浅议智慧电厂在AP1000项目中的应用前景

笪 晔

（三门核电有限公司设备管理处，浙江 台州317112）

0 引言

2015年5月19日，国务院正式印发了《中国制造2025》（国发〔2015〕28号），明确提出“加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向；着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平。”同年，《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》（国发〔2015〕40号）出台，意见在“互联网+”智慧能源中提出，鼓励能源企业运用大数据技术对设备状态、电能负载等数据进行分析挖掘与预测，开展精准调度、故障判断和预测性维护，提高能源利用效率和安全稳定运行水平。智慧电厂成为大势所趋。

目前，智慧电厂在燃煤、燃机电厂中已有一些应用实例，而核电厂目前开展较少。但是该理念在核电厂也同样有很广泛的前景。本文以AP1000项目为例，浅议后续的切入方向。

1 智慧电厂在AP 10 0 0项目的应用方向

1.1 概况

AP1000为三代核电机组，机组已经实现了高度的自动化。智慧电厂主要是在AP1000现有技术、管理水平基础上，通过对局部的科技含量和管理内涵等资源进行深入挖掘和全面梳理后，用系统性理论和内部资源配置最优化理念，重新对内部资源应用价值进行再整合，并融入现代先进管理理念和先进技术，实现精确感知生产数据、优化生产过程、减少人工干预的目的[1]。它使设备更加可靠、技术更加先进、系统更加合理、管理更加直观。

智慧电厂涉及的范围很广泛，且不同的设计单位有不同的侧重点。本文着重分析与AP1000机组运行理念关系较为紧密的应用方向。

1.2 通过安全生产管理系统进一步提高机组安全性

安全是核电厂的第一要素，它的重要性更在效益之上。目前，核电厂的安全生产管理主要基于人员培训、人员绩效工具、管理流程的控制，归根结底还是通过人来控制。智慧电厂可以通过人员定位、三维建模、授权感应的方式再一次把关。

纵观各类电厂安全事故，人因仍然是最主要的因素，如误操作、走错隔间、检修执行过程不规范、危险源未及时的识别等。这些因素往往是导致电厂安全事故的直接原因，会造成重大的设备损坏、经济损失甚至人员伤亡事故。智慧电厂通过对电厂所有管道、设备、构筑物等进行建模，可以真实地再现现场生产环境。通过室内基站及工作人员佩戴的定位装置，对人员进行实时定位，将位置信息发送给应用服务器，最终由应用服务器根据不同的作业内容完成位置信息呈现、业务逻辑处理及状态判断，实现监控现场设备及人员状况[2]，对于走错隔间、误操作、接近危险源等均可以及时发出警示，可以有效预防人的不安全行为，控制物的不安全状态，减少人因失误。

系统可以设置电子围栏，在厂房内进行区域划分。对于未授权人员进入工作范围时发出报警。在辐射热点、密闭空间、重要设备检修区域等均可以发挥良好的作用。在此基础上，还可以实现现场人员活动轨迹的检测，特定区域内人员的数量、停留时间的统计。尤其应用在辐射控制区，可以有效监测人员出入的规范性，做好每一个工作的时间统计、工时优化，提升ALARA业绩。

1.3 通过智能培训系统提高人员技能水平

由于目前AP1000已有模拟机，因此，针对AP1000的智能培训系统应更倾向于设备本身的结构、工作原理、设备检修维护过程的演示等。通过三维可视化技术、虚拟现实技术、电厂数字化模型与物理模型有机结合，可以直观、真实、精确地展示工厂各种设施、设备及工艺系统，对设备内部进行可视化剖析和讲解。改变传统的以图纸为载体的设备基础信息管理模式，使设备结构更加直观，有效提高维修人员技能，还可以通过三维可视化和仿真系统虚拟阀门、开关等设备[2]，在重要设备检修前进行模拟操作，提高真实检修时的效率。

在此基础上，还可以实现设备基础信息管理，展示设备的备品备件、预维项目等信息。对设备的常见故障及解决方法进行演示讲解。为维修人员准备检修工作提供良好支持。

1.4 基于大数据进行预维策略优化

通过预防性维修提高各类设备的可靠性，是目前AP1000机组的主要工作之一。预维策略的制定是设备管理部门的重要工作内容。预维项目设置得过少或覆盖面过窄，可能导致设备缺陷较多。预维设置得过多，又会使预维工作本身占用过多的人力和费用，也可能对设备造成一定的损伤。系统工程师需要在不断的总结反馈中找到较优解。截至目前，我国共有62个核电机组，其中49个机组装料投入运行，可以说积累了大量的运行数据。但是这些数据大部分由电厂自己掌握，甚至在本厂内也未得到充分利用，对于其他电厂，更是只通过有限的沟通和经验反馈来获得，这无异于巨大的浪费，并未发挥这些数据的价值。智慧电厂可以通过智能终端采集不同生产现场的各类信息，提供给大数据平台、云平台，通过行业大数据计算评估各类设备的失效机理、使用寿命等，以利于系统工程师制定更加合理、经济的预维策略及备件策略，保证设备可靠性的同时降低库存压力、人力成本。也使各类经验反馈得到有效积累和利用。即使对于新接手人员，也有途径对设备的情况进行有效的了解。

1.5 智能巡检

相比于火电厂，核电厂因有放射性风险，让智能巡检有更大的发挥空间。智能巡检最适合的区域，首先就是有高放射性剂量的区域，如反应堆厂房等。这些区域正常运行期间不安排人员进行巡检，但是一旦有问题，人员就需要承担辐射剂量进入的风险。而采用智能巡检后，可以通过智能化仪表和巡检机器人相结合的方式，进入辐射区域，获取所需数据，减少人员受到的剂量。此外，也可以运用在其他必要区域，如高温区域、高噪声环境、管沟内、室外区域等，降低巡检风险，解放人力，改善人员的工作环境。

智能巡检机器人可以搭载高清可见光相机、红外热成像仪、拾音设备等智能化检测装置，在进行常规巡检的同时，又可以执行设备的预测性维修，不需要再另外通过工单执行。巡检中也可以发现系统中异常的热点等，提前警示运行异常，这是目前人工巡检做不到的。智能巡检数据直接上传管理系统，自动生成报表，不需要人工录入，避免了人工录入错误的可能性，也提高了巡检效率，运行人员只需要关注报表中的异常数据即可。且巡检机器人的效率远高于人工巡检，对于需要定期跟踪的缺陷设备，甚至可以全天候跟踪，获取更全面的数据。

2 结论与展望

通过上述分析可以发现，智慧电厂的理念和功能在AP1000核电项目具有广泛的应用场景，在电厂安全运行、提高检修效率、降低人员剂量等方面均有优化空间。但是智慧电厂首先要对整个电厂内的设备、系统、构筑物等进行建模，在此基础上实现后续的一系列功能，此工作量也是十分巨大的，后续还有很多工作需要开展。智慧电厂通过将枯燥的数据可视化，抽象事物具体化，将相关信息关联，以实现智能化管理，在后续的电厂运行中，将提供良好的技术支持和更高层次的安全保障。