智慧核电厂信息系统设计

陈银萍 孙朋朋

摘要：智慧核电厂是通过采用先进的信息技术，实现运行、维修、培训等生产信息与管理信息的智慧结合，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成，是核电管理思想的一个新突破。将核电厂内的运行、维修、培训等工作与信息系统相结合，运用厂区构筑物及设备信息、历史运行数据、维修记录、核电厂经验反馈数据、培训授权数据等，使核电厂的信息管理集中到核电厂信息系统上，提高核电厂运行、维护、培训的标准性、可靠性和便利性。通过设计智慧核电厂信息系统，能够实时调用和借鉴有效数据指导日常工作，为核电厂工作人员及时提供综合数据，并能够预测未来和引导工作，使信息技术与核电技术、现代管理技术有机融合，全面提升核电厂的生产技术和经营管理水平，提高经济效益，增强核电厂的核心竞争能力。该文对智慧电厂信息系统国内外情况和智慧电厂信息系统的设计进行了介绍，为核电厂信息化、智能化设计提供参考。

关键词：智慧核电厂;信息系统设计;智能化

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）12-0078-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 引言

智慧核电厂信息系统可以定义为：综合利用计算机技术、网络技术、软件技术等现代信息技术，融入先进的管理思想和技术策略，建立贯通核电厂生产经营管理各环节的信息网络，对核电厂各环节产生的信息数据进行采集、分析、处理、控制和反馈，实现信息资源共享与管控一体化，为整个核电厂的生产管理与经营管理服务，最终实现核电厂生产经营管理的智能化和自动化[1]。智慧核电厂信息系统在核电厂中起着举足轻重的作用。一方面，生产信息系统采集并长期存储生产过程实时数据，建立了全厂统一的生产信息平台，为实现智慧核电厂奠定了基础。同时，系统的性能计算与分析、故障诊断等功能为优化机组运行提供技术支持。另一方面，智慧核电厂信息系统对核电厂的设备状态信息、检维修过程信息、经营管理信息等数据进行整合挖掘和智能分析，实现对核电厂的生产、经营和发展规划提出决策支持[2]。

2 国内外智慧电厂信息系统建设的现状

2015年5月8日发布了《中国制造2025》，这是中国政府实施制造强国战略第一个指导我国智慧能源产业大发展的行动纲领。这个纲领在电力行业的具体要求是包括：推动大型高效超净排放煤电机组产业化和示范应用，进一步提高超大容量水电机组、核电机组、重型燃气轮機制造水平。推进新能源和可再生能源装备、先进储能装置、智能电网用输变电及用户端设备发展 [3]。因此推行智慧核电厂信息系统是迫切的需要也是未来的重要目标。

2.1国外电厂的情况

加拿大Bruce核电厂通过无线传感器技术、无线通信技术、先进的模式识别（APR）算法实现了设备健康状态的在线监测及仪表在线校准方法。该智能在线监测技术实现了设备异常的早期探测，技术规格书中仪表校准周期的延长，减少了运维的人力成本、降低了人员工作中的受辐照计量 [4]。

2.2 国内电厂的情况

中国核电有限公司采用ERDB设备可靠性平台实现了系统与设备可靠性的智能管理，包括：系统监督、设备分级、系统及设备健康评价、系统及设备性能监测、预防性维护大纲和优化、巡检记录等功能;采用物资主数据管理平台实现物料数据的共享、库存备件的共享、统一了物料编码规则。三门核电构建了一套故障诊断与健康管理（PHM）平台，实现了重要设备的在线监测及故障预测。

3 智慧核电厂信息系统的设计

根据核电厂的网络设计，搭建一套全方位智能管理平台，集成生产实时数据、核电厂日常监测数据、管理数据等信息，在满足核电系统安全策略的前提下，在智慧核电厂信息系统构建五大业务应用13大功能，具体见表1，实现核电厂的智能运行、维护、管理。

智慧核电厂信息系统的设计采取“平台+应用”的模式，按照“云+端”的设计思想，充分利用、优化、整合已有资源和应用，引入大数据、云计算、5G 等新技术、新理念，全面打造移动应用平台。对于核电厂相关的工作人员，无论是使用固定终端（如台式电脑、便携式电脑），还是移动终端（如平板电脑、智能手机），都能随时提供核电厂智能化服务，同时也可以为核电厂设计、建造、调试、运行、计划、商务、培训、人事、财务、项目管理等相关程序提供移动应用平台。通过移动平台建设，实现固定业务应用向移动业务应用转变。丰富业务应用服务的形式和载体，从传统的办公电脑向智能终端拓展，实现移动化、智能化，为提高工作质量和工作效率提供强有力支撑。下面对表1中的部分功能设计进行详细介绍。

设备管理：采取先进的监测手段（如：增加无线传感器、无线红外监测技术、热成像技术等）对核电厂设备的运行状态和健康状况进行全面监控，通过先进算法进行故障诊断，判断系统和设备健康状态，及时发现系统和设备的微小故障状态。对设备的未来运行状态和剩余使用寿命进行预测，促进核电厂维护策略从“故障被动维修”向“基于状态的主动维修（CBM）”的转变，实现核电厂的预测性运维，实现：设备参数实时分析，判断设备的健康状态，在设备参数触发报警前，识别运行特征异常并预警;预警发出后，能够自动对预警进行分级并分级别推送;针对运行异常的参数，系统能够使用数据驱动、机理模型驱动的方式，对参数发展趋势进行外推;对单台设备的故障位置、故障原因进行推断，并给出诊断信息。设备管理功能实现：状态监测的实现：通过为设备增加特殊传感器，对设备及其失效模式进行全面监测，从而更加精准地掌握设备运行状况。将设备的各种监测参数实时显示在智能运维终端上，供技术人员和运维人员查看和决策;故障诊断的实现：根据在线监测参数和诊断，利用大数据历史库，推断故障可能发生位置及所需备件，提前按需调配配件库存，精准维护，提高维修效率，降低设备不可用时间;故障预警的实现：基于大数据方法，根据设备历史运行参数，设置动态阈值，当设备运行参数超过阈值时触发预警。根据预警的严重程度设置不同预警级别，并根据预警级别以不同形式通知相关人员。维护人员根据预警信息及诊断信息采取不同的响应策略。

智能培训与数字化验证管理：通过智能培训系统实现运行操作员的培训。培训系统采用全面模拟核电厂重要系统及主控室布局，高度模拟机组正常运行及事故运行状态。实现机组启停控制、稳定运行、日常监盘、预计运行事件、事故工况等所有设计及扩展工况的模拟，从而强化操作员的系统分析能力、运行分析能力、事故处理能力，提高操作员的操作熟练度和应变能力。从而保证核电机组的安全、可靠、稳定、经济地运行。数字化验证系统可实现核电厂安全级和非安全级DCS系统的仿真和验证，实现全三维可视化的核电控制的数字孪生。实现控制逻辑变更的验证，在逻辑变更后通过仿真平台，全方位模拟系统运控状态，找出隐藏BUG，确保变更逻辑安装到现场DCS后能够安全可靠地运行。

智能数据库：核电厂备品备件特点如下：1）物资种类数量庞大，以万为计数单位;2）备件特殊性：核级备件制造周期长，价格高，同时受监管部门监督。现有电厂备品备件数据库仅实现了单纯的备件信息的汇总统计等基本功能。智能数据库通过先进的预测技术、资源共享技术实现备件的智能管理：1）通过资源共享，实现多电厂备品备件数据库的共享，优化备件存储量;2）通过先进的统计及预测技术，根据现场设备使用时间、设备状态参数等信息预估现场设备剩余寿命，提前规划备件采购计划。3）库存备件定期维护提醒。

智能運维：智慧核电厂将减少人员值守需求，通过实时调用生产信息（随时随地查阅、共享核电厂的设计、运行、维修、培训等方面的信息）提高工作效率将会成为核电厂的发展趋势。目前国内的核电厂内存在运行、维修等工作依赖计算机终端，面临“运维工作与系统、设备历史信息脱节”，如：无法在工作中实时调用设备参数，包括有设备设计参数、维修参数，以及与设备相关的运行技术规范要求等、“工作票处理流程智能化低”“规程及操作票与防人因工具结合差”“经验反馈与运维工作相脱离”，针对以上问题非常有必要研究核电厂智能运维管理关键技术，将核电厂内的运行、维修等工作与智能运维管理相结合，运用厂区构筑物及设备信息、历史运行数据、维修记录、核电经验反馈数据等，使核电厂的信息管理能力从传统的电厂计算机系统向外延伸到移动设备上。通过研发核电厂智能运维管理关键技术，能够实时调用和借鉴有效数据指导日常工作，提升核电厂的工作效率。实现：1）三维空间定位：实现设备、管道、仪表取样点及隐蔽工程信息可视化。通过大范围的三维空间设计建模技术，使生产管理人员体验逻辑操作场景与实际物理场景信息互动的感受，将传统运行人员的操作界面在物理维度上延展，共享智能运维终端的信息。2）智能巡检：传统的核电厂日常巡检需要现场操作员、设备工程师等周期性地执行现场巡检，该巡检方式有如下弊端：1）占用工作人员大量时间完成巡检;2）对于不可达或辐射剂量高的地区，巡检受限，无法掌握该区域系统、设备状态;3）系统、设备和环境状态的异常判断完全依赖巡检人员的知识经验。核电厂智能巡检系统将有效避免传统巡检存在弊端。智能巡检可通过增加在线仪表或者智能机器人方式，通过无线通信技术及GPS定位技术将巡检数据实时上传，降低巡检人员的工作量并可实时掌握电厂状态。通过构建专家库、历史库实现系统设备故障的专家判断，降低人员经验的依赖性。该巡检方式受到挑战。对特定区域采取智能视频监控或智能巡检机器人，通过图像识别等技术读取仪表数据，监测设备跑冒滴漏状态，实现异常情况报警，减少人工巡检。通过建立巡检数据库，对历史巡检数据进行挖掘处理，实现对巡检数据的自动判断，识别异常数据;在巡检系统中建立与状态监测系统的接口，为状态监测系统提供监测数据，并接收其分析结果，帮助巡检人员识别设备隐患。3）规程/操作票管理：规程/操作票管理包含各种操作票的查询、打印、发送、统计、执行情况（经验反馈）、执行正确率计算等业务功能。对操作票的负责人、签发人、许可人、操作人等的执行正确率进行自动统计，精确到每个人和部门。

4 结论

智慧核电厂的智能化设计要以智能发电、智能管理为基础，通过“智慧核电厂信息系统”建设，实现数据、信息、管理的一体化融合，从而实现安全性、可靠性、经济性的目标[5]。通过建设智慧核电厂制信息系统以适应电力改革的大环境，健全和完善核电厂的管理制度，核电厂管理水平再上一个台阶，使核电厂从安全生产型平稳过渡到安全效益型，实现核电厂更高的价值创造。本文首先介绍了智慧电厂信息系统国内外情况，随之详细描述了智慧核电厂信息系统的设计，对同行电站的智慧电厂信息系统设计提供了一定参考。

参考文献：

[1] 王鹏.管控一体化信息系统在火力发电厂的应用[J].科技创新与生产力，2012（10）：70-72.

[2] 陈卫.“智能化电厂”浅析——发电厂信息化建设思考[J].电力信息化，2004，2（10）：41-43.

[3]《中国能源》编辑部.国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见[J].中国能源，2015（9）：11.

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

[5] 田宁.智慧电厂顶层设计的研究[D].秦皇岛：燕山大学，2016.

【通联编辑：梁书】