CN108573761A - 一种核电厂设备实时性能监测方法及系统 - Google Patents

一种核电厂设备实时性能监测方法及系统 Download PDF

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李建春
王欣
孙永信
杨鸿翔
吴舜华
曹雪明
刘恒
王苗苗
王岩
鲍旭东
王群
刘小年
骊威
文鹏辉
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Abstract

本发明是一种核电厂设备实时性能监测方法及系统，涉及设备性能监测技术领域。本发明包括以下步骤及相应模块：根据被监测的具体设备特点，确定要监测的参数和非正常工况，所述参数包括关键参数和非关键参数，所述非正常工况包括故障和缺陷；根据每一个参数的特点，设置设定值，所述设定值包括报警值和预警值；通过对关键参数、非关键参数、故障、缺陷的监测，判断设备的健康色和实时状态；根据设备的健康色制定相应的应对行动。本发明建立了设备性能监测的分析模型，统一了设备健康状态的标准，实现了对设备的启停状态进行自动判断，从对核电厂中重要大型设备进行自动的状态监测中及早发现设备隐患，并采取相应的应对行动。

Description

一种核电厂设备实时性能监测方法及系统
技术领域
本发明涉及设备性能监测技术领域，具体为一种核电厂设备实时性能监测方法及系统。
背景技术
核电站安全、经济运行的物质基础是核电站的设备，设备的可靠性管理对于核电站的安全经济运行起着决定性的作用，根据近五年对中国核电各电厂运行历史的统计，发现由于设备问题引起的停堆停机事件占到总事件的87％，故及时掌握设备的实际运行状态对于电厂来说至关重要。目前核电厂对重要大型设备的监测主要依靠控制室的设备运行参数报警。控制室对这些重要大型设备的运行参数按照设计规定的报警值进行报警，此时对于设备而言已处于故障状态，无法在设备状态劣化到某一程度但尚未故障时能够提醒设备工程师该设备，该设备后续将发展进入故障状态，从而对电厂运行产生风险。控制室对重要大型设备的监测只针对单个运行参数，缺乏对设备性能劣化整体分析的模型，完全依靠有经验的技术人员来评估设备性能，整个分析评估没有统一的设备性能监测标准，也没有一个具体的可复制的方法能够计算和评估设备性能，不能有效利用设备信息数据、设备缺陷数据、设备运行数据等开展设备性能参数收集，更不能针对设备性能参数评估设备健康状态并采取相应措施。设备工程师也无法提前了解设备的劣化趋势情况，无法在设备故障前及时进行故障前响应，最终不可避免地出现由于设备问题引起停机停堆事件。
发明内容
本发明提供一种核电厂设备实时性能监测方法及系统，建立了设备性能监测的分析模型，统一了设备健康状态的标准，实现了对设备的启停状态进行自动判断，从对核电厂中重要大型设备进行自动的状态监测中及早发现设备隐患，并采取相应的应对行动。
本发明的技术方案为：
一种核电厂设备实时性能监测方法，包括以下步骤：
步骤1，根据被监测的具体设备特点，确定要监测的参数和非正常工况，所述参数包括关键参数和非关键参数，所述非正常工况包括故障和缺陷；
步骤2，根据每一个参数的特点，设置设定值，所述设定值包括报警值和预警值；
步骤3，通过对关键参数、非关键参数、故障、缺陷的监测，判断设备的健康色和实时状态；
步骤4，根据设备的健康色制定相应的应对行动。
所述步骤2中，每个关键参数在高值区间和低值区间内分别设置1个报警值和2个预警值，风险程度由高到低依次为报警值、第一预警值、第二预警值，分别为高值区间报警值HA、高值区间第一预警值H1、高值区间第二预警值H2、低值区间第二预警值L2、低值区间第一预警值L1、低值区间报警值LA；每个非关键参数在高值区间和低值区间内分别设置1个报警值，分别为高值区间报警值HA、低值区间报警值LA。
所述步骤2中，当参数测量值基本不随环境条件、工况波动、季节变化时，高值区间第二预警值H2＝Avg+5δ，低值区间第二预警值L2＝Avg-5δ，其中，Avg是正常情况下测量值的平均值，δ是正常情况下测量值的标准偏差。
所述步骤2中，当参数测量值随环境条件、工况波动、季节变化时，高值区间第二预警值H2＝1.30C上，低值区间第二预警值L2＝0.77C下，其中，C上是合格区间的上限值，C下是合格区间的下限值。
所述步骤2中，已知第二预警值时，第一预警值和报警值的计算方法：高值区间第一预警值H1是高值区间第二预警值H2的2倍，低值区间第一预警值L1是低值区间第二预警值L2的0.5倍；高值区间报警值HA是高值区间第一预警值H1的1.3倍，低值区间报警值LA是低值区间第一预警值L1的0.77倍。
所述步骤2中，当设备的参数限定了极大值A和极小值AL时，报警值和第一预警值还有另外一种计算方法：高值区间报警值HA是极大值A的0.7倍，高值区间第一预警值H1是高值区间报警值HA的0.7倍，低值区间报警值LA是极小值AL的1.43倍，低值区间第一预警值L1是低值区间报警值LA的1.43倍；最终的报警值和第一预警值采用两种计算方法中的严格值。
所述步骤3中，监测对象与设备健康色的对应关系如下，当1个关键参数超过报警值时，设备健康色为红色；当1个关键参数超过第一预警值时，设备健康色为黄色；当1个关键参数超过第二预警值时，设备健康色为白色；当2个以上非关键参数超过报警值时，设备健康色为黄色；当1个非关键参数超过报警值时，设备健康色为白色；当1个故障出现时，设备健康色为红色；当3个以上缺陷出现时，设备健康色为黄色；当2个以下缺陷出现时，设备健康色为白色；当所有参数均处于合格区间且没有非正常工况出现时，设备健康色为绿色。
所述步骤4中，设备健康色与应对行动的对应关系如下,当设备健康色为红色时，具有高风险，采取一级应对行动；当设备健康色为黄色时，具有风险，采取二级应对行动；当设备健康色为白色时，具有低风险，采取三级应对行动；当设备健康色为绿色时，无风险，不采取任何应对行动。
一种核电厂设备实时性能监测系统，包括设备确定模块、参数设定模块、非正常工况设定模块、数据采集模块、分析判断模块、状态显示模块，设备确定模块分别输出到参数设定模块和非正常工况设定模块，参数设定模块和非正常工况设定模块分别输出到数据采集模块，数据采集模块输出到分析判断模块，分析判断模块输出到状态显示模块；
其中，设备确定模块确定监测的设备种类；参数设定模块根据确定的设备种类，选取要监测的参数；非正常工况设定模块根据确定的设备种类，选取要监测的非正常工况；数据采集模块对上述参数和非正常工况的数据进行采集；分析判断模块将采集到的数据进行计算和分析，根据参数和非正常工况的状态，自动判断设备状态；状态显示模块显示设备健康色及相关数据，提醒工程师采取应对行动。
本发明的有益效果为：
本发明所述的核电厂设备实时性能监测方法和系统是根据设备的故障模式及影响分析结果，结合监测参数与设备状态之间的关联关系，确定监测参数的关键度，建立了一种设备监测的分析模型，能够作为同类设备性能监测的分析模型来使用；能够把设备实时监测参数、工单数据、定期试验数据、修前修后数据等进行综合分析，并按照预先制定的分析模型和标准，实时地、自动地完成对设备性能监测的健康水平；采用颜色对设备的健康状态进行标识，使得结果显示一目了然，大大提高核电厂设备监测的正确性和效率。通过把原来非结构化数据转化为结构化数据，形成设备历史数据的变化趋势，结合多参数综合分析技术，供设备工程师进行分析和评估，为设备工程师提供了一种高效的设备性能监测的分析和管理方法。根据分析得到不同的设备健康色，按照统一的标准来确定纠正行动计划的必要性和紧迫性，减少了人为因素对电厂设备管理策略和要求方面的影响。
附图说明
图1为本发明提供一种核电厂设备实时性能监测系统示意图。
图中，1-设备确定模块，2-参数设定模块，3-非正常工况设定模块，4-数据采集模块，5-分析判断模块，6-状态显示模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
本发明提供一种核电厂设备实时性能监测方法及系统，广泛应用于核电厂中各种重要、大型设备，根据指定的设备，采集相关的必要数据，经过对数据的分析，判断设备的状态，并选用不同的颜色对设备状态进行分级区分，最后采取相应的应对行动对设备进行调整和维修。
本发明所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据被监测的具体设备特点，确定要监测的参数和非正常工况，所述参数包括关键参数和非关键参数，所述非正常工况包括故障和缺陷。
其中，关键参数为直接反应设备状态的参数，只要一个关键参数就能够直接反应出设备的健康情况。非关键参数为间接反应设备状态的参数，一个非关键参数需要配合关键参数或多个非关键参数组合起来才能够反应出设备的健康状况，一个设备的非关键参数通常多于关键参数。故障是指可能直接导致电厂核安全降级或触发停机停堆的非正常工况，风险和危害非常严重，短期内就会导致设备无法运行。缺陷是指可能间接导致电厂核安全降级或触发停机停堆的非正常工况，设备在短期内是稳定可接受的，但是无法保证长期运行。
根据不同设备的特点，确定关键参数、非关键参数、故障、缺陷。对于多个相同或者同类设备，可以选用相同的参数和非正常工况，可复制并且效率高。
步骤2，根据每一个参数的特点，设置设定值，所述设定值包括报警值和预警值。
其中，报警值为参数表征的设备状态超出许可的设定值，设备功能丧失或在不及时干预时会造成功能丧失，参数到达报警值时存在人员、设备安全风险。预警值是为了设备性能发生劣化趋势时能够及时提示所给予的参数设定值，预警值可以设置多个进行分级预警。
每个参数都有一个合格区间，限定了其测量值的正常变化范围，即[C下,C上]，其中C下是合格区间的下限值，C上是合格区间的上限值，C下和C上均为正数；每个参数在正常情况下测量值的平均值Avg落在这个合格区间内。
由于参数的数值会产生大小的变化，将高于合格区间的情况定义为高值区间，将低于合格区间的情况定义为低值区间；在高值区间和低值区间内分别设置报警值和预警值。
本实施例中，每个关键参数在高值区间和低值区间内分别设置1个报警值和2个预警值，风险程度由高到低依次为报警值、第一预警值、第二预警值，分别为高值区间报警值HA、高值区间第一预警值H1、高值区间第二预警值H2、低值区间第二预警值L2、低值区间第一预警值L1、低值区间报警值LA；每个非关键参数在高值区间和低值区间内分别设置1个报警值，分别为高值区间报警值HA、低值区间报警值LA。
其中，根据参数的变化特点，高值区间第二预警值H2有两种算法，如果参数测量值基本不随环境条件、工况波动、季节变化，则H2＝Avg+5δ；如果参数测量值随环境条件、工况波动、季节变化，有一个明显的变化范围，则H2＝1.30C上，C上的数值会因环境、工况、季节的不同而有所不同。相对应的，低值区间第二预警值L2也有两种算法，如果参数测量值基本不随环境条件、工况波动、季节变化，则L2＝Avg-5δ；如果参数测量值随环境条件、工况波动、季节变化，有一个明显的变化范围，则L2＝0.77C下，C下的数值会因环境、工况、季节的不同而有所不同。
根据第二预警值能够计算得到第一预警值。高值区间第一预警值H1是高值区间第二预警值H2的2倍，低值区间第一预警值L1是低值区间第二预警值L2的0.5倍。
根据第一预警值能够计算得到报警值。高值区间报警值HA是高值区间第一预警值H1的1.3倍，低值区间报警值LA是低值区间第一预警值L1的0.77倍。
此外，有一些参数被规定了设备运行极限区间，明确限定了设备正常运行所要求的该参数的极大值A和极小值AL，此时，报警值和第一预警值还有另外一种计算方法，最终的报警值和第一预警值采用两种计算方法中的严格值。所述另外一种计算方法如下，高值区间报警值HA是极大值A的0.7倍，高值区间第一预警值H1是高值区间报警值HA的0.7倍，低值区间报警值LA是极小值AL的1.43倍，低值区间第一预警值L1是低值区间报警值LA的1.43倍。
将上述报警值和预警值的计算方法整理成如下表1。
表1报警值和预警值计算方法
上述提供了一般情况下报警值和预警值的通用设置方法，但报警值和预警值并不一定要与上述内容完全相同且一成不变。对个别设备的个别参数不适用上述通用标准的，应当根据实际情况进行调整；由于设备运行工况变化而导致参数变动较大的，应当建立多套标准，如分别配合夏季和冬季工况的值。原则上每种设备的每个参数的设定值都必须有针对性，能够反映出设备的状态并给予预警、报警。
步骤3，通过对关键参数、非关键参数、故障、缺陷的监测，判断设备的健康色和实时状态。
监测对象与设备健康色的对应关系如表2所示。
表2监测对象与设备健康色对应关系
监测对象 判断标准 健康色
关键参数 超过报警值1个 红
关键参数 超过第一预警值1个 黄
关键参数 超过第二预警值1个 白
非关键参数 超过报警值2个以上 黄
非关键参数 超过报警值1个 白
故障 故障1个 红
缺陷 缺陷3个以上 黄
缺陷 缺陷2个以下 白
当1个关键参数超过报警值时，也就是高于高值区间报警值HA或低于低值区间报警值LA时，设备健康色为红色；当1个关键参数超过第一预警值时，也就是高于高值区间第一预警值H1且低于高值区间报警值HA、低于低值区间第一预警值L1且高于低值区间报警值LA时，设备健康色为黄色；当1个关键参数超过第二预警值时，也就是高于高值区间第二预警值H2且低于高值区间第一预警值H1、低于低值区间第二预警值L2且高于低值区间第一预警值L1时，设备健康色为白色；当2个以上非关键参数超过报警值时，设备健康色为黄色；当1个非关键参数超过报警值时，设备健康色为白色；当1个故障出现时，设备健康色为红色；当3个以上缺陷出现时，设备健康色为黄色；当2个以下缺陷出现时，设备健康色为白色；当所有参数均处于合格区间且没有非正常工况出现时，设备健康色为绿色。
设备健康色与设备状态的对应关系如表3所示。
表3设备健康色和状态对应关系
当设备健康色为红色时，设备处于不可接受状态，具有高风险，设备严重降级，在短期(30天内)会影响运行；当设备健康色为黄色时，设备处于需改进状态，具有风险，设备明显降级，在短期(30天内)是稳定和可接受的，但是不能保持长期(1个运行周期)运行；当设备健康色为白色时，设备处于可接受状态，具有低风险，性能有所变化，但是可以长期运行，通过状态监测跟踪关注任何可能的进一步降级；当设备健康色为绿色时，设备处于良好状态，无风险，设备正常运行。
步骤4，根据设备的健康色制定相应的应对行动。
设备健康色与应对行动的对应关系如表4。
表4设备健康色和应对行动对应关系
当设备健康色为红色时，具有高风险，需要立即采取一级应对行动，立即启动纠正行动，尽快执行纠正性维修，立即通报运行部门设备尽快停用；当设备健康色为黄色时，具有风险，需要采取二级应对行动，启动纠正行动，纠正性维修排入正常工作计划，如果监测表明设备稳定，没有进一步降级，可以安排到下一次大修中；当设备健康色为白色时，具有低风险，可以采取三级应对行动，目前设备活动适当，可以增加如下行动，增强监测的力度或频度，要求纠正性维修；当设备健康色为绿色时，无风险，不需要采取任何应对行动。
如图1所示，为实现本发明所述监测方法，本发明提供相应监测系统，包括设备确定模块1、参数设定模块2、非正常工况设定模块3、数据采集模块4、分析判断模块5、状态显示模块6，设备确定模块1分别输出到参数设定模块2和非正常工况设定模块3，参数设定模块2和非正常工况设定模块3分别输出到数据采集模块4，数据采集模块4输出到分析判断模块5，分析判断模块5输出到状态显示模块6。
各个模块的功能如下：
设备确定模块1：确定待监测的设备种类；
参数设定模块2：根据确定的设备种类，选取要监测的参数，所述参数包括关键参数和非关键参数，进一步确定每个关键参数的报警值和预警值以及每个非关键参数的报警值；
非正常工况设定模块3：根据确定的设备种类，选取要监测的非正常工况，所述非正常工况包括故障和缺陷；
数据采集模块4：对上述参数和非正常工况的数据进行采集；
分析判断模块5：将采集到的数据进行计算和分析，根据参数和非正常工况的状态，自动判断设备状态；
状态显示模块6：显示设备健康色及相关数据，提醒工程师采取应对行动。
上面对本发明的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的最优实施例，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，根据被监测的具体设备特点，确定要监测的参数和非正常工况，所述参数包括关键参数和非关键参数，所述非正常工况包括故障和缺陷；
步骤2，根据每一个参数的特点，设置设定值，所述设定值包括报警值和预警值；
步骤3，通过对关键参数、非关键参数、故障、缺陷的监测，判断设备的健康色和实时状态；
步骤4，根据设备的健康色制定相应的应对行动。
2.如权利要求1所述一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：
所述步骤2中，每个关键参数在高值区间和低值区间内分别设置1个报警值和2个预警值，风险程度由高到低依次为报警值、第一预警值、第二预警值，分别为高值区间报警值HA、高值区间第一预警值H1、高值区间第二预警值H2、低值区间第二预警值L2、低值区间第一预警值L1、低值区间报警值LA；每个非关键参数在高值区间和低值区间内分别设置1个报警值，分别为高值区间报警值HA、低值区间报警值LA。
3.如权利要求2所述一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：
所述步骤2中，当参数测量值基本不随环境条件、工况波动、季节变化时，高值区间第二预警值H2＝Avg+5δ，低值区间第二预警值L2＝Avg-5δ，其中，Avg是正常情况下测量值的平均值，δ是正常情况下测量值的标准偏差。
4.如权利要求2所述一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：
所述步骤2中，当参数测量值随环境条件、工况波动、季节变化时，高值区间第二预警值H2＝1.30C上，低值区间第二预警值L2＝0.77C下，其中，C上是合格区间的上限值，C下是合格区间的下限值。
5.如权利要求2所述一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：
所述步骤2中，已知第二预警值时，第一预警值和报警值的计算方法：高值区间第一预警值H1是高值区间第二预警值H2的2倍，低值区间第一预警值L1是低值区间第二预警值L2的0.5倍；高值区间报警值HA是高值区间第一预警值H1的1.3倍，低值区间报警值LA是低值区间第一预警值L1的0.77倍。
6.如权利要求5所述一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：
所述步骤2中，当设备的参数限定了极大值A和极小值AL时，报警值和第一预警值还有另外一种计算方法：高值区间报警值HA是极大值A的0.7倍，高值区间第一预警值H1是高值区间报警值HA的0.7倍，低值区间报警值LA是极小值AL的1.43倍，低值区间第一预警值L1是低值区间报警值LA的1.43倍；最终的报警值和第一预警值采用两种计算方法中的严格值。
7.如权利要求2所述一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：
所述步骤3中，监测对象与设备健康色的对应关系如下，当1个关键参数超过报警值时，设备健康色为红色；当1个关键参数超过第一预警值时，设备健康色为黄色；当1个关键参数超过第二预警值时，设备健康色为白色；当2个以上非关键参数超过报警值时，设备健康色为黄色；当1个非关键参数超过报警值时，设备健康色为白色；当1个故障出现时，设备健康色为红色；当3个以上缺陷出现时，设备健康色为黄色；当2个以下缺陷出现时，设备健康色为白色；当所有参数均处于合格区间且没有非正常工况出现时，设备健康色为绿色。
8.如权利要求1所述一种核电厂设备实时性能监测方法，其特征在于：
所述步骤4中，设备健康色与应对行动的对应关系如下,当设备健康色为红色时，具有高风险，采取一级应对行动；当设备健康色为黄色时，具有风险，采取二级应对行动；当设备健康色为白色时，具有低风险，采取三级应对行动；当设备健康色为绿色时，无风险，不采取任何应对行动。
9.一种核电厂设备实时性能监测系统，其特征在于：包括设备确定模块(1)、参数设定模块(2)、非正常工况设定模块(3)、数据采集模块(4)、分析判断模块(5)、状态显示模块(6)，设备确定模块(1)分别输出到参数设定模块(2)和非正常工况设定模块(3)，参数设定模块(2)和非正常工况设定模块(3)分别输出到数据采集模块(4)，数据采集模块(4)输出到分析判断模块(5)，分析判断模块(5)输出到状态显示模块(6)；
其中，设备确定模块(1)确定监测的设备种类；参数设定模块(2)根据确定的设备种类，选取要监测的参数；非正常工况设定模块(3)根据确定的设备种类，选取要监测的非正常工况；数据采集模块(4)对上述参数和非正常工况的数据进行采集；分析判断模块(5)将采集到的数据进行计算和分析，根据参数和非正常工况的状态，自动判断设备状态；状态显示模块(6)显示设备健康色及相关数据，提醒工程师采取应对行动。
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