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基于大数据人工智能的反应堆关键设备运维模式
2019-10-15
核电站关键设备运维技术服务是核电站健康运行的有力保障。在中国制造2025四川行动资金项目和中核集团“龙腾2020”科技创新计划项目等项目的支持下，中国核动力研究设计院开展了基于大数据和互联网的核电站关键设备远程智能诊断平台开发。项目团队结合大数据、人工智能技术，开发的核电站关键设备远程智能诊断平台（PRID），可聚集行业内反应堆故障诊断专家资源，以低成本对核电站发生的故障进行实时监视，快速响应，及时定性定量诊断，跟踪变化趋势，为设备维修和部件更换提供专业指导，避免故障恶化，减少失修、错修或过度维修事件，提高核电站运行的安全性、可靠性和经济性。
1 研究目标
利用核电站监测系统的海量监测数据，创新核电站运行维护技术支持服务模式，实现我国核电站反应堆关键设备运行故障诊断和技术支持的“远程化”“智能化”和“协同化”，打造基于大数据人工智能的反应堆远程智能诊断平台，功能覆盖核电站主要关键设备的故障诊断。
2 研究成果
2.1 实现“远程化”监视与诊断
核反应堆是核电站的核心，对于监测到的设备故障或报警事件，传统的处理方式是专家到现场进行会诊，效率低且容易错过处置时机。项目团队作为一支为我国40多座核电机组提供松脱部件监测、堆内构件振动监测和管道LBB泄漏监测系统的设计、制造、现场技术支持和故障诊断技术服务的专业团队，研发的平台利用部署在核电站现场的关键设备状态数据实时传输系统，汇集和整合电站各类关键设备监测数据，通过互联网专线将数据传输至反应堆故障诊断中心服务器，由数据管理和灾备系统对原始数据、过程数据和结果数据进行管理与灾备，借助在线故障诊断平台及算法，对实时数据进行及时分析，并给出诊断报告，为核电站设备运行维护提供决策支撑。将诊断数据、诊断专家、诊断系统融为一体，建立的开放式、可扩展的远程故障诊断平台，方便各核电站监测大数据的自动化远程传输、异地群堆监视、远程分析诊断。
2.2 从人工判断升级为“智能算法+专家判断”的“智能化”诊断模式
从反应堆关键设备远程智能诊断出发，开发的关键设备智能诊断软件，针对松脱部件触发数据性质分类和定位定量分析、堆内构件振动模态识别、振动趋势分析和支撑劣化程度评价、主管道和波动管泄漏定位定量分析、主泵故障模式智能识别等，通过机理模型优化，与随机森林、支持向量机、神经网络等人工智能技术相结合，实现了对以上几类关键设备故障的智能诊断。
项目团队将大量的数据处理算法和数据挖掘算法进行了集成，形成了远程智能诊断平台的算法平台（RIDA）。利用大数据和人工智能技术，摆脱了传统依赖人工判断的故障诊断模式，实现了“智能算法+专家判断”的“智能化”诊断模式和“人工智能自动识别+专家审核”的分析方式，显著提高了诊断分析的质量和效率，可大大降低反应堆系统关键设备维护成本。
2.3 故障诊断范围可由单设备覆盖到全系统，单机组延拓至群堆
借助对核电机组数据的有效管理和高效利用，故障诊断范围可不断扩充，平台所能服务的范围也从单设备扩展到其他关键设备，如堆内构件、主泵、控制棒驱动机构、关键管系等，也可以拓展到汽轮机、发电机、阀门等更多关键设备，逐步由单设备覆盖到全系统。依托福清核电站，在中国核动力研究设计院已开展的反应堆松脱部件诊断和堆内构件振动分析技术服务基础上，完成了数据汇集与传输系统的部署和相应改造，与远程诊断平台实现有效对接，完成示范服务和应用。
2.4 开放多元的故障诊断运维服务交流平台
核电站反应堆关键设备运维管理的载体是远程智能诊断平台，平台本身已实现产品化，作为一种云解决方案和技术手段，面向核电业主进行了大力推广。远程智能诊断平台的总体体系结构设计如图3所示，主要包括现场设备层、数据存储层、基础平台层、业务应用层、交互展现层5个部分。中国核动力研究设计院在2015年建立了核电专用的松脱部件和堆内构件振动远程分析平台，为国内20多个机组提供松脱部件和堆内构件振动分析长期服务，积累了大量的远程诊断服务经验，拥有接近100堆年的松脱部件和堆内构件振动数据。如今，凭借我国首个反应堆关键设备智能诊断平台和专业的技术服务能力，团队立志为我国所有核电站关键设备的安全、可靠、经济运行保驾护航。
3 社会经济效益
项目实现了关键设备状态数据和运行数据融合和管理，搭建了基于模型驱动和数据驱动的反应堆关键设备智能运维新模式。通过运维管理方式的创新，中国核动力研究设计院具备同时为数十乃至上百台核电机组开展远程运维技术服务的能力，可提供松脱部件智能识别与定位定量分析、堆内构件振动趋势分析与支撑劣化评价、主泵振动分析与故障模式智能识别、管道泄漏定位定量以及其他关键设备故障诊断等服务，对故障类型、程度、定位和定量诊断及时率由数天缩短至数分钟，提高了关键设备的运维服务效率，同时也降低了核电运维成本，提高了核电运行的安全性和经济性，使得我国在核电站反应堆运维方面迅速与国际并跑。
该运维创新的核心是基于互联网、大数据、云计算、智能化的反应堆关键设备运维新模式，解决了传统的邀请专家到核电现场进行会诊的时效性差、专家聚集难、专家经验难收集形成专家知识库共享等问题，提升了核电运维技术服务水平，并可示范带动核电行业其他运维服务业务的新模式应用。
课题团队简介
中国核动力研究设计院反应堆故障诊断团队以提升核反应堆故障诊断技术水平、推进故障诊断技术助力核能产业健康发展为己任，致力于为我国核电站提供反应堆关键设备状态监测系统设计、产品供应和故障诊断技术服务“一条龙”服务，创新反应堆的关键设备运维模式。研发的松脱部件和振动监测系统、主管道和波动管LBB泄漏监测系统和硼浓度监测系统等产品，已成功应用到我国自主建造和援建巴基斯坦的48座核电机组上，实现了全面国产化供货和出口突破；团队还研发出了主泵与控制棒驱动机构风机振动监测系统、控制棒驱动机构电流诊断系统、反应堆一回路振动噪声监测系统等产品，为我国引进的VVER、AP1000和EPR核电堆型提供了设备状态监测和压力边界完整性监测的国产化、自主可控解决方案；每年为30座左右核电机组提供松动和振动远程诊断技术服务。
