CN114757573A - 一种基于phm技术的核电站运维管理系统 - Google Patents
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Abstract
本公开提供的基于PHM技术的核电站运维管理系统，该核电站运维管理系统包括离线分析系统、在线分析系统、综合管理平台，离线分析系统用于对多个不同的电气设备的历史运行信息进行分析，并利用分析结果构建运维管理系统的PHM系统数据库，在线分析系统用于根据PHM系统数据库对核电站的运行状态信息进行分析，并将核电站分析结果发送至综合管理平台，综合管理平台用于根据核电站分析结果对核电站各电气设备进行管理。由此可知，本申请提出的运维管理系统提高了核电站电气设备运行的安全性、可靠性及稳定性。避免了维修过剩，降低了运维管理的时间和经济成本，进而降低了核电站的发电成本。
Description
技术领域
本申请涉及运维管理领域，尤其涉及一种基于PHM技术的核电站运维管理系统。
背景技术
随着核电机组发电容量的不断提高，对电气系统运行的稳定性、安全性和可靠性的要求也不断提高。但是，核电站的电气系统比较复杂，且核电站大多位于沿海区域，受到盐雾、潮湿、高温、台风等环境因素的影响，导致电气设备的工作环境复杂、恶劣。因此，核电站的电气系统中设备与部件可能会失效或发生故障，严重威胁核电站的安全稳定运行。
相关技术中，核电站电气设备的运维策略主要以故障发生后的检修以及定期维护为主，“定期维护”会存在维修过剩的情况，“事故后检修”则不可避免的带来巨大的经济损失和安全风险。因此，相关技术中的运维策略不仅工作强度高、代价大，耗费大量的人力和经济资源，而且效率较低，存在一定的安全隐患。
发明内容
本申请提供一种基于PHM技术的核电站运维管理系统，以解决相关技术中成本高、效率低、存在安全隐患的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种基于PHM技术的核电站运维管理系统，所述核电站包括多个不同的电气设备，所述核电站运维管理系统包括离线分析系统、在线分析系统、综合管理平台；
所述离线分析系统用于对所述多个不同的电气设备的历史运行信息进行分析，并利用分析结果构建所述运维管理系统的PHM系统数据库；
所述在线分析系统用于根据PHM系统数据库对所述核电站的运行状态信息进行分析，并将所述核电站分析结果发送至综合管理平台；
所述综合管理平台用于根据所述核电站分析结果对核电站各电气设备进行管理。
可选的，所述在线分析系统包括模块级PHM子系统、设备级PHM子系统及电站级PHM子系统；
所述模块级PHM子系统用于通过传感器采集电气设备的信号，并将采集到的信息传输至设备级PHM子系统；
所述设备级PHM子系统用于基于所述PHM系统数据库对电气设备的信号进行分析，并将分析结果发送至电站级PHM子系统；
所述电站级PHM子系统用于根据各电气设备的分析结果对核电站进行分析，并将核电站的分析结果发送至综合管理平台。
可选的，所述离线分析系统还用于构建健康状态评估模型和性能退化模型，所述设备级PHM子系统包括设备级故障诊断系统、设备级健康评估系统及设备级故障预测系统；
所述故障诊断系统用于将电气设备的运行信号进行预处理及特征参数提取，并将提取到的特征参数与故障阈值进行对比，若不满足故障阈值，则进入设备级健康评估系统；
所述设备级健康评估系统用于通过健康状态评估模型对电气设备的健康状态进行分级，若分级结果出现异常，则进入设备级故障预测系统；
所述设备级故障预测系统用于通过性能退化模型和内置故障预测算法对电气设备的性能退化进行实时评估，并进行故障预测。
可选的，电站级PHM子系统包括电站级故障诊断系统、电站级健康评估系统及电站级故障预测系统；
所述电站级故障诊断系统用于综合各电气设备的故障诊断分析结果，得到所述核电站的故障诊断结果，并将所述故障诊断结果发送至综合管理平台；
所述电站级健康评估系统用于综合各电气设备的健康评估分析结果，得到所述核电站的健康评估结果，并将所述健康评估结果发送至综合管理平台；
所述电站级故障预测系统用于综合各电气设备的故障预测分析结果，得到所述核电站的故障预测结果，并将所述故障预测结果发送至综合管理平台。
可选的，所述综合管理平台用于根据核电站的分析结果与所述核电站中各电气设备的数据信息，对各电气设备进行管理，并输出核电站的运行状态信息及预防性维修建议。
可选的，所述传感器采集电气设备的信号包括电量信号和非电量信号。
可选的，所述内置故障预测算法包括粒子滤波算法和支持向量机算法。
可选的，所述电气设备的数据信息包括基本参数、在役年限、运行时长、检修记录、试验数据。
可选的，所述综合管理平台还用于根据所述核电站的分析结果对PHM系统数据库进行修正和完善。
可选的，所述电气设备包括发电机本体、励磁系统、变压器、GIS、中压开关柜、高低压电缆、电机。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本公开提供的基于PHM技术的核电站运维管理系统，该核电站运维管理系统包括离线分析系统、在线分析系统、综合管理平台，离线分析系统用于对多个不同的电气设备的历史运行信息进行分析，并利用分析结果构建运维管理系统的PHM系统数据库，在线分析系统用于根据PHM系统数据库对核电站的运行状态信息进行分析，并将核电站分析结果发送至综合管理平台，综合管理平台用于根据核电站分析结果对核电站各电气设备进行管理。由此可知，本申请提出的运维管理系统，可以实现核电站的故障预测，并给出预防性维修建议，提高了核电站电气设备运行的安全性、可靠性及稳定性。同时，该运维管理系统还可以实现智能监测任务规划及基于电气设备的运行状态进行智能预防性维护，以避免了维修过剩，降低了运维管理的时间和经济成本，进而降低了核电站的发电成本。
此外，本申请提出的核电站运维管理系统还可以将分析结果进行反馈，从而实现数据库的修正与完善，不断提高系统对核电站电气设备运行状态评估与故障预测的准确度。该运维管理系统还具有通用性，能够拓展到核电站其他设备的运维管理过程，适用范围广。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的基于PHM技术的核电站运维管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的基于PHM技术的核电站运维管理系统。
实施例一
图一为根据本申请一个实施例提供的基于PHM技术的核电站运维管理系统的结构图示意图，如图1所示，可以包括：
核电站可以包括多个不同的电气设备，核电站运维管理系统包括离线分析系统、在线分析系统、综合管理平台。
其中，上述离线分析系统用于对多个不同的电气设备的历史运行信息进行分析，并利用分析结果构建上述运维管理系统的PHM系统数据库；上述在线分析系统用于根据PHM系统数据库对核电站的运行状态信息进行分析，并将核电站分析结果发送至综合管理平台；上述综合管理平台用于根据核电站分析结果对核电站各电气设备进行管理。
具体的，一些实施例中，上述核电站的电气设备可以包括发电机本体、励磁系统、变压器、GIS、中压开关柜、高低压电缆、电机，以及，上述电机可以是多种不同类型的电机。
其中，一些实施例中，离线分析系统可以通过物理模型、数据模型以及经验反馈对多个不同的电气设备的历史运行信息进行分析，建立核电站电气设备的故障特征数据库，并利用故障特征数据库构建运维管理系统的PHM系统数据库。
具体的，一些实施例中，物理模型考虑了电、热、湿及辐照等因素耦合作用的多物理场模型，对核电站的电气设备进行仿真，模拟正常工况及不同类型、不同程度的老化和故障工况，提取电气设备特征参数与故障特性的相关性表征。其中，一些实施例中，物理模型还可以结合实验方法，共同提取电气设备特征参数与故障特性的相关性表征。同时，传统考虑单一物理场的模型会忽略场量演变对材料特性的影响以及不同物理场之间的源效应，导致物理模型的精度不高，而上述物理模型考虑考虑了电、热、湿及辐照等因素耦合作用的多物理场模型，从而提高了物理模型的精度。
一些实施例中，上述数据模型是可以通过物理模型为基础，通过蒙特卡洛分析，获得大量的故障仿真数据，同时还可以获得多个不同的电气设备的历史运行信息，结合故障仿真数据和历史运行信息，采用数据挖掘方法，提取特征参数与故障特性的相关性表征。其中，一些实施例中，电气设备的历史运行信息可以包括电气设备的实际运行数据、检修数据和试验数据。
一些实施例中，上述经验反馈为收集核电站的各个电气设备在运行过程中各类故障及缺陷的经验反馈。
以及，一些实施例中，离线分析系统可以通过物理模型、数据模型及经验反馈，建立核电站电气设备的故障特征数据库。表1为本申请提供的一种故障特征数据库。
表1
参考表1所述，各电气设备对应不同的故障类型、故障特征及案例。示例的，发电机可以根据故障类型1及故障特征3，查找到对应的案例得到相应的解决方案。基于此，故障特征数据库具有数据查询、数据分析、数据接收与发送、知识获取及知识解释功能，同时还可以利用故障特征数据库构建运维管理系统的PHM系统数据库。
进一步地，一些实施例中，在线分析系统可以包括模块级PHM子系统、设备级PHM子系统及电站级PHM子系统。
其中，一些实施例中，模块级PHM子系统用于通过传感器采集电气设备的信号，并将采集到的信息传输至设备级PHM子系统，其中传感器采集电气设备的信号可以包括电量信号(例如，电压、电流、频率)和非电量信号(例如，温度、振动、压力)。
以及，一些实施例中，设备级PHM子系统用于基于PHM系统数据库对电气设备的信号进行分析，并将分析结果发送至电站级PHM子系统。
一些实施例中，上述离线分析系统还用于构建健康状态评估模型和性能退化模型。具体的，一些实施例之中，基于核电站电气设备的故障特征数据库，对各电气设备进行可能的失效模式分析及失效阈值提取，并结合失效影响的严重程度对失效模式进行优先级分析，指出影响电气设备健康水平的失效模式，通过对不同类型、不同程度失效模式的深入分析，构建健康状态评估模型及性能退化模型。
其中，一些实施例中，设备级PHM子系统可以包括设备级故障诊断系统、设备级健康评估系统及设备级故障预测系统。
一些实施例中，故障诊断系统用于将电气设备的运行信号进行预处理及特征参数提取，并将提取到的特征参数与故障阈值进行对比，若不满足故障阈值，则进入设备级健康评估系统。若满足故障阈值，则该电气设备已进入故障状态，可以直接进行报警，从而引起维修人员的注意，及时进行故障检修。
一些实施例中，上述设备级健康评估系统用于通过离线分析中的健康状态评估模型对电气设备的健康状态进行分级，若分级结果出现异常，则进入设备级故障预测系统。若分级结果未出现异常，则对该设备的健康状态继续进行监测。
一些实施例中，设备级故障预测系统用于通过性能退化模型和内置故障预测算法对电气设备的性能退化进行实时评估，并进行故障预测。其中，内置故障预测算法可以包括粒子滤波算法和支持向量机算法，粒子滤波算法能够克服数据随机性强、干扰大等问题，支持向量机算法能够克服有效数据较少，从而使得通过性能退化模型和内置故障预测算法对电气设备的性能退化进行实时评估的结果更加精确。
需要说明的是，一些实施例中，核电站中的每台电气设备或系统配备1套设备级PHM系统，通过对传感器所采集的信号数据进行推理与分析，实现各电气设备的故障诊断、健康评估与故障预测功能，并将分析结果传输至电站级PHM系统。
以及，一些实施例中，电站级PHM子系统用于根据各电气设备的分析结果对核电站进行分析，并将核电站的分析结果发送至综合管理平台。其中，一些实施例中，整个核电站配备1套电站级PHM系统，通过对各设备运行状态信息的推理与分析，实现整个电站的故障诊断、健康评估及故障预测功能，并将分析结果发送至综合管理平台。
其中，电站级PHM子系统可以包括电站级故障诊断系统、电站级健康评估系统及电站级故障预测系统。
具体的，一些实施例中，电站级故障诊断系统用于综合各电气设备的故障诊断分析结果，得到核电站的故障诊断结果，并将故障诊断结果发送至综合管理平台。
一些实施例中，电站级健康评估系统用于综合各电气设备的健康评估分析结果，得到核电站的健康评估结果，并将健康评估结果发送至综合管理平台。
一些实施例中，电站级故障预测系统用于综合各电气设备的故障预测分析结果，得到核电站的故障预测结果，并将故障预测结果发送至综合管理平台。
进一步地，一些实施例中，综合管理平台用于根据核电站的分析结果与核电站中各电气设备的数据信息，对各电气设备进行管理，并输出核电站的运行状态信息及预防性维修建议。
其中，一些实施例中，上述各电气设备的数据信息可以包括各个电气设备的基本参数、在役年限、运行时长、检修记录、试验数据。以及，一些实施例中，综合管理平台还可以用于根据核电站的分析结果对PHM系统数据库进行修正和完善，使得后续出现相同故障时，可以直接给出维修建议。
本公开提供的基于PHM技术的核电站运维管理系统，该核电站运维管理系统包括离线分析系统、在线分析系统、综合管理平台，离线分析系统用于对多个不同的电气设备的历史运行信息进行分析，并利用分析结果构建运维管理系统的PHM系统数据库，在线分析系统用于根据PHM系统数据库对核电站的运行状态信息进行分析，并将核电站分析结果发送至综合管理平台，综合管理平台用于根据核电站分析结果对核电站各电气设备进行管理。由此可知，本申请提出的运维管理系统，可以实现核电站的故障预测，并给出预防性维修建议，提高了核电站电气设备运行的安全性、可靠性及稳定性。同时，该运维管理系统还可以实现智能监测任务规划及基于电气设备的运行状态进行智能预防性维护，以避免了维修过剩，降低了运维管理的时间和经济成本，进而降低了核电站的发电成本。
此外，本申请提出的核电站运维管理系统还可以将分析结果进行反馈，从而实现数据库的修正与完善，不断提高系统对核电站电气设备运行状态评估与故障预测的准确度。该运维管理系统还具有通用性，能够拓展到核电站其他设备的运维管理过程，适用范围广。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种基于PHM技术的核电站运维管理系统，其特征在于，所述核电站包括多个不同的电气设备，所述核电站运维管理系统包括离线分析系统、在线分析系统、综合管理平台；
所述离线分析系统用于对所述多个不同的电气设备的历史运行信息进行分析，并利用分析结果构建所述运维管理系统的PHM系统数据库；
所述在线分析系统用于根据PHM系统数据库对所述核电站的运行状态信息进行分析，并将所述核电站分析结果发送至综合管理平台；
所述综合管理平台用于根据所述核电站分析结果对核电站各电气设备进行管理。
2.根据权利要求1所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述在线分析系统包括模块级PHM子系统、设备级PHM子系统及电站级PHM子系统；
所述模块级PHM子系统用于通过传感器采集电气设备的信号，并将采集到的信息传输至设备级PHM子系统；
所述设备级PHM子系统用于基于所述PHM系统数据库对电气设备的信号进行分析，并将分析结果发送至电站级PHM子系统；
所述电站级PHM子系统用于根据各电气设备的分析结果对核电站进行分析，并将核电站的分析结果发送至综合管理平台。
3.根据权利要求2所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述离线分析系统还用于构建健康状态评估模型和性能退化模型，所述设备级PHM子系统包括设备级故障诊断系统、设备级健康评估系统及设备级故障预测系统；
所述故障诊断系统用于将电气设备的运行信号进行预处理及特征参数提取，并将提取到的特征参数与故障阈值进行对比，若不满足故障阈值，则进入设备级健康评估系统；
所述设备级健康评估系统用于通过健康状态评估模型对电气设备的健康状态进行分级，若分级结果出现异常，则进入设备级故障预测系统；
所述设备级故障预测系统用于通过性能退化模型和内置故障预测算法对电气设备的性能退化进行实时评估，并进行故障预测。
4.根据权利要求3所述的核电站运维管理系统，其特征在于，电站级PHM子系统包括电站级故障诊断系统、电站级健康评估系统及电站级故障预测系统；
所述电站级故障诊断系统用于综合各电气设备的故障诊断分析结果，得到所述核电站的故障诊断结果，并将所述故障诊断结果发送至综合管理平台；
所述电站级健康评估系统用于综合各电气设备的健康评估分析结果，得到所述核电站的健康评估结果，并将所述健康评估结果发送至综合管理平台；
所述电站级故障预测系统用于综合各电气设备的故障预测分析结果，得到所述核电站的故障预测结果，并将所述故障预测结果发送至综合管理平台。
5.根据权利要求1所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述综合管理平台用于根据核电站的分析结果与所述核电站中各电气设备的数据信息，对各电气设备进行管理，并输出核电站的运行状态信息及预防性维修建议。
6.根据权利要求1所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述传感器采集电气设备的信号包括电量信号和非电量信号。
7.根据权利要求1所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述内置故障预测算法包括粒子滤波算法和支持向量机算法。
8.根据权利要求1所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述电气设备的数据信息包括基本参数、在役年限、运行时长、检修记录、试验数据。
9.根据权利要求1所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述综合管理平台还用于根据所述核电站的分析结果对PHM系统数据库进行修正和完善。
10.根据权利要求1所述的核电站运维管理系统，其特征在于，所述电气设备包括发电机本体、励磁系统、变压器、GIS、中压开关柜、高低压电缆、电机。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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