一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的制作方法

1.本发明涉及核电技术领域，具体涉及一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统。


背景技术：

2.目前对核电厂关键设备的状态监控主要是依赖于设置的在线传感器的阈值报警，并没有建立各信号间的关联关系，无法进行早期故障的发现和预警。一旦出现阈值超限报警，往往没有足够的时间来进行分析和判断，这给电厂的运行人员带来很大的压力，存在着较大的隐患，而出现故障后的诊断也主要靠基于经验的专家知识判断，主观性强，故障排查效率低，实时性、准确性和智能化较差。为了及时掌握关键设备的运行状态，避免事故的发生，需要采用合适的状态监测与故障诊断技术来发现设备的早期故障。
3.因此，现有的核电反应堆及一回路运维主要依靠人工方式，对核电厂关键设备的状态监控主要是依赖于设置的在线传感器的阈值报警，并没有建立各信号间的关联关系，无法进行早期故障的发现和预警，电厂关键设备运行的可靠性差；且出现故障后的诊断也主要靠基于经验的专家知识判断，主观性强，故障排查效率低，实时性、准确性和智能化较差。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是现有的核电反应堆及一回路运维主要依靠人工方式，智慧化水平和可靠性差，运维人员故障排查压力大、效率低，实时性和准确性差等问题。本发明目的在于提供一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统，本发明可提高核电厂关键设备运行的可靠性，降低因关键设备异常故障停机造成的电厂经济损失的可能性，提高电厂的智能化水平和经济性，为后续"无人监控、少人值守"的智能运行的数字化核电厂及智慧核电厂的实施奠定基础。本发明从整体上提升核电厂智慧核电反应堆及一回路系统设备的智慧化水平和可靠性，降低运维人员故障排查压力大，提高了效率、实时性和准确性。
5.本发明通过下述技术方案实现：
6.一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统，该运维系统应用于包括从下至上的数据层、服务层、业务层和应用层形成的系统软件架构上；
7.所述数据层，用于获取核电反应堆的外部数据源和监测数据源，并对所述核电反应堆的外部数据源和监测数据源进行数据统一存储；及存储各类业务层的分析结果数据；
8.所述服务层，用于通过统一的数据池接口从数据层读取数据，并进行数据管理；
9.所述业务层，用于集成核电反应堆及一回路相关的各个子系统于一体，通过从数据层获取数据，进行核电反应堆及一回路的相关监测分析，得到分析结果数据；
10.所述应用层，用于通过所述分析结果数据，供用户端通过浏览器界面提供进行查看和展示，指导核电反应堆及一回路的运维。
11.进一步地，所述核电反应堆及一回路相关的各个子系统包括控制棒驱动机构和控制棒位在线监测及故障诊断系统、主泵智能监测与诊断系统、水化学在线监测及专家支持系统、反应堆及一回路运行状态在线监测及诊断系统、一回路系统泄漏在线监测及分析系统、核电厂疲劳在线监测及瞬态统计系统、反应堆燃料元件在线监测及诊断系统、松脱部件及振动在线监测系统和主管道及波动管lbb泄漏在线监测系统。
12.进一步地，所述反应堆及一回路运行状态在线监测及诊断系统包括数据管理模块、基础服务治理框架、基础服务模块、智能算法服务框架、智能化应用模块、外部接口模块和设备档案管理模块；
13.所述智能化应用模块包括泄漏监测与预警应用单元、水化学监测与预警应用单元和一回路系统监测与预警应用单元。
14.进一步地，所述泄漏监测与预警应用单元、水化学监测与预警应用单元和一回路系统监测与预警应用单元采用紧密集成方式进行集成，并釆用完全基于该运维系统的基础服务，完成业务上的处理，按照预设的风格开发交互界面并集成到支持系统之上。
15.而对于已接近开发完成阶段的其他智能应用单元，因其已采用了独立的技术路线，在整合过程中可以采用松散集成方式，避免智能应用子系统结构改变和系统间的集成过于复杂，允许使智能应用子系统使用独立的技术架构、独立的数据存储、仅使用部分或不使用基础服务，通过较为松散的方式将智能化应用集成到支持系统之上。
16.进一步地，该运维系统的硬件设备包括传感器、通用数据分发服务器、通用数据库服务器、工业以太交换机、磁盘阵列、专用数据采集装置、专用数据分发服务器、数据存储服务器、web应用服务器、工业以太网交换机和客户端主机，所述传感器连接分布式控制系统(以下简称“dcs系统”)，分布式控制系统连接通用数据分发服务器，通用数据分发服务器连接通用数据库服务器，通用数据库服务器通过工业以太交换机连接磁盘阵列；通用数据库服务器连接arh平台系统web应用服务器，通用数据分发服务器连接其它子系统web应用服务器，
17.所述专用数据采集装置包括pmp专用数据采集装置和rmp专用数据采集装置，专用数据分发服务器包括pmp专用数据分发服务器和rmp专用数据分发服务器，数据存储服务器包括pmp数据存储服务器和rmp数据存储服务器，web应用服务器包括pmp web应用服务器和rmp web应用服务器；
18.所述传感器与pmp专用数据采集装置、rmp专用数据采集装置均连接，pmp专用数据采集装置、pmp专用数据分发服务器和pmp数据存储服务器依次连接，rmp专用数据采集装置、rmp专用数据分发服务器和rmp数据存储服务器依次连接；pmp数据存储服务器通过交换机连接pmp web应用服务器，rmp数据存储服务器通过交换机连接rmp web应用服务器；
19.arh平台系统web应用服务器、其它子系统web应用服务器、pmp web应用服务器和rmp web应用服务器均通过以太网交换机连接各个客户端主机。
20.进一步地，所述数据层进行数据统一存储，是基于关系型/非关系型数据库、缓存数据库以及文件数据库，构建范围较小的、高安全性的通用的数据存储方式。
21.进一步地，所述统一的数据池接口是开发pi系统数据读入接口、dcs二层数据接口以及其他的数据读入接口而形成统一的数据池接口，实现最新时间点的数据能够及时读入并对外提供调用接口，因此能够满足智能应用对于数据实时性的需求。
22.进一步地，采用restful架构风格设计对外调用接口。
23.进一步地，该运维系统集中部署于核电厂运行辅助区。操作员和专业运维人员在运行辅助区、运行控制和保护区通过浏览器直接访问该运维系统；
24.运维支持与管理区的人员，由于网络隔离，不能直接访问系统，只能通过访问部署于该区的镜像系统查看概要信息。
25.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
26.本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统，主要用于对系统状态、水化学、泄漏、燃料元件、控制棒驱动机构、主泵、管路等进行在线监测(控)、分析评估、诊断和趋势预测及健康管理，为核电厂的运维提供决策支持。本发明从整体上提升核电厂智慧核电反应堆及一回路系统设备的智慧化水平和可靠性，降低运维人员故障排查压力大，提高了效率、实时性和准确性。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
28.图1为本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的设计路线图。
29.图2为本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的逻辑架构图。
30.图3为本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的功能模块划分图。
31.图4为本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的各个子系统简称示意图。
32.图5为本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的数据层设计示意图。
33.图6为本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的部署位置示意图。
34.图7为本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统的软件部署架构图。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
36.现有的核电反应堆及一回路运维主要依靠人工方式，对核电厂关键设备的状态监控主要是依赖于设置的在线传感器的阈值报警，并没有建立各信号间的关联关系，无法进行早期故障的发现和预警，电厂关键设备运行的可靠性差；且出现故障后的诊断也主要靠基于经验的专家知识判断，主观性强，故障排查效率低，实时性、准确性和智能化较差。
37.因此，本发明提出了一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统，本发明可提高核电厂关键设备运行的可靠性，降低因关键设备异常故障停机造成的电厂经济损失的可能性，提高电厂的智能化水平和经济性，为后续"无人监控、少人值守"的智能运行的数
字化核电厂及智慧核电厂的实施奠定基础。本发明从整体上提升核电厂智慧核电反应堆及一回路系统设备的智慧化水平和可靠性，降低运维人员故障排查压力大，提高了效率、实时性和准确性。
38.实施例1
39.如图1至图5所示，本发明一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统，一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统(arh系统)设计路线如图1所示，一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统平台逻辑架构图如图2所示。该运维系统应用于包括从下至上的数据层、服务层、业务层和应用层形成的系统软件架构上；
40.所述数据层，用于获取核电反应堆的外部数据源和监测数据源，并对所述核电反应堆的外部数据源和监测数据源进行数据统一存储；及存储各类业务层的分析结果数据；
41.所述服务层，用于通过统一的数据池接口从数据层读取数据，并进行数据管理；
42.所述业务层，用于集成核电反应堆及一回路相关的各个子系统于一体，通过从数据层获取数据，进行核电反应堆及一回路的相关监测分析，得到分析结果数据；
43.所述应用层，用于通过所述分析结果数据，供用户端通过浏览器界面提供进行查看和展示，指导核电反应堆及一回路的运维。
44.在一种可能的实施方式中，所述核电反应堆及一回路相关的各个子系统包括控制棒驱动机构和控制棒位在线监测及故障诊断系统、主泵智能监测与诊断系统、水化学在线监测及专家支持系统、反应堆及一回路运行状态在线监测及诊断系统、一回路系统泄漏在线监测及分析系统、核电厂疲劳在线监测及瞬态统计系统、反应堆燃料元件在线监测及诊断系统、松脱部件及振动在线监测系统和主管道及波动管lbb泄漏在线监测系统。各个子系统简称如图4所示。
45.9个智能子系统统一集成在arh系统平台上，形成一个整体的反应堆及一回路健康管理及智能运维支持系统。
46.本发明arh系统平台整合智能应用子系统应用资源，提升运维系统操作便捷性，对智能子系统进行统一管理、维护和操作，为用户提供智能系统的集中显示的画面。
47.在一种可能的实施方式中，所述反应堆及一回路运行状态在线监测及诊断系统包括数据管理模块、基础服务治理框架、基础服务模块、智能算法服务框架、智能化应用模块、外部接口模块和设备档案管理模块；arh平台功能模块划分，如图3所示。
48.所述智能化应用模块包括泄漏监测与预警应用单元、水化学监测与预警应用单元和一回路系统监测与预警应用单元。
49.具体地，所述泄漏监测与预警应用单元、水化学监测与预警应用单元和一回路系统监测与预警应用单元采用紧密集成方式进行集成，并釆用完全基于该运维系统的基础服务，完成业务上的处理，按照预设的风格开发交互界面并集成到支持系统之上。
50.而对于已接近开发完成阶段的其他智能应用单元，因其已采用了独立的技术路线，在整合过程中可以采用松散集成方式，避免智能应用子系统结构改变和系统间的集成过于复杂，允许使智能应用子系统使用独立的技术架构、独立的数据存储、仅使用部分或不使用基础服务，通过较为松散的方式将智能化应用集成到支持系统之上。
51.在一种可能的实施方式中，建立了较为完善的一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统组成结构，针对各智能子系统的数据处理及功能差异性，搭建了专用与通
用兼容、既统一又可独立性的系统平台。一种核电厂智慧核电反应堆及一回路智能运维系统组成分为硬件设备和软件系统两部分。
52.具体地，硬件设备主要包括3～4个机柜、传感器、电缆、信号采集装置和约10个服务器(其中数据层有3台服务器，包括时序数据存储服务器、文件数据存储服务器、关系型数据存储服务器、数据服务服务器；服务层有2台服务器，包括中间件服务器、镜像仓库服务器、节点管理服务器；业务层有4台服务器，包括计算应用服务器、后端应用服务器、前段应用服务器；接入层有1台服务器用于负载均衡)等；软件主要包括系统前端、后端、数据库、应用系统程序等。智能运维系统数据分为两部分，一部分数字信号如温度、压力和流量等信号来自dcs非安全级网关。另一部分，主泵和控制棒驱动机构等故障诊断系统的振动、位移、位置信号等来自专用的数据采集装置。另外，对软件提出部分重要技术指标要求如下：本平台系统所选用的商业基础组件必须为国产化产品或开源产品。支持基础服务的分布式部署。数据处理动态响应时间小于1s，状态预测响应速度小于5s.支持以fortran、c/c++、python、java等语言开发的算法模块集成到算法框架。智能算法服务框架应具备平台无关性。支持200个以上的用户并发登录。
53.具体实施时，建立了稳定可靠的系统软硬件架构，充分考虑了数据的多样性、海量数据处理及数据安全等要求，系统可支持多种信号处理、数据挖掘、智能预测等算法以及虚拟模型的运行。在硬件架构设置上，对数据采集分发、系统应用、数据处理存储、专用与通用、读写与备份均采取了专门的设置策略，使系统具有较好的稳定可靠性、兼容性、可扩展性、时效性、交互性等。系统硬件架构图如图4所示。
54.该运维系统的硬件设备包括传感器、通用数据分发服务器、通用数据库服务器、工业以太交换机、磁盘阵列、专用数据采集装置、专用数据分发服务器、数据存储服务器、web应用服务器、以太网交换机和客户端主机，所述传感器连接分布式控制系统，分布式控制系统连接通用数据分发服务器，通用数据分发服务器连接通用数据库服务器，通用数据库服务器通过工业以太交换机连接磁盘阵列；通用数据库服务器连接arh平台系统web应用服务器，通用数据分发服务器连接其它子系统web应用服务器，
55.所述专用数据采集装置包括pmp专用数据采集装置和rmp专用数据采集装置，专用数据分发服务器包括pmp专用数据分发服务器和rmp专用数据分发服务器，数据存储服务器包括pmp数据存储服务器和rmp数据存储服务器，web应用服务器包括pmp web应用服务器和rmp web应用服务器；
56.所述传感器与pmp专用数据采集装置、rmp专用数据采集装置均连接，pmp专用数据采集装置、pmp专用数据分发服务器和pmp数据存储服务器依次连接，rmp专用数据采集装置、rmp专用数据分发服务器和rmp数据存储服务器依次连接；pmp数据存储服务器通过交换机连接pmp web应用服务器，rmp数据存储服务器通过交换机连接rmp web应用服务器；
57.arh平台系统web应用服务器、其它子系统web应用服务器、pmp web应用服务器和rmp web应用服务器均通过以太网交换机连接各个客户端主机。
58.该运维系统的硬件设备的连接设计，建立了各传感信号间的关联关系，从而进行早期故障的发现和预警，提高电厂关键设备运行的可靠性差。
59.在一种可能的实施方式中，为了减少与核电厂pi系统等外部的数据系统的交互次数，提升智能平台对数据增删读取更新等操作的速度，有必要将平台之上相关的、针对一回
路系统的各类智能应用子系统所需的数据进行统一存储，即数据层进行数据统一存储，是基于关系型/非关系型数据库、缓存数据库以及文件数据库，构建范围较小的、高安全性的通用的数据存储方式。
60.在一种可能的实施方式中，所述统一的数据池接口是开发pi系统数据读入接口、dcs二层数据接口以及其他的数据读入接口而形成统一的数据池接口，实现最新时间点的数据能够及时读入并对外提供调用接口，因此能够满足智能应用对于数据实时性的需求。数据层设计如图5所示。
61.在数据层之上，基于微服务技术，面向业务的需要封装基础功能，构建服务层，并采用restful架构风格设计对外调用接口。至少提供用于数据管理、数据订阅、数据回写的数据服务，用户管理服务、权限管理的认证与授权服务，以及平台运行所需的日志服务、和其他需要的服务，进一步提升应用体验。
62.本发明能够在线对反应堆冷却剂系统、水化学、控制棒驱动机构、主泵和管道等进行在线状态监测、信号特征分析、异常预警、诊断、状态评估、趋势预测及提出故障控制方案和治理措施建议，有助于电厂的维护优化及进一步提高反应堆安全运行水平。
63.本发明能够在线执行燃料日常监测、破损监测及决策支持、源项支持、燃料元件性能改进支持及大数据分析智能化运营。
64.本发明能够对系统压力、温度、流量等运行参数及部分泵、阀等设备的状态参数的进行分析，可获得真实的疲劳敏感部位(即监测部位)累积疲劳使用系数，为考虑冷却剂环境对金属材料的疲劳加速作用提供工程解决方案，也为电厂的老化管理和延寿提供重要的数据支持；可快速进行瞬态划分归类和统计，有助于电厂运行的优化和操作规程的改进。
65.实施例2
66.如图6和图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，如图6所示，该运维系统集中部署于核电厂运行辅助区。操作员和专业运维人员在运行辅助区、运行控制和保护区通过浏览器直接访问该运维系统；
67.运维支持与管理区的人员，由于网络隔离，不能直接访问系统，只能通过访问部署于该区的镜像系统查看概要信息。
68.该运维系统的软件部署架构如图7所示，所有服务都通过集群便于扩展；所有服务都通过k8s和docker统一部署和管理；机组应用和数据从逻辑上独立，便于降低系统复杂度，同时增加新机组时对老机组无影响，并为机组间差异化管理打下基础。
69.本发明主要用于对系统状态、水化学、泄漏、燃料元件、控制棒驱动机构、主泵、管路等进行在线监测(控)、分析评估、诊断和趋势预测及健康管理，为核电厂的运维提供决策支持。
70.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。