CN108961696A - 一种海洋核动力平台的预警系统及预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋核动力平台的预警系统及方法，该系统包括传感网络子系统、数据存储子系统和预警分析子系统；其中，传感网络子系统用于采集和传输核动力平台的目标设备的实时运行参数，数据存储子系统用于分布式存储所述实时运行参数，预警分析子系统用于将所述目标设备的实时运行参数与预设的一级阈值进行比对，判断所述目标设备是否正常运行并显示预警结果。本发明能实现海洋核动力平台的目标设备故障的提前精准定位，提高了核动力平台的可靠性，克服了定期检修的盲目性和过度维修，减少了维护时间和维护工作量，增强了海洋核动力平台的经济性。克服了现有的核动力装置的修复性维修和预防性维修的针对性不强、效率低下的缺点。

Description

一种海洋核动力平台的预警系统及预警方法

技术领域

本发明涉及核动力平台管理领域，具体涉及一种海洋核动力平台的预警系统及预警方法。

背景技术

海洋核动力平台为海上浮动式核电站，平台堆功率为100MWt×2级，电功率为25MWe×2级，使用寿命40年，平台运行一段时间后需要更换乏燃料，安装新燃料，其换料周期为1.5年。因此，为保障平台长期高效健康运行，需要对平台全寿期进行运行与维护，而海洋核动力平台的维修保障方法为平台高效利用的实现提供了保障。

目前，核电站的维修保障主要包括维修和后勤保障，其中维修按照产品维修所在场所划分基层级、中继级和基地级三个等级。传统的维修保障模式主要是通过对部件、组件或元件及管系的修复以及定期进行系统、设备性能的勘验鉴定等进行定期预防性维修保障。传统的维修保障是基于运行时间来进行定期检修，仅考虑设备的平均寿命，容易造成过度维修。

海洋核动力平台的空间布局与陆上核电站有很大不同，结构更为紧凑，同时，还需要考虑海洋环境的影响，因此，提出一种适用于海洋核动力平台预警方法以指导维修十分必要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种海洋核动力平台的预警系统，针对性强、效率高，可以克服定期检修的盲目性和过度维修。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种海洋核动力平台的预警系统，其包括：

传感网络子系统，其用于采集和传输核动力平台的目标设备的实时运行参数；

数据存储子系统，其用于分布式存储所述实时运行参数；

预警分析子系统，其用于将所述目标设备的实时运行参数与预设的一级阈值进行比对，判断所述目标设备是否正常运行并显示预警结果。

进一步地，所述预警分析子系统还用于将所述目标设备的实时运行参数与预设的二级阈值进行比对，且所述二级阈值的范围大于所述一级阈值。

进一步地，当所述目标设备的实时运行参数介于所述一级阈值和所述二级阈值之间时，发出一级告警；

当所述目标设备的实时运行参数大于所述二级阈值时，发出二级告警。

进一步地，所述一级阈值为相应的所述目标设备的正常运行参数范围。

进一步地，所述预警分析子系统还用于对所述实时运行参数进行预处理和数据重构，并获取所述目标设备的评估参数；同时，

所述预警分析子系统对所述目标设备的一级阈值与其评估参数进行对比，判断所述目标设备是否正常运行并显示预警结果。

进一步地，所述预警分析子系统包括：

比对模块，其用于对所述目标设备的预设的一级阈值与其实时运行参数进行比对，并判断所述目标设备是否正常运行；

显示模块，其用于显示预警结果；

告警模块，其用于对判断为偏离正常运行的所述目标设备进行告警。

进一步地，所述传感网络子系统包括多个传感器，所述传感器用于测量并传输所述目标设备的实时运行参数。

进一步地，所述目标设备包括压力容器、蒸发器、主泵、稳压器、汽轮机、核燃料、管道、阀门、主变、发电机组。

本发明还提供了一种利用如上所述的海洋核动力平台的预警系统进行预警的方法，包括如下步骤：

传感网络子系统采集和传输核动力平台的目标设备的实时运行参数；

数据存储子系统分布式存储所述实时运行参数，并提供数据访问接口；

预警分析子系统对所述目标设备的实时运行参数与预设的一级阈值进行比对，判断所述目标设备是否正常运行并显示预警结果。

进一步地，所述预警分析子系统还用于将所述目标设备的实时运行参数与预设的二级阈值进行比对，且所述二级阈值的范围大于所述一级阈值；

当所述目标设备的实时运行参数介于所述一级阈值和所述二级阈值之间时，发出一级告警；

当所述目标设备的实时运行参数大于所述二级阈值时，发出二级告警。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的海洋核动力平台的预警系统能够实现海洋核动力平台的目标设备故障的提前精准定位，提高了核动力平台的可靠性，可以克服定期检修的盲目性，从而减少了维护时间，减少了维护工作量，增强了海洋核动力平台的经济性。克服了现有的核动力装置的修复性维修和预防性维修的针对性不强、效率低下的缺点。

本发明在很大程度上避免定期维修的维修过剩或维修不足的问题和减少维修资源的浪费，实现变预防维修为状态维修的主动维修保障。

附图说明

图1为本发明实施例提供的海洋核动力平台的预警系统原理图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种海洋核动力平台的预警系统，其包括传感网络子系统、数据存储子系统和预警分析子系统；其中：

传感网络子系统用于采集和传输核动力平台的目标设备的实时运行参数。

本发明中的目标设备包括压力容器、蒸发器、主泵、稳压器、汽轮机、核燃料、管道、阀门、主变、发电机组等等。传感网络子系统包括多个传感器，传感器用于测量并传输目标设备的实时运行参数，只不过针对不同的目标设备，传感器测量的实时运行参数不一样，有些目标设备可能就压力就可以评估，有些目标设备就需要多种数据(比如需要压力、振动等数据)来综合评估，那么，传感器布置在目标设备上时，针对什么样的目标设备布置什么样的传感器，比如泵需要压力传感器，就布置压力传感器，蒸发器需要压力传感器和温度传感器，就布置压力传感器和温度传感器，在传感器测点布置的时候就设置好了。这些实时运行参数主要衡量对应目标设备的生命状态的运行参数，这些数据实时地传输到数据存储子系统。

实时运行参数包括但不限于振动、噪声、温度、压力、电压、电流及外界环境的温度、湿度等等等。

数据存储子系统用于分布式存储实时运行参数，并相预警分析子系统提供高效、快速的数据访问接口。

本发明中的数据存储子系统包括一定数量的存储终端或具有相对较大存储容量的加固小型化服务器，并且充分利用海洋核动力平台的空间，以及传感网络子系统的布置方案，就近地布置在传感器附近。

预警分析子系统用于对目标设备的实时运行参数与其预设的一级阈值进行比对，判断目标设备是否正常运行并显示预警结果。

目标设备的预设的一级阈值是根据实际工况人为设定的数值范围，可以采用目标设备在正常运行时的各种数据信息(比如压力、温度、流量等数据都在正常范围内)，在规定的运行限值和条件范围内。比如，压力容器出厂时，有额定运行压力，额定运行温度等，那么这个额定运行压力和额定运行温度以内的运行压力和运行温度即为压力容器的预设的一级阈值；再比如泵，泵在出厂时，有额定运行压力，运行压力范围，额定运行温度，运行温度范围等，泵在实时运行时，若泵的运行压力，运行温度都在它们的范围内，就属于正常运行状态。当然了，也可以设定在目标设备正常运行时的参数范围内。

本发明的原理为通过传感器检测海洋核动力平台上各个目标设备的实时运行参数，再通过与目标设备预设的一级阈值进行对比，以此判断目标设备是否正常运行，并以此作为维修的预警预报。

因此，本发明的海洋核动力平台的预警系统能够实现海洋核动力平台的目标设备故障的提前精准定位，提高了核动力平台的可靠性，可以克服定期检修的盲目性，从而减少了维护时间，减少了维护工作量，增强了海洋核动力平台的经济性。克服了现有的核动力装置的修复性维修和预防性维修的针对性不强、效率低下的缺点。

本发明在很大程度上避免定期维修的维修过剩或维修不足的问题和减少维修资源的浪费，实现变预防维修为状态维修的主动维修保障。

由于传感器在测量过程中会产生大量数据，为了提高精确度，需要对数据进行处理，因此，预警分析子系统还用于对实时运行参数进行预处理和数据重构，并获取目标设备的评估参数；同时，预警分析子系统对目标设备预设的一级阈值与其评估参数进行比对，判断目标设备是否正常运行并显示预警结果。数据预处理是针对某个目标设备实时运行参数信息中的干扰信息就行清洗过滤掉，数据重构就是将数据清洗之后的零散数据进行重新整合。

实时运行参数的预处理与数据重构包括如下步骤：

A1：将传感器收集到的实时运行参数进行清洗，对实时运行参数首先会进行降噪、压缩过滤、格式转换及数据融合等方式进行预处理，预处理后的数据信息仍然会有冗余信息，然后进一步针对不同的设备及信号类型采取主成分分析、时/频域变换、相关分析等数据挖掘手段；

步骤A1具体包括：

A11：采用粒子滤波方法，粒子滤波方法要解决的问题是在已知系统状态特征的演化模型：

x_i+1＝f(x_i,η_i) (1)

其中χ_i、χ_i+1分别为系统在i和(i+1)时刻的状态参数向量，η_i为表征系统状态演化不确定性的随机变量；

A12：测量模型：

z_i＝h(x_i,σ_i) (2)

其中z_i表示对系统状态χ_i的测量结果，σ_i为表征测量过程不确定性的随机变量；

A13：利用对系统状态的测量值得时间序列，实时对数据进行清洗。

z_1：n＝(z₁，z₂，…,z_n) (3)

A2：将清洗后的数据采用贝叶斯估计法进行重构；

步骤A2具体包括：

A21：按照贝叶斯估计法，预测步，利用i时刻的系统状态分布和状态演化模型预测(i+1)时刻的系统状态的先验分布：

p(χ_i+1|z_1:i)＝∫p(χ_i+1|χ_i)p(χ_i|z_1:i)χ_i (4)

其中P(χ_i+1|χ_i)由(1)式给出；

A22：更新步，使用(i+1)时刻的测量数据和测量模型，利用贝叶斯公式计算系统状态的后验分布：

p(χ_i+1|z_1:i+1)＝p(z_i+1|χ_i+1)p(χ_i+1|χ_1:i)/∫p(z_i+1|χ_i+1)p(χ_i+1|χ_1:i)χ_i+1(5)

其中p(z_i+1|χ_i+1)由测量方程(2)给出。

A3：提取目标设备的评估参数。

步骤A3具体包括：

A31：预测步，利用各样本i时刻的状态χ_i由状态演化模型(1)随机生成下一刻的系统状态χ_i+1；

A32：更新步，获得(i+1)时刻的测量值后，利用贝克斯公式更新各样本的权重值：

W_i，k＝w_i+1p(z_i|χ_i,k)/∑w_i+1,kp(z_i|χ_i,k) (6)

当预警分析子系统判断目标设备偏离正常运行时，预警分析子系统还用于告警，以提醒相关工作人员进行检修。

本发明预警分析子系统包括比对模块、显示模块和告警模块；其中：

比对模块用于对目标设备的预设的一级阈值与其实时运行参数进行比对，并判断目标设备是否正常运行；

显示模块用于显示预警结果，如智能显示屏、显示器等；

告警模块用于对判断为偏离正常运行的目标设备进行告警。

在实时测量过程中，有的目标设备的实时运行参数可能偏离预设的一级阈值较大，有的偏离较小，为了分级管理，体现出各个目标设备的实时运行情况，本发明还预设有二级阈值，二级阈值的范围大于一级阈值，预警分析子系统还用于将目标设备的实时运行参数与二级阈值进行比对，当目标设备的实时运行参数介于一级阈值和二级阈值之间时，发出一级告警，并在显示模块上予以显示；

当目标设备的实时运行参数大于二级阈值时，发出二级告警，并在显示模块上予以显示。

本发明中，设置一级阈值的参考因素包括目标设备的正常运行参数范围、核电站和核动力舰船历史数据(如压力、流量、功率等)；

设置二级阈值的参考因素包括目标设备的正常运行参数范围、核电站和核动力舰船历史数据、海洋核动力平台和目标设备信息参数关联度以及核动力平台所处的环境和外部因素(风、浪、流、盐雾、倾斜、振动、冲击、摇摆等)。

本发明还提供了一种利用海洋核动力平台的预警系统进行预警的方法，包括如下步骤：

S1：传感网络子系统采集和传输核动力平台的目标设备的实时运行参数；

S2：数据存储子系统分布式存储实时运行参数，并提供数据访问接口；

S3：预警分析子系统对目标设备的实时运行参数与预设的一级阈值进行比对，判断目标设备是否正常运行并显示预警结果。

在上述基础上，预警分析子系统还用于将目标设备的实时运行参数与预设的二级阈值进行比对，且二级阈值的范围大于一级阈值；

当目标设备的实时运行参数介于一级阈值和二级阈值之间时，发出一级告警，并在显示模块上予以显示；

当目标设备的实时运行参数大于二级阈值时，发出二级告警，并在显示模块上予以显示。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种海洋核动力平台的预警系统，其特征在于，其包括：

传感网络子系统，其用于采集和传输核动力平台的目标设备的实时运行参数；

数据存储子系统，其用于分布式存储所述实时运行参数；

预警分析子系统，其用于将所述目标设备的实时运行参数与预设的一级阈值进行比对，判断所述目标设备是否正常运行并显示预警结果。

2.如权利要求1所述的海洋核动力平台的预警系统，其特征在于：所述预警分析子系统还用于将所述目标设备的实时运行参数与预设的二级阈值进行比对，且所述二级阈值的范围大于所述一级阈值。

3.如权利要求2所述的海洋核动力平台的预警系统，其特征在于：当所述目标设备的实时运行参数介于所述一级阈值和所述二级阈值之间时，发出一级告警；

当所述目标设备的实时运行参数大于所述二级阈值时，发出二级告警。

4.如权利要求1所述的海洋核动力平台的预警系统，其特征在于：所述一级阈值为相应的所述目标设备的正常运行参数范围。

5.如权利要求1所述的海洋核动力平台的预警系统，其特征在于：所述预警分析子系统还用于对所述实时运行参数进行预处理和数据重构，并获取所述目标设备的评估参数；同时，

所述预警分析子系统对所述目标设备的一级阈值与其评估参数进行对比，判断所述目标设备是否正常运行并显示预警结果。

6.如权利要求1所述的海洋核动力平台的预警系统，其特征在于，所述预警分析子系统包括：

比对模块，其用于对所述目标设备的预设的一级阈值与其实时运行参数进行比对，并判断所述目标设备是否正常运行；

显示模块，其用于显示预警结果；

告警模块，其用于对判断为偏离正常运行的所述目标设备进行告警。

7.如权利要求1所述的海洋核动力平台的预警系统，其特征在于：所述传感网络子系统包括多个传感器，所述传感器用于测量并传输所述目标设备的实时运行参数。

8.如权利要求1所述的海洋核动力平台的预警系统，其特征在于：所述目标设备包括压力容器、蒸发器、主泵、稳压器、汽轮机、核燃料、管道、阀门、主变、发电机组。

9.一种利用如权利要求1所述的海洋核动力平台的预警系统进行预警的方法，其特征在于，包括如下步骤：

传感网络子系统采集和传输核动力平台的目标设备的实时运行参数；

数据存储子系统分布式存储所述实时运行参数，并提供数据访问接口；

预警分析子系统对所述目标设备的实时运行参数与预设的一级阈值进行比对，判断所述目标设备是否正常运行并显示预警结果。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

所述预警分析子系统还用于将所述目标设备的实时运行参数与预设的二级阈值进行比对，且所述二级阈值的范围大于所述一级阈值；

当所述目标设备的实时运行参数介于所述一级阈值和所述二级阈值之间时，发出一级告警；

当所述目标设备的实时运行参数大于所述二级阈值时，发出二级告警。