核电站重大设备在线监测平台的研发与应用

何善红，荣百中，崔妍

（苏州热工研究院有限公司，广东深圳518000）

核电站重大设备在线监测平台的研发与应用

何善红，荣百中，崔妍

（苏州热工研究院有限公司，广东深圳518000）

核电站重大设备在线监测平台的研发及应用情况。该平台通过自主创立的动态基准报警技术、多重阈值真伪识别技术、实时与非实时参数曲线混显技术，实现了重大设备在线报警功能，能够提前发现设备故障，进行故障跟踪和诊断。通过该平台在核电站的应用场景，对平台新监测技术的合理性和有效性进行了验证。

核电站；在线监测；多重阈

0 前言

在线监测技术是在被测设备处于运行条件下，对设备状况进行连续或定时的监测。核电站数字化后使得设备运行实时数据可以有效的采集和存储。如何有效利用采集的实时数据判断设备状态的好坏，是在线监测技术研究的核心内容。目前核电站主要依靠单一阈值报警方式，该种方式过多依赖于经验数据，与现场实际的贴合度较差，造成了设备状态判断的准确性和及时性都较低，无法满足核电设备监测标准

目前，通过各种技术和安全手段，能够将工业网数据实时镜像到管理网，进而实现主泵、汽轮机、发电机、蒸发器、主变和柴油机等核电厂重大设备浏览器模式下的远程状态监测。使用浏览器模式进行状态监测的方式突破了传统工业网状态监测系统的局限，使每位员工得到授权后便可在自己的办公电脑上进行重大设备的状态监测。因此，研发适应于核电厂的智能监测技术，并应用于远程状态监控平台，对于提升核电设备可靠性，保证机组稳定运行具有重要意义。

1 核心技术研发

1.1 IT 技术

在线监测平台采用B/S模式开发，实时数据库采用OSIsoft公司PI System，关系型数据库采用Oracle数据库。开发工具微软VS，开发语言C#。平台实现集团区域浏览器界面状态监测，远程监测、主动式报警，多层次预警，通信网络结合采用多种移动终端进行提醒、邮件提醒。在线监测平台应用框架图见图1，简单分为3个部分，最底层是数据服务，主要采集工业网实时数据和其他系统接口数据和离线数据，其中，工业网实时数据采用隔离网闸单向传输，数据采用推的模式，用于保护网络和系统安全。

中间数据存储部分主要用于平台的数据存储。其中，关系型数据库Oracle数据库主要存储参数预警信息、系统权限信息，系统运行条件的配置信息和系统日志等辅助信息。实时数据库Pi System主要存储重大设备测点和相关参数信息和利用数据库自身功能进行计算服务。

1.2 应用技术

1.2.1 动态基准报警技术

动态基准报警技术包括1个层次的报警，一个是阈值报警，一个趋势报警。阈值是指在自动控制系统中能产生一个校正动作的最小或最大输入值。所研发的在线监测平台通过实时获取工业网实时数据，通过对设备主要参数测点阈值提前设置，当参数发生异常的时候，系统可以自动产生报警，并以短信、邮件方式及时提醒设备系统工程师进行关注。

（1）阈值报警。阈值报警中要实现某个指标的监视，通常可能需要监测多个测点才能实现，如变压器—厂变绕组温度（℃），系统需要同时监测GEV401MT，GEV402MT，GEV403MT，GEV501MT，GEV502MT等5个测点的数据。阈值设定中包括期望值、初预警值、预警值、初报警值和报警值（图2）。阈值是设备系统工程师通过专家知识和实际情况计算得出的阈值。期望值与实际监测的值可能有偏差，可以理解为一个期望正常范围的值。阈值报警的基准可能是一个固定值，也可能是一个区间值，程序需要通过监测的多个实时数据动态对比，监测发现参数异常。

图1 重大设备在线监测平台应用框架

图2 阈值报警设置

（2）趋势报警。趋势报警监测单个测点，重点强调变化率。通过测点名取实时值，有历史同期值和阈值，变化率和阈值，天平均值和阈值，周平均值和阈值、月平均值和阈值。历史同期值、变化率、天平均值、周平均值、月平均值是通过Pi System数据库自动计算获得。对于趋势的变化判断同样有阈值的设定（图3）。

趋势报警的阈值采用正负值波动模式，如主泵2号密封水注入流量（m3/h），测点名称RCV021MD，实时监测值2，阈值0.5，当监测值＜1.5或＞2.5时，系统会触发基准条件，为了有效避免误报功能，系统会根据变化率、识别多重阈值进行处理（图4）。动态基准报警技术还可以应用于报警参数的设置，报警锁定和呼叫转移，报警日志，报警门槛值的设定和修改、报警事件回放，个性化报警设置，趋势报警的设置与显示、报警后的简单报表、重复报警的滞后发送等功能。当实时数据达到预报警值时即时发送提醒，当实时数据停止传输时发送提醒给相关平台负责人，尽量避免无效报警（可自定义报警条件，在相应条件下将不发送提醒）。此外，通过开发报警后专家诊断系统的触发接口，可对识别的异常信号进行故障诊断，以定位故障原因并制定维修处理策略。

图3 主泵趋势报警

图4 趋势图

1.2.2 实时与非实时参数曲线混显技术

实时与非实时参数曲线混显技术是指实时数据与非实时数据可以在一个曲线图中显示（图5）。该技术可实现10条曲线1 h～1 a的标准查询，也可实现任意参数和任意时间段的查询。通过对同一参数的多电站或多设备之间的对比，或是同一参数的不同历史时期的对比，可以对比发现参数间的关联关系，进而识别出设备潜在异常征兆。此外，根据实际需求，可以设定至少100个固定曲线组群。重大设备在线监测平台中对于曲线坐标设置合理，显示经准，色调搭配协调。对于历史曲线，平台实现了自动更新功能，并支持多坐标系曲线图显示功能。此外，为便于专家对历史分析数据的借鉴和参考，平台还实现了曲线可追溯功能，至少可以追溯5 a。

图5 曲线混显图

1.2.3 多重阈值真伪识别技术

多重阈值真伪识别技术的使用将有效地识别无效数据对报警系统的影响，可对设备报警信息的真实性进行有效控制，现场工程师能够依据真实的报警信息实现对设备故障的高效准确的分析及处理。

多重阈值技术正是应对于此种情况所研发的该技术通过自定义方式设置多重阈值。在核电重大设备状态监测平台中，将报警级别定义为四级方式，即初预警、预警、初报警、报警。通过对此四级阈值的设置，结合现场工况，可以实时获得关键敏感参数的状态变化。

同时，在实现多重阈值报警基础上，实现对实时数据的真实有效性处理，也是保证报警信息有效性的一个重要保证，目前真伪识别技术在核电的应用是建立于现场工程师在使用过程中的不断完善后，形成的一套理念，即通过对相关监测设备的工况参数、条件参数以及信号参数等的设定，达到对错误数据、无效数据、虚假数据等伪数据的梳理，进而实现现场设备专家及工程师在收到的报警信息能在最大程序上达到保真的效果，同时实现满足报警信息不误报也不乱报。

2 应用案例

平台投运两年多以来，在重大设备状态监测上发挥了重要作用，以下为平台实际应用的典型实例。

（1）报警送达。2010-5-15凌晨0:56，二号机组一号主泵D2RCP001PO轴封注入水流量2RCV021MD由1.96 m3/h开始下降，1:03下降至1.64 m3/h，触发了重大设备在线监测平台的预警阈值报警，平台即时发出短信和OUTLOOK邮件提醒，系统工程师经确认2RCP001PO轴封注入水流量，并进行了异常通报，使问题得以迅速关注。

2010年12月31日8:25，系统工程师接收到重大设备在线监测平台发出的3号发电机#4号冷却器冷氢温度L3GRH414MT达到预警上限的报警信息，随后严格按照平台报警流程响应，及时检查L3GRH414MT以及发电机其他冷热氢温度，发现L3GRH414MT确实是真实的快速上升，同时对应的热氢温度和后端铁芯温度也开始上升，系统工程师立即将此重要信息反馈给主控，运行人员立即执行专项操作单对冷却器3GRH301/401RF进行排气，使发电机各个参数恢复正常。

（2）趋势监测。2010年6月12日，系统工程师利用重大设备在线监测平台进行状态监测时，发现一号机海水循环泵齿轮箱推力轴承温度1CGR020EU温度曲线在17:17左右有一次下降尖峰后开始波动，最高达72.346℃，随后回落到67.275℃保持稳定。系统工程师随即异常通报并提工作申请，后续工作检查发现KIT板件故障，更换后故障消除，指示恢复正常。

3 总结

重大设备在线监测平台采用了动态基准报警技术，对参数异常发出智能预警，并将这些原理应用于参数趋势跟踪和预警模块中。通过对重大设备监测参数的四级方式设定（设定初预警值、预警值、初报警、报警值），实现对重大设备进行逐层加深的状态监测。

重大设备在线监测平台实现了多重阈值真伪识别技术，结合现场工作及通信手段，能够实现传呼机和OUTLOOK邮箱信息提醒，使工程师能尽早发现参数异常，把重大设备异常处理在异常的萌芽阶段，避免重大设备损坏带来的巨大经济损失。此外，此监测手段实现了工程师24 h在线监测，解决了24 h设远程备状态监测的重大问题。基于动态基准报警技术、多重阈值真伪识别技术、实时与非实时参数曲线混显技术所研发的核电站重大设备在线监测平台，作为新监测手段突破的示范性平台，已成功应用于核电行业以及其他工业企业的重大设备状态监测及预警中。

未来，重大设备在线监测平台将依托大数据平台建设，将模式识别技术应用于设备的状态分析中，构建核电领域的重大设备监控体系，以提升核电设备监测的智能化水平。

〔编辑凌瑞〕

TM623.4

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.24