基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警分析方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于动态仿真模型的核电厂设备故障分析方法及系统。该系统包括：核电站实时/历史数据库，用于提供动态仿真模型正常工作所需基本参数；基于核电站全范围模拟机构建的动态仿真模型，用于提供各监测设备的基准参数值；实时数据采集中心，用于测量各监测设备的实时运行参数值；动态预警分析平台，用于将各监测设备的实时运行参数值及相应的基准参数值输入趋势预警模型，在趋势预警模型中应用综合预警分析策略对各监测设备进行动态预警分析，并对经综合预警分析策略判定为故障设备的监测设备启动预警。本发明专利技术可提早识别核电厂运行中的故障设备并启动预警，以防止故障设备的进一步损害，避免核电厂事故的发生，提高核电厂的运营效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于核电站设备监控领域，更具体地说，本专利技术涉及一种基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法及系统。
技术介绍
核电厂设备的运行状况对整个核电厂的正常运行生产都具有十分重要的意义。一方面，当关键设备发生故障时，可能对整个系统及其他相关设备产生重大影响，造成非计划停堆，降低生产效率，甚至可能造成相关排放物排放超标。另一方面，由于生产环境的限制，核电厂关键设备一般要求具备高温高压、耐腐蚀、抗辐射等特性，这就决定了设备制造成本高，维修成本高，生产周期长的特点。目前，核电厂主要采用的设备报警方法为高低限预警方法、高低线预警方法及基于机理模型的预警方法。其中，高低线报警方法的技术缺陷在于：只有当故障测点达到预警线时才触发报警，此时，故障信息已经比较明显，设备损坏已比较严重，其不能提早发现异常设备，因而无法保障核电厂的安全稳定运行。高低线预警方法在高低线报警方法的基础上增加了一定的裕度。但是，高低线预警方法并不能提早发现故障设备，不能从根本上解决设备故障预警的问题。基于机理模型的预警方法通过对设备的运行机理进行分析，建立设备精确的数学模型，将模型产生的结果与实际测量值进行比较，产生残差值，通过状态估计等方法对残差值进行分析，以此评估设备是否发生故障。该基于机理模型的预警方法的技术缺陷在于：一方面，该方法需要对系统进行线性化处理，随着现代大生产的发展，现代设备，尤其核电关键设备的结构趋于复杂，耦合程度越来越高，采用机理模型的方法会造成模型精度不高，误差增大。另一方面，建模成本高，易受现场环境噪声的干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的上述缺陷，提供一种能提早且精准地识别核电厂故障设备，提早启动预警，以确保核电厂安全稳定运行的基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法及系统。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法，该方法包括如下步骤：基于核电站全范围模拟机构建动态仿真模型；通过动态仿真模型获取表征核电厂监测设备健康运行的基准参数值；将采集的各个监测设备的实时运行参数值及其相应的基准参数值输入趋势预警模型，根据趋势预警模型并应用综合预警分析策略对核电厂各台监测设备进行动态预警分析，并对经综合预警分析策略判定为故障设备的监测设备启动预警。本专利技术另提供有一种基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警系统，该系统包括：用作数据接口的核电站实时/历史数据库，用于为动态仿真模型提供其正常工作所需的基本参数；基于核电站全范围模拟机构建的动态仿真模型，该动态仿真模型根据输入的确保其正常工作所需的基本参数计算及输出表征核电厂各监测设备健康运行的基准参数值；实时数据采集中心，用于测量各监测设备的实时运行参数值；动态预警分析平台，用于将该实时数据采集中心所测监测设备的实时运行参数值及相应的基准参数值输入趋势预警模型，根据趋势预警模型并应用综合预警分析策略对各监测设备进行动态预警分析，并对经综合预警分析策略判定为故障设备的监测设备启动预警。应用本专利技术基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法及系统，一方面，可提早且精准地识别核电厂监测设备中运行异常的监测设备，在该类故障设备的损坏程度尚不足以触发报警之前提前启动预警，以便指导并及时安排检修人员对故障设备进行点修或关停处理，可防止故障设备的进一步损坏，避免核电厂事故的发生，确保核电厂安全稳定运行，提高核电厂的运营效率；另一方面，本专利技术还可将反映监测设备是否出现故障及故障严重程度的预警因子以动态的图形化形式在趋势预警模型中进行实时显示，以便核电厂设备管理人员据此直观地了解现场监测设备的运行状态，合理安排及指导巡检人员的巡检工作。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法及系统进行详细说明，其中：图1为本专利技术较佳实施例提供的基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法的流程图；图2为图1的故障预警方法中包括的综合动态预警分析方法的流程图；图3为图2的综合动态预警分析方法中包括的残差预警分析方法的流程图；图4为图2的综合动态预警分析方法中包括的曲线面积积分预警分析方法的流程图；图5为图2的综合动态预警分析方法包括的波动值预警分析方法的流程图；图6为本专利技术另一较佳实施例提供的基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警系统的结构框图；图7为图6所示的核电厂设备故障预警系统的动态预警分析平台的结构框图；图8为图7所示的动态预警分析平台预警分析模块的结构框图。具体实施方式为了使本专利技术的专利技术目的、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，对本专利技术进一步详细说明。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专利技术，并非为了限定本专利技术。如图1所示，针对现有技术中高低限预警法不能提早发现设备异常的技术缺陷，以及基于机理模型的预警法会造成模型精度不高，预警误差增大，建模成本较高，且易受环境噪声干扰的技术缺陷，本专利技术提出了一种基于动态仿真模型200的核电厂设备故障预警方法，该方法包括以下步骤：S100、基于核电站全范围模拟机构建动态仿真模型200。核电厂仿真模型的建立，需要借助核电厂全范围仿真模拟机平台，借助仿真平台设计的动态仿真模型200具有很好的可靠性及实用性。在核电厂全范围模拟机平台上，利用图形化的搭建方式，建立所需的设备模型，进行编译后，将生成的设备源码转译为所需的语言，即可脱离核电厂全范围模拟机平台建立动态仿真模型200。S200、通过所建立的动态仿真模型200模拟计算及获取表征核电厂各监测设备健康运行的基准参数值。在本专利技术中，为获取各监测设备的基准参数值，将核电厂实时/历史数据库作为接口，从中获取动态仿真模型200正常运转所需的基本参数，将上述基本参数输入动态仿真模型200，即可从动态仿真模型200输出获取核电厂各监测设备的基准参数值。S300、将采集的各监测设备的实时运行参数及其基准参数值输入趋势预警模型，基于趋势预警模型并应用综合性预警分析策略对监测设备进行动态预警分析，并对经综合预警分析策略判定为故障设备的监测设备启动预警。相比在核电厂中广泛应用的高低限报警方案或基于机理模型的故障预警方案而言，本专利技术核电厂设备故障预警方法通过对核电厂各监测设备的历史、实时数据进行建模分析，并应用综合预警分析策略对监测设备当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：基于核电站全范围模拟机构建动态仿真模型；通过动态仿真模型模拟计算获得各监测设备的基准参数值；将采集的各监测设备的实时运行参数值及其相应的基准参数值输入趋势预警模型，根据趋势预警模型并应用综合预警分析策略对核电厂各台监测设备进行动态预警分析，并对经综合预警分析策略判定为故障设备的监测设备启动预警。

【技术特征摘要】
1.一种基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警方法，其特征在于，该方
法包括如下步骤：
基于核电站全范围模拟机构建动态仿真模型；
通过动态仿真模型模拟计算获得各监测设备的基准参数值；
将采集的各监测设备的实时运行参数值及其相应的基准参数值输入趋势预
警模型，根据趋势预警模型并应用综合预警分析策略对核电厂各台监测设备进
行动态预警分析，并对经综合预警分析策略判定为故障设备的监测设备启动预
警。
2.根据权利要求1所述的核电厂设备故障预警方法，其特征在于，该方法
还包括：
在对监测设备执行动态预警趋势分析之前，对所测监测设备的实时运行参
数值进行滤波处理。
3.根据权利要求1所述的核电厂设备故障预警方法，其特征在于，该基于
趋势预警模型并应用综合性预警分析策略对监测设备进行动态预警分析的步骤
具体包括：
应用残差预警分析、曲面面积积分预警分析及波动值预警分析相结合的综
合性预警分析策略对核电厂各监测设备运行异常与否进行综合判定。
4.根据权利要求3所述的核电厂设备故障预警方法，其特征在于：
该残差预警分析包括如下步骤:
在设定的采样时间段内采集监测设备的实时运行参数值，计算该监测设备
的实际运行参数值及其基准参数值之间的残差值；
判断该残差值中的最大值是否超过设定的残差阈值；如是，则做出该台监
测设备可能出现故障的初步预警分析结果，并请求通过综合预警分析策略中包

\t含的另外一种或两种预警分析方法对该预警分析结果作进一步核实；
该曲面面积积分预警分析包括如下步骤:
在趋势预警模型中分别绘制反映监测设备的基准参数值及实时运行参数值
的基准曲线及实时运行曲线；
将该条基准曲线作为参考线，并在设定的采样时间段内，以该参考线为基
准对该条实时运行曲线作曲线面积积分运算；
将曲面面积换算成直角三角形面积，根据该直角三角形面积分析该段采样
时间段内该台监测设备实际运行相对于该参考线的偏移率；
判断该偏移率是否超过设定的偏移率阈值；如是，则做出该台监测设备可
能出现故障的初步预警分析结果，并请求通过综合预警分析策略中包含的另外
一种或两种预警分析方法对该预警分析结果作进一步核实；
该波动值预警分析包括如下步骤：
在趋势预警模型中绘制反映监测设备的基准参数值的基准曲线，将该条基
准曲线作为参考线，利用均方差原理计算该台监测设备在指定的采样时间段内
相对于该参考线的波动率；
判断该监测设备相对于该参考线的波动率是否超过设定的波动率阈值；如
是，则做出该台监测设备可能出现故障的初步预警分析结果，并请求通过综合
预警分析策略中包含的另外一种或两种预警分析方法对该预警分析结果作进一
步核实。
5.根据权利要求1所述的核电厂设备故障预警方法，其特征在于，该方法
还包括：
将反映监测设备是否出现故障及故障严重程度的若干预警因子以动态的图
形化的形式在趋势预警模型中进行实时显示，该预警因子包括该监测设备相对
于相应参考基准的残差、偏移率及波动率。
6.一种基于动态仿真模型的核电厂设备故障预警系统，其特征在于，该系

\t统包括：
用作数据接口的核电站实时/历史数据库，用于为动态仿真模型提供其正常
工作所需的基本参数；
基于核电站全范围模拟机构建的动态仿真模型，该动态仿真模型根据输入
的确保其正常工作所需的基本参数模拟计算及输出各监测设备的基准参数值；
实时数据采集中心，用于测量各监测设备的实时运行参数值；
动态预警分析平台，用于将该实时数据采集中心所测监测设备的实时运行
参数值及相应的基准参数值输入趋势预警模型，根据趋势预警模型并应用综合

【专利技术属性】
技术研发人员：李志超，谭珂，王婷，尹建玲，刘高俊，
申请(专利权)人：中广核工程有限公司，中国广核集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44