CN105551549B - 一种核电设备运行状况在线监测方法及系统 - Google Patents

一种核电设备运行状况在线监测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电设备运行状况在线监测方法及系统。该系统包括：核电设备数据库；模型构建模块，用于根据该核电设备数据库构建核电设备特征参数在线计算模型；核电设备运行状况诊断模块，用于根据该核电设备特征参数计算模型模拟计算待测核电设备在当前时刻之前的上一个时刻的特征参数预估值，将该特征参数预估值与该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，根据对比分析获得核电设备运行状况在线监测结果。核电厂管理人员可根据该监测结果甄别众多核电设备中的异常或故障设备，为指导设备检修或替换工作提供科学依据，提高了核电厂的运行安全性及稳定性。

Description

一种核电设备运行状况在线监测方法及系统
技术领域
本发明属于核电设备安全监控技术领域，更具体地说，涉及一种核电设备运行状况在线监测方法及系统。
背景技术
工业控制系统的信息安全环境正处于急速变化的阶段，而核电站因其自身的特殊性，其核电设备信息安全问题尤其值得关注。核电站信息安全是影响核电发展的一个重要因素，这种安全性体现在核电站的运行性能是不能直接进行定量评估的，但可以通过评估其安全性能来表征。为适应核工业发展的需要，要求核电设施从设计到实现始终贯彻多层次“纵深防御”的安全防护理念，核电设备风险评估则作为其中一个重要环节。
开展核电设备运行风险评估的现实难题在于：核电厂内的核电设备种类及数量众多，工作环境复杂，核电设备在工作过程中产生的细微变化难以被监控。
在我国国内，作为状态检修依据的核电设备运行风险评估的研究也处于摸索阶段，针对核电站设备状态评估的研究工作开展时间也比较短，可在实践中利用的成果也较少。随着科学技术的发展，人们开始将大量先进的技术、方法、理论应用到对电厂设备的健康状态变化趋势进行判断的领域中来，以求寻找到一种切实可行且有效的设备健康状态的技术和方法。
然而，就目前来说，核电设备健康状况评估及管理主要依靠个人主观认识及经验积累，这种建立在管理者主观意识及经验积累上的核电设备健康状况评估方法不严谨，缺乏理论支撑及科学指导，导致核电设备健康状况评估结果的可信度较低，误判率高，甚至会给核电厂造成难以估量的财产损失，核电厂的安全稳定运行根本无法得到保障。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电设备运行状况在线监测方法及系统，其一方面基于海量核电设备历史数据建模，并应用数据对比分析法来实现核电设备运行状况的在线监测，可得到准确的核电设备运行状况诊断结果，并根据该诊断结果决定是否启动告警；另一方面，针对每台核电设备，根据一段时间的核电设备运行状况在线监测结果绘制反映该核电设备运行状况变化趋势的核电设备运行状态变化曲线图，以便核电厂管理人员直观了解核电设备是否出现故障及故障严重程度，为指导及安排故障设备的检修或替换工作提供科学依据。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电设备运行状况在线监测方法，该方法包括:
基于源自核电厂实时监控系统的各种核电设备的实时数据及历史数据建立核电设备数据库，以及基于该核电设备数据库构建核电设备特征参数在线计算模型；
根据该核电设备特征参数计算模型模拟计算待测核电设备在当前时刻之前的上一个时刻的特征参数预估值，将该特征参数预估值与从核电厂实时监控系统实时获取的该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，根据对比分析获得核电设备运行状况在线监测结果。
本发明还提供一种核电设备运行状况在线监测系统，该系统包括：
基于源自核电厂实时监控系统的核电设备的实时数据及历史数据构建的核电设备数据库；
模型构建模块，用于根据该核电设备数据库构建核电设备特征参数在线计算模型；
核电设备运行状况诊断模块，用于根据该核电设备特征参数计算模型模拟计算待测核电设备在当前时刻之前的上一个时刻的特征参数预估值，将该特征参数预估值与从核电厂实时监控系统实时获取的该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，根据对比分析获得核电设备运行状况在线监测结果。
一方面，本发明核电设备运行状况在线监测系统通过与核电厂实时监控系统进行联动，基于核电厂实时监控系统提供的核电设备特征参数实时数据及历史数据建立核电设备特征参数在线计算模型，通过该模型模拟计算待测核电设备的特征参数预估值，并应用数据对比分析法对待测核电设备的运行状况作出科学诊断，得到准确的核电设备运行状况在线监测结果。核电厂管理人员可根据该核电设备运行状况在线监测结果甄别核电厂众多核电设备中的异常或故障核电设备，指导及安排故障设备的检修或替换工作，提高了核电厂的运行安全性及稳定性。
另一方面，本发明核电设备运行状况在线监测系统还可基于汇总的核电设备运行状况在线监测结果，将模拟计算得到的核电设备特征参数预估值作为核电设备是否正常工作的参照基准，并参考设定的误差阈值(即第一临界值)、报警阈值(即第二临界值)，绘制反映核电厂各核电设备运行健康状况趋势的设备运行状况变化曲线图。核电厂监测人员根据上述曲线图可以直观了解到待测核电设备是否出现故障及故障严重程度，为指导故障设备停工检修提供科学依据，以便核电厂管理人员及时采取相关措施，避免核电设备的进一步损坏。因此，本发明降低了核电设备购置成本，提高了核电厂的运营效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电设备运行状况在线监测方法及系统进行详细说明，其中：
图1为本发明第一个较佳实施例提供的核电设备运行状况在线监测方法的实施流程图；
图2为图1包含的核电设备特征参数在线计算模型构建方法的实施流程图；
图3为图1包含的核电设备运行健康状况诊断方法的实施流程图；
图4为本发明第二个较佳实施例提供的基于核电设备运行状况在线监测结果的核电设备运行状况变化趋势分析方法的实施流程图；
图5为本发明第三个较佳实施例提供的基于核电设备故障维修记录的核电设备特征参数在线计算模型调整方法的实施流程图；
图6为本发明第三个较佳实施例提供的故障核电设备定位及显示方法的实施流程图；
图7为本发明第四个较佳实施例提供的核电设备运行状况在线监测系统的结构框图；
图8为图7所示的模型构建模块的结构框图；
图9为图7所示的核电设备运行状况诊断模块的结构框图；
图10为图7所示的核电设备运行状况变化趋势分析模块的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
本发明针对现有技术中核电设备运行状况监测结果误判率高，且核电设备的健康状态变化趋势难以监控的技术缺陷，提出一种核电设备运行状况在线监测方法，该方法主要通过建模及数据对比分析得到精确的核电设备健康状况监测结果。请参阅图1，该方法包括如下步骤：
S100、构建核电设备数据库200，以及基于该核电设备数据库200构建理想的核电设备特征参数在线计算模型；该核电设备数据库200包括核电设备特征参数库、核电设备健康规则库、核电设备运行维修记录。
S200、根据该核电设备特征参数在线计算模型模拟计算待测核电设备在当前时刻之前的上一时刻的特征参数预估值，将该特征参数预估值与从核电厂实时监控系统100实时获取的该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，给出反映该核电设备运行状况的监测结果。
本发明根据源自核电厂实时监控系统100的核电设备实时数据及历史数据构建核电设备特征参数在线计算模型，通过该模型模拟计算待测核电设备的特征参数预估值，将该特征参数预估值与该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，基于数据对比分析得出反映该核电设备运行健康状况的在线监测结果，因此，本发明可实现核电设备运行状况的在线监测，降低误判率，得到精准的核电设备运行状况监测结果。
进一步地，如图2所示，上述基于源自核电厂实时监控系统100的各种核电设备的实时数据及历史数据构建核电设备数据库200的步骤具体包括：
S101、从核电厂实时监控系统获取所有核电设备的实时数据及历史数据，构建核电设备特征参数关系网；
S102、将设备运行维修记录中的设备故障信息输入该核电设备特征参数关系网，建立反映核电设备健康状况的核电设备诊断与评价模型；
S103、基于该核电设备诊断及评价模型建立理想的核电设备特征参数在线计算模型。
进一步地，如图3所示，本发明基于历史数据建模及数据对比分析的核电设备运行状况在线监测方案具体包括如下步骤：
S201、计算该待测核电设备的该特征参数的预估值与该待测核电设备的该特征参数的实时检测值之间的差值；
S202、将该差值及设定的误差阈值及故障阈值进行对比分析。
S203、判断该差值是否大于该误差阈值。如是，则执行S204；否则，执行步骤S205。
S204、判定该核电设备无故障运行。
S205、判断该差值是否介于该误差阈值及该故障阈值之间，也即判断该差值是否落入该误差阈值及该故障阈值构成的区间内。如是，则执行S206，否则，执行S207。
S206、判定该核电设备运行异常，存在风险，触发预警。
S207、判定该核电设备运行出现故障，记录故障信息，并启动报警。
本发明应用基于建模及数据对比分析的核电设备在线监测方案，该方案根据核电设备运行状况偏离基准水平的严重程度给出严重程度不等的监测结果，根据监测结果的严重程度启动不同级别的告警方式，以便监测人员直观了解核电设备的当前运行状况及其损坏程度，并能避免设备的进一步损坏。
进一步地，本发明还提出一种基于核电设备运行状况在线监测结果的核电设备运行状况变化趋势分析方案(其在步骤S300中做了详细介绍)。如图4所示，该步骤S300包括如下步骤：
S301、汇总该核电设备运行状况在线监测结果；
S302、将该核电设备特征参数预估值作为基准线，将该误差阈值及故障阈值作为相对于该基准线的第一临界值及第二临界值，根据汇总的核电设备在线监测结果绘制一条反映该核电设备运行健康状况变化趋势的核电设备运行状况变化曲线图；
S303、显示该条核电设备运行状况变化曲线。
即本发明能够基于汇总的核电设备在线监测结果，并参考模拟计算的核电设备特征参数预估值绘制反映各核电设备运行健康状况变化趋势的设备运行状况变化曲线图。核电厂监测人员根据该曲线图可以直观了解到待测核电设备是否出现故障及故障严重程度，以便及时采取相关措施，避免核电设备的进一步损坏。
可选地，本发明还提出了一种建立在核电设备运行维修记录上的核电设备特征参数在线计算模型调整方案。如图5所示，该模型调整方案在步骤S300′中作了详细阐述，该步骤S300′具体包括如下步骤：
S301′、在上述步骤S207之后，记录被诊断为故障核电设备的核电设备所产生的故障信息，生成新的核电设备运行维修记录。
S302′、将该新的核电设备运行维修记录导入核电设备数据库200，以对核电设备数据库200中的原有核电设备运行维修记录进行更新。
S303′、根据更新的核电设备数据库200对原构建的核电设备特征参数在线计算模型作出相应调整。
本发明应用核电设备特征参数在线计算模型的好处在于：在核电厂运行过程中，通过不断更新的核电设备运行维修记录对原构建的核电设备特征参数在线计算模型进行不断修正，随时间推移，可获得能够精确反映核电设备运行状况健康与否的理想的核电设备特征参数在线计算模型。
可选地，如图6所示，本发明还提出了一种故障设备定位及显示方案，该方案包括如下步骤：
S300″、在步骤S206或步骤S207之后，从核电设备数据库200获取被诊断为异常或故障设备的核电设备的方位信息，并将该异常或故障核电设备的方位信息传回到核电厂实时监控系统，通过其显示屏进行显示。本发明通过与核电厂实时监控系统联动来实现核电设备异常/故障信息的诊断及共享，不仅能够实现异常/故障核电设备的精准诊断，还能为检修人员快速确定故障核电设备位置信息提供便利，提高异常/故障设备的检修及更换效率。
基于图1至图6所示的核电设备运行状况在线监测方法，本发明还提出一种核电设备运行状况在线监测系统。
如图7所示，该核电设备运行状况在线监测系统包括：
核电设备数据库200，其进一步包括核电设备特征参数库、核电设备方位信息及核电设备运行维修记录；
模型构建模块300，用于根据该核电设备数据库200构建理想的核电设备特征参数在线计算模型；
核电设备运行状况诊断模块400，用于根据该核电设备特征参数计算模型模拟计算待测核电设备在当前时刻之前的上一个时刻的特征参数预估值，将该特征参数预估值与从核电厂实时监控系统100实时获取的该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，根据对比分析给出核电设备运行状况在线监测结果。
进一步地，如图8所示，该模型构建模块300包括：
特征参数关系网构建单元301，用于从该核电厂实时监控系统获取所有核电设备特征参数的历史运行数据，根据该历史运行数据生成核电设备特征参数关系网；
核电设备诊断及评价模型构建单元302，用于将该设备健康数据库的设备运行维修记录中的设备故障信息输入该核电设备特征参数关系网，建立反映核电设备运行健康状况的核电设备诊断与评价模型；
特征参数在线计算模型构建单元303，用于基于该核电设备诊断及评价模型建立核电设备特征参数在线计算模型。
进一步地，如图9所示，该核电设备运行状况诊断模块400包括：
差值计算单元401，用于计算该核电设备的该特征参数的预估值与该核电设备的该特征参数的实时检测值之间的差值；
核电设备异常及故障判定单元402，用于将该差值与设定的误差阈值及故障阈值进行比较，根据比较结果确定该差值位于该误差阈值及该故障阈值构成的区间内时，判定该待测核电设备运行异常，或者根据比较结果确定该差值超过该故障阈值时，判定该待测核电设备运行出现故障；
该系统还包括：
提醒模块500，用于当该核电设备故障判定单元判定该核电设备处于异常运行状态时，触发预警，以及用于当该核电设备故障判定单元判定当该核电设备运行出现故障时，启动报警机制。
进一步地，如图10所示，该系统还包括核电设备运行状况变化趋势分析模块900，该核电设备运行状况变化趋势分析模块900进一步包括：
汇总单元901，用于汇总核电设备的在线监测结果；
图形绘制单元902，用于将该核电设备特征参数预估值作为基准，将该误差阈值及故障阈值作为相对于该基准线的第一临界值及第二临界值，根据汇总的核电设备在线监测结果绘制一条反映该核电设备运行状况变化趋势的核电设备运行状况变化曲线图；
显示单元903，用于显示该核电设备运行状态变化曲线图。
进一步地，如图6所示，该系统还包括：
通信模块800，用于本发明核电设备运行状况在线监测系统及核电设备实时监测系统的联动；
该提醒模块500还用于当该核电设备存在异常或出现故障时，从该核电设备数据库200读取该存在异常或故障的核电设备的方位信息，并通过该通信模块800将该存在异常或故障的核电设备的方位信息传回核电厂实时监控系统，实现两者的核电设备故障信息的共享。
进一步地，如图7所示，该系统还包括：
故障记录模块600，用于记录核电厂运行过程中被诊断为故障设备的核电设备所产生的故障信息，生成核电设备运行维修记录；
模型调整模块700，用于将该核电设备运行维修记录更新到核电设备数据库200，根据更新的核电设备数据库200对原先建立的核电设备特征参数在线计算模型作出相应调整。
综上，本发明核电设备运行状况在线监测系统通过与核电厂实时监控系统100进行联动，基于核电厂实时监控系统100提供的核电设备特征参数实时数据及历史数据建立核电设备特征参数在线计算模型，通过该模型模拟计算待测核电设备的特征参数预估值，并应用数据对比分析法对待测核电设备的运行状况作出科学诊断，得到精确的核电设备运行状况在线监测结果。核电厂管理人员可根据该核电设备运行状况在线监测结果甄别核电厂众多核电设备中的异常或故障核电设备，指导及安排故障设备的检修或替换工作，提高了核电厂的运行安全性及稳定性。
另一方面，本发明核电设备运行状况在线监测系统还可基于汇总的核电设备运行状况在线监测结果，将模拟计算得到的核电设备特征参数预估值作为核电设备是否正常工作的参照基准，并参考设定的误差阈值(即第一临界值)、报警阈值(即第二临界值)，绘制反映核电厂各核电设备运行健康状况趋势的设备运行状况变化曲线图。核电厂监测人员根据上述曲线图可以直观了解到待测核电设备是否出现故障及故障严重程度，为指导故障设备停工检修提供科学依据，以便核电厂管理人员及时采取相关措施，避免核电设备的进一步损坏。因此，本发明降低了核电设备购置成本，提高了核电厂的运营效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (9)

1.一种核电设备运行状况在线监测方法，其特征在于，该方法包括:
建立核电设备数据库，以及基于核电设备数据库构建核电设备特征参数在线计算模型；
根据该核电设备特征参数计算模型模拟计算待测核电设备在当前时刻之前的上一个时刻的特征参数预估值，将该特征参数预估值与从核电厂实时监控系统实时获取的该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，根据对比分析获得核电设备运行状况在线监测结果，具体包括：
计算该核电设备的该特征参数的预估值与该核电设备的该特征参数的实时检测值之间的差值；
将该差值与设定的误差阈值及故障阈值进行比较；
如该差值不超过该误差阈值，则判定该核电设备处于健康运行状态；
如该差值位于该误差阈值及该故障阈值构成的区间范围内，则判定该核电设备运行存在异常，并触发预警；
如该差值超过该故障阈值，则判定该核电设备运行出现故障，并启动报警。
2.根据权利要求1所述的核电设备运行状况在线监测方法，其特征在于，根据核电设备数据库构建核电设备特征参数在线计算模型的步骤具体包括：
从核电厂实时监控系统获取各核电设备的实时数据及历史运行数据，构建核电设备特征参数关系网；
将设备运行维修记录中的设备故障信息输入该核电设备特征参数关系网，建立反映核电设备健康状况的核电设备诊断与评价模型；
基于该核电设备诊断及评价模型建立核电设备特征参数在线计算模型。
3.根据权利要求1所述的核电设备运行状况在线监测方法，其特征在于，该方法在获得核电设备运行状况在线监测结果之后还包括：
汇总核电设备运行状况在线监测结果；
将该核电设备特征参数预估值作为基准，将该误差阈值及故障阈值作为相对于该基准线的第一临界值及第二临界值，基于汇总的核电设备运行状况在线监测结果绘制反映核电设备运行健康状况变化趋势的核电设备运行状况变化曲线图；
显示该核电设备运行状况变化曲线图。
4.根据权利要求3所述的核电设备运行状况在线监测方法，其特征在于，该方法在获得核电设备运行状况在线监测结果之后还包括：
获取被判定为异常或故障设备的核电设备的方位信息，并将该异常或故障核电设备的方位信息传回核电厂实时监控系统。
5.一种核电设备运行状况在线监测系统，其特征在于，该系统包括：
基于源自核电厂实时监控系统的核电设备的实时数据及历史数据构建的核电设备数据库；
模型构建模块，用于根据该核电设备数据库构建核电设备特征参数在线计算模型；
核电设备运行状况诊断模块，用于根据该核电设备特征参数计算模型模拟计算待测核电设备在当前时刻之前的上一个时刻的特征参数预估值，将该特征参数预估值与从核电厂实时监控系统实时获取的该核电设备的该特征参数的实时检测值进行对比分析，根据对比分析得到核电设备运行状况在线监测结果；
该核电设备运行状况诊断模块包括：
差值计算单元，用于计算该核电设备的该特征参数的预估值与该核电设备的该特征参数的实时检测值之间的差值；
核电设备异常及故障判定单元，用于将该差值与设定的误差阈值及故障阈值进行比较，根据比较结果确定该差值位于该误差阈值及该故障阈值构成的区间内时，判定该待测核电设备运行异常，或者根据比较结果确定该差值超过该故障阈值时，判定该待测核电设备运行出现故障。
6.根据权利要求5所述的核电设备运行状况在线监测系统，其特征在于，该模型构建模块包括：
特征参数关系网构建单元，用于从该核电厂实时监控系统获取所有核电设备特征参数的历史运行数据，并基于该历史运行数据生成核电设备特征参数关系网；
核电设备诊断及评价模型构建单元，用于将该设备健康数据库的设备运行维修记录中的设备故障信息输入该核电设备特征参数关系网，建立反映核电设备运行健康状况的核电设备诊断与评价模型；
特征参数在线计算模型构建单元，用于基于该核电设备诊断及评价模型构建核电设备特征参数在线计算模型。
7.根据权利要求5所述的核电设备运行状况在线监测系统，其特征在于，该系统还包括：
提醒模块，用于当该核电设备运行出现异常或故障时，分别触发预警及报警操作。
8.根据权利要求5所述的核电设备运行状况在线监测系统，其特征在于，该系统还包括核电设备运行状况变化趋势分析模块，其进一步包括：
汇总单元，用于汇总核电设备的在线监测结果；
图形绘制单元，用于以核电设备特征参数预估值为基准线，将该误差阈值及故障阈值作为相对于该基准线的第一临界值及第二临界值，根据汇总的核电设备在线监测结果绘制反映该核电设备运行状况变化趋势的核电设备运行状况变化曲线图；
显示单元，用于显示该条核电设备运行状况变化曲线图。
9.根据权利要求7所述的核电设备运行状况在线监测系统，其特征在于，该系统还包括：
用于与核电厂实时监控系统进行数据交互及共享的通信模块；
该提醒模块还用于当该核电设备运行出现异常或故障时，从该核电设备数据库读取该异常或故障的核电设备的方位信息，并通过该通信模块将该异常或故障核电设备的方位信息传回核电厂实时监控系统。
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