核电站安全预警方法、系统以及核电站仿真技术平台

摘要

一种核电站安全预警方法、系统以及核电站仿真技术平台，方法包括：S1、判断实时获取的特征参数的DCS运行数据与安全阈值之间的偏差是否达到特征条件判别点，如是则进入S2；S2、基于当前的DCS运行数据执行快时计算以获取在没有投入人工干预时特征参数的第一仿真预测值；S3、判断该第一仿真预测值是否在安全设定值以内，如是转S1，否则转S4；S4、基于当前的DCS运行数据所确定的干预方式投入人工干预；S5、基于当前获取的DCS运行数据执行快时计算以获取在投入人工干预时特征参数的第二仿真预测值；S6、判断第二仿真预测值是否在安全设定值以内，如是则结束，否则转S4。本发明提前判断是否有必要加入人工干预并验证人工干预是否合适，提高机组运行安全性。

说明书

技术领域

本发明涉及核电站安全技术领域，尤其涉及一种核电站安全预警方法、系 统以及核电站仿真技术平台。

背景技术

核电站数字化仪控系统(DCS)已在核电站中广泛应用，并显现出极大的 优越性。核电站数字化仪控系统是以计算机、网络通讯为基础的分布式控制系 统的系统，是核电站的信息神经和控制中枢，用于监测可控制核电站热能和电 能生产的主要和辅助过程，在所有运行模式，包括应急情况下，维持电厂的安 全性、可操作性和可靠性，以保证核电站安全、稳定和经济运行。核电站数字 化仪控系统通过传感器收集核电站运行信息，通过控制电缆、网络等传递信息， 在处理器中完成复杂计算，再传递给人机接口等。通过核电站数字化仪控系统， 可以采集收集到核电站运行的各种信息参数，为核电站安全预警系统提供输入 信息。

核电站全范围仿真模拟机是建立一个“虚拟核电厂”，即建立一套工艺及 设备模型(包括流体网络、热力网络、中子堆等)、仪控和电气模型(控制系 统模型、保护系统模型、人机画面模型等)。仿真模型是核电站仿真模拟机的 核心，须满足极高的精度、逼真度、实时度要求。

目前，核电厂的预警功能是利用故障检测技术实现的，其原理是利用监测 工具监视正常运行的任何偏差，在严重的故障发生之前较早地发现故障并报警。 核电站数字化仪控系统中通常是利用仿真平台二次开发的实时报警系统进行 预警。实时报警系统负责全厂各系统报警信息的采集、处理和指示，方便电厂 操作人员对机组运行情况进行监视。核电站通过采集电站运行参数，和电站设 定的参数正常运行的安全阈值比较，当检测参数超过阈值时，表明有故障发生。 当故障发生时，报警系统经过采集处理后，最终通过可视报警显示和报警声音 信号来通知操作人员，操作人员可根据报警的种类来判断故障的严重程度，并 及时采取相应的措施消除故障，保障机组正常运行。这种预警方式为实时报警， 均是在设备故障已出现或运行参数及工况出现异常之后经过检测装置检测之 后发现问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电 站安全预警方法、系统以及核电站仿真技术平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站安全预警方 法，所述方法包括：

S1、判断实时获取的特征参数的DCS运行数据与安全阈值之间的偏差是否 达到特征条件判别点，如果是则进入步骤S2；

S2、基于当前获取的DCS运行数据执行快时计算以获取在没有投入人工干 预时该特征参数的第一仿真预测值；

S3、判断该第一仿真预测值是否在安全设定值以内，如果是则跳转至步骤 S1，否则进入步骤S4；

S4、基于当前获取的DCS运行数据所确定的干预方式投入人工干预；

S5、基于当前获取的DCS运行数据执行快时计算以获取在投入人工干预时 该特征参数的第二仿真预测值；

S6、判断第二仿真预测值是否在安全设定值以内，如果是则结束方法，否 则跳转至步骤S4。

在本发明所述的核电站安全预警方法中，所述步骤S1在进入步骤S2之前 还包括：判断辅助参数是否达到预警条件，如果是则进入步骤S2，否则跳转 至步骤S1。

在本发明所述的核电站安全预警方法中，所述步骤S3在进入步骤S4之前 还包括步骤S34：显示步骤S1中的特征参数的预警信息，并将该预警信息发 送至客户端。

在本发明所述的核电站安全预警方法中，所述方法基于仿真技术平台上二 次开发的安全预警系统实现，所述仿真技术平台与DCS系统中的数据采集单元 连接以获取实时采集的所述DCS运行数据，所述方法还包括：所述仿真技术平 台根据实时获取的DCS运行数据进行在线调整。

在本发明所述的核电站安全预警方法中，所述仿真技术平台包括实时报警 系统，所述实时报警系统用于在特征参数的DCS运行数据与安全阈值之间的偏 差达到报警阈值时进行报警；

所述特征条件判别点大于所述报警阈值；

所述安全设定值等于所述安全阈值减去所述报警阈值；

所述特征参数包括：温度、压力、液位。

本发明还公开了一种核电站安全预警系统，特征条件判别模块，用于判断 实时获取的特征参数的DCS运行数据与安全阈值之间的偏差是否达到特征条 件判别点，如果是则发送第一触发信号；

第一仿真预测值计算模块，用于在接收到第一触发信号时，基于当前获取 的DCS运行数据执行快时计算以获取在没有投入人工干预时该特征参数的第 一仿真预测值；

第一仿真预测值判断模块，用于判断该第一仿真预测值是否在安全设定值 以内，如果是则触发特征条件判别模块再次启动，否则发送第二触发信号；

人工干预模块，用于接收所述第二触发信号后基于当前获取的DCS运行数 据所确定的干预方式投入人工干预；

第二仿真预测值计算模块，用于基于当前获取的DCS运行数据执行快时计 算以获取在投入人工干预时该特征参数的第二仿真预测值；

第二仿真预测值判断模块，用于判断第二仿真预测值是否在安全设定值以 内，如果否则触发人工干预模块再次启动。

在本发明所述的核电站安全预警系统中，所述系统还包括预警条件判断模 块，用于接收第一触发信号并判断辅助参数是否达到预警条件，并在达到预警 条件时将第一触发信号转发给第一仿真预测值计算模块，在没有达到预警条件 时触发特征条件判别模块再次启动。

在本发明所述的核电站安全预警系统中，所述安全预警系统还包括预警提 示单元，

所述第一仿真预测值判断模块还用于在发送所述第二触发信号的同时发 送预警信号给所述预警提示单元；预警提示单元用于在接收到预警信号时显示 特征参数的预警信息，并将该预警信息发送客户端。

在本发明所述的核电站安全预警系统中，所述安全预警系统基于对仿真技 术平台的二次开发实现，所述仿真技术平台与DCS系统中的数据采集单元连接 以获取实时采集的DCS运行数据，所述核电站仿真技术平台用于根据实时获取 的DCS运行数据进行在线调整。

在本发明所述的核电站安全预警系统中，所述安全预警系统基于对仿真技 术平台的二次开发实现，所述仿真技术平台与DCS系统中的数据采集单元连接 以获取实时采集的DCS运行数据，所述仿真技术平台包括实时报警系统，所述 实时报警系统用于在特征参数的DCS运行数据与安全阈值之间的偏差达到报 警阈值时进行报警；

所述特征条件判别点大于所述报警阈值；

所述安全设定值等于所述安全阈值减去所述报警阈值；

所述特征参数包括：温度、压力、液位。

本发明还公开了一种核电站仿真技术平台，包括与数据采集单元连接以获 取DCS运行数据的通讯接口、与所述通讯接口连接的用于在特征参数的DCS 运行数据与安全阈值之间的偏差是否达到报警阈值时进行报警的实时报警系 统，其特征在于，还包括与所述通讯接口连接的如上所述的核电站安全预警系 统。优选的，所述核电站仿真技术平台用于根据实时获取的DCS运行数据进行 在线调整。

实施本发明的核电站安全预警方法、系统以及核电站仿真技术平台，具有 以下有益效果：本发在DCS运行数据与安全阈值之间的偏差是否达到特征条件 判别点时，判断系统偏离正常运行或即将偏离，并通过快时计算获取早于当前 时间的仿真预测值，从而提前获知设备或系统故障，提前判断是否有必要加入 人工干预以及验证人工干预是否合适，从而提前做好纠正措施，提高机组运行 的安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是核电站仿真技术平台以及核电站安全预警系统的结构示意图；

图2是核电站安全预警方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详 细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，是核电站仿真技术平台以及核电站安全预警系统的结构示意图。

仿真技术平台通过通讯接口与DCS系统中的数据采集单元连接，数据采集 单元用于获取实时采集的DCS运行数据，获取到的DCS运行数据可以通过通讯 接口导入复制到仿真技术平台。

DCS系统中通常利用对仿真技术平台的二次开发设计相关的功能系统。例 如现有技术中的实时报警系统即是在仿真技术平台上进行二次开发的。实时报 警系统与通讯接口连接，用于在特征参数的DCS运行数据与安全阈值之间的偏 差是否达到报警阈值时进行报警。

本发明的核电站安全预警系统也是基于对仿真技术平台的二次开发实现， 安全预警系统也是与通讯接口连接，核电站安全预警系统具体包括：

特征条件判别模块，用于判断实时获取的特征参数的DCS运行数据与安全 阈值之间的偏差是否达到特征条件判别点，如果是则发送第一触发信号；

第一仿真预测值计算模块，用于在接收到第一触发信号时，基于当前获取 的DCS运行数据执行快时计算以获取在没有投入人工干预时该特征参数的第 一仿真预测值；

第一仿真预测值判断模块，用于判断该第一仿真预测值是否在安全设定值 以内，如果是则触发特征条件判别模块再次启动，否则发送第二触发信号；

人工干预模块，用于接收所述第二触发信号后基于当前获取的DCS运行数 据所确定的干预方式投入人工干预；

第二仿真预测值计算模块，用于基于当前获取的DCS运行数据执行快时计 算以获取在投入人工干预时该特征参数的第二仿真预测值；

第二仿真预测值判断模块，用于判断第二仿真预测值是否在安全设定值以 内，如果否则触发人工干预模块再次启动。

在实践过程中，一般在满足特征条件判别点的条件时，还需要判断辅助参 数是否达到预警条件，在两个条件均满足时，才发送第一触发信号，辅助参数 是根据监测的对象具体确定的。因此，优选的，所述系统还包括预警条件判断 模块，用于接收第一触发信号并判断辅助参数是否达到预警条件，并在达到预 警条件时将第一触发信号转发给第一仿真预测值计算模块，在没有达到预警条 件时触发特征条件判别模块再次启动。

快时模式与实时模式及慢速模式一起构成仿真支撑平台时间刻度，快时模 式是通过将仿真模型加倍频率运算，在短时间内完成实时模式几倍时间长度的 运行结果。快时计算即是在快时模式下以加倍频率(相对于实时计算)执行运算 的。其中，在快时模式下的计算模型包括没有投入人工干预的模型、投入人工 干预的模型。

其中，所述特征条件判别点大于所述报警阈值，即预警系统的启动早于实 时报警系统的启动。所述安全设定值等于所述安全阈值减去所述报警阈值，即 安全设定值是实时报警系统启动时所对应的数值。

其中，所述特征参数包括：温度、压力、液位等，操作人员可以根据情况 设定要监控的参数。

优选的，所述安全预警系统还包括预警提示单元。第一仿真预测值判断模 块还用于在发送所述第二触发信号的同时发送预警信号给所述预警提示单元； 预警提示单元用于在接收到预警信号时显示特征参数的预警信息，并将该预警 信息发送客户端。即如果通过快时计算预测到需要投入人工干预时，则通过显 示和客户端通信两种方式通知给操作人员，操作人员即可按照人工干预模块提 示的干预方式操纵人工干预模块。

预警显示单元可以是利用现有的显示屏进行显示，客户端可以为电脑终端。

优选的，所述核电站仿真技术平台还可以根据实时获取的DCS运行数据进 行在线调整。核电站仿真技术平台本身相当于一个建立好的模型，模型在建立 的过程中，都是基于样本数据训练得到。所以在后期的模型应用中，可以根据 实时获取的DCS运行数据进行在线调整，调整的原理与模型建立时的原理相同， 此处不再赘述，不同之处仅在于样本数据为在线获取的实时数据。

参考图2，是安全预警方法的流程图。

结合上述安全预警系统，所述方法包括：

S1、判断实时获取的特征参数的DCS运行数据与安全阈值之间的偏差是否 达到特征条件判别点，如果是则进入步骤S2；

S2、基于当前获取的DCS运行数据执行快时计算以获取在没有投入人工干 预时该特征参数的第一仿真预测值；

S3、判断该第一仿真预测值是否在安全设定值以内，如果是则跳转至步骤 S1，否则进入步骤S4；

S4、基于当前获取的DCS运行数据所确定的干预方式投入人工干预；

S5、基于当前获取的DCS运行数据执行快时计算以获取在投入人工干预时 该特征参数的第二仿真预测值；

S6、判断第二仿真预测值是否在安全设定值以内，如果是则结束方法，否 则跳转至步骤S4重新投入人工干预。

在实践过程中，优选的，所述步骤S1在进入步骤S2之前还包括步骤S12： 判断辅助参数是否达到预警条件，如果是则进入步骤S2，否则跳转至步骤S1。

快时模式与实时模式及慢速模式一起构成仿真支撑平台时间刻度，快时模 式是通过将仿真模型加倍频率运算，在短时间内完成实时模式几倍时间长度的 运行结果。快时计算即是在快时模式下以加倍频率(相对于实时计算)执行运算 的。其中，在快时模式下的计算模型包括没有投入人工干预的模型、投入人工 干预的模型。

其中，所述特征条件判别点大于所述报警阈值，即预警系统的启动早于实 时报警系统的启动。

所述安全设定值等于所述安全阈值减去所述报警阈值，即安全设定值是实 时报警系统启动时所对应的数值。

所述特征参数包括：温度、压力、液位等，操作人员可以根据情况设定要 监控的参数。

优选的，在所述步骤S3在进入步骤S4之前(即判断需要投入人工干预) 还包括以下步骤S34：显示步骤S1中的特征参数的预警信息，并将该预警信 息发送至客户端。操作人员看到预警信息即知道需要投入人工干预，就可以根 据系统通过计算所确定的干预方式操作人工干预模块。

优选的，方法还包括：根据实时获取的DCS运行数据，对所述仿真技术平 台进行在线调整。

下面以一个具体的例子说明本发明的原理：

以温度的预警为例，安全阈值为50度，实时报警系统是在实时温度与安 全阈值之间相差5度进行报警(即报警阈值为5度，也即45度进行报警)，本 发明的预警系统是在相差10度(即特征条件判别点为10度，也即40度进行预 警)时进行预警，预警包括：

通过第一仿真预测值计算模块执行快时计算(计算是基于仿真平台中的没 有投入人工干预的模型实现)，得到第一仿真预测值，如果第一仿真预测值判 断模块判断出该第一仿真预测值不在安全设定值(即45度)以内，则一方面发 送报警信息通知操作人员，另一方面触发人工干预模块计算干预方式，如果该 第一仿真预测值在安全设定值(即45度)以内，则不投入人工干预并退出预警；

如果是需要投入人工干预的情况，则人工干预模块基于当前获取的DCS 运行数据计算得到干预方式，并将该干预方式显示出来，操作人员按照该干预 方式操作人工干预模块，同时，人工干预模块再次触发第二仿真预测值计算模 块执行快时计算(计算是基于仿真平台中的没有投入人工干预的模型实现)，得 到第二仿真预测值，如果第二仿真预测值判断模块判断出该第二仿真预测值在 安全设定值(即45度)以内，则说明投入的人工干预可以解决问题，退出；否 则，如果该第二仿真预测值不在安全设定值(即45度)以内，则表示当前的人 工干预不能解决问题，人工干预模块重新计算得到新的干预方式提示给操作人 员操作，在再次投入人工干预后再次触发快时计算，直至第二仿真预测值在安 全设定值(即45度)以内。

综上所述，实施本发明的核电站安全预警方法、系统以及核电站仿真技术 平台，具有以下有益效果：本发在DCS运行数据与安全阈值之间的偏差是否达 到特征条件判别点时，判断系统偏离正常运行或即将偏离，并通过快时计算获 取早于当前时间的仿真预测值，从而提前获知设备或系统故障，提前判断是否 有必要加入人工干预以及验证人工干预是否合适，从而提前做好纠正措施，提 高机组运行的安全性。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述 的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本 领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保 护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。