化核電運(yùn)維裝備是核電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展和安全運(yùn)行的重要保障，是國(guó)家核電發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。

我院研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)國(guó)內(nèi)外核電站多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)反饋并梳理核電站目前面臨的迫切需求和現(xiàn)狀，擬在高放射性部件自動(dòng)更換作業(yè)、放射性環(huán)境設(shè)備拆解處置作業(yè)、反應(yīng)堆壓力容器自動(dòng)化檢修、堆內(nèi)構(gòu)件典型重大異常缺陷檢測(cè)修復(fù)與評(píng)估、蒸汽發(fā)生器及穩(wěn)壓器重大異常缺陷檢測(cè)修復(fù)與評(píng)估等領(lǐng)域開(kāi)展重點(diǎn)研究，開(kāi)展核運(yùn)維裝備機(jī)構(gòu)創(chuàng)成理論及設(shè)計(jì)方法、核復(fù)雜環(huán)境混合傳動(dòng)特性及行為、控制系統(tǒng)科學(xué)及仿真研究、耐輻照機(jī)器人多功能控制板卡、高效可靠控制算法研究、臨場(chǎng)感仿真技術(shù)、多傳感器信息智能融合技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能、人機(jī)共享操作技術(shù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、多機(jī)協(xié)同技術(shù)、機(jī)電系統(tǒng)輻射失效機(jī)理及防護(hù)技術(shù)等共性關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，完成設(shè)備樣機(jī)設(shè)計(jì)及試制，在模擬試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，最終形成滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用要求且性能可靠的成熟產(chǎn)品，推廣應(yīng)用至核電站現(xiàn)場(chǎng)，滿(mǎn)足核電站日常運(yùn)維和應(yīng)急處理需求。

預(yù)計(jì)在未來(lái)兩年內(nèi)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)將形成5套核電運(yùn)維和應(yīng)急處理裝備，申請(qǐng)高價(jià)值發(fā)明專(zhuān)利50件，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文20篇，培養(yǎng)博士5名、碩士15名，為我國(guó)核電事業(yè)的發(fā)展注入源源不斷的動(dòng)力，為中國(guó)核安全的健康、良性、持續(xù)發(fā)展提供設(shè)備和人才保障。