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核电厂主泵智能监测与诊断系统的设计与开发

徐仁义 王岩 崔怀明 匡成骁 伍柯霖

徐仁义, 王岩, 崔怀明, 匡成骁, 伍柯霖. 核电厂主泵智能监测与诊断系统的设计与开发[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 158-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0158
引用本文: 徐仁义, 王岩, 崔怀明, 匡成骁, 伍柯霖. 核电厂主泵智能监测与诊断系统的设计与开发[J]. 核动力工程, 2025, 46(S1): 158-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0158
Xu Renyi, Wang Yan, Cui Huaiming, Kuang Chengxiao, Wu Kelin. Design and Development of Reactor Coolant Pump Intelligent Monitoring and Prognosis System for Nuclear Power Plants[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 158-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0158
Citation: Xu Renyi, Wang Yan, Cui Huaiming, Kuang Chengxiao, Wu Kelin. Design and Development of Reactor Coolant Pump Intelligent Monitoring and Prognosis System for Nuclear Power Plants[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(S1): 158-165. doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0158

核电厂主泵智能监测与诊断系统的设计与开发

doi: 10.13832/j.jnpe.2025.S1.0158
详细信息
    作者简介:

    徐仁义(1993—),男,博士研究生,现主要从事核动力装置健康管理与故障预测工作,E-mail: 2684943100@qq.com

    通讯作者:

    王 岩,E-mail: wyxst@163.com

  • 中图分类号: TL363;TH165.3

Design and Development of Reactor Coolant Pump Intelligent Monitoring and Prognosis System for Nuclear Power Plants

  • 摘要: 为了提升核电厂设备的智能化运维水平,有效预防和减少设备停机,本研究针对反应堆冷却剂泵(简称主泵)设计开发了一套集数据采集与储存、状态监测、故障诊断、趋势预测、故障治理措施与防治决策支持等功能于一体的核电厂主泵智能监测与诊断系统。试验结果表明,该系统能够实时跟踪主泵运行状态,并在故障工况下对主泵异常信息进行及时检测与故障模式的准确识别,进而基于设备当前状态和参数趋势预测结果给出故障治理的措施与运维决策指导。因此,本系统能够跟踪并及时识别主泵的运行状态,达到提升核动力设备状态监测能力和智能化运维水平的目的。

     

  • 图  1  PMPS功能组成

    Figure  1.  Functional Modules of PMPS

    图  2  PMPS数据流和运行逻辑

    TCP/IP—传输控制协议/因特网互联协议(网络通讯协议);OPC/UA—开放平台通信统一架构。

    Figure  2.  Data Flow and Logic Diagram of PMPS

    图  3  PMPS算法结构图

    Figure  3.  Algorithm Structure Diagram of PMPS

    图  4  PMPS主界面

    Figure  4.  Main Interface of PMPS

    图  5  故障模拟试验的装置原理图

    Figure  5.  Schematic Diagram of Fault Simulation Test Device

    图  6  不同故障模式的试验件

    Figure  6.  Test Pieces for Different Failure Modes

    图  7  不同故障程度的内圈轴承故障信号分析结果

    Figure  7.  Analysis Results of Inner Ring Fault Bearing Signal with Different Fault Degrees

    图  8  轴承故障信号的循环平稳分析结果

    Figure  8.  Cyclostationary Analysis Results of Bearing Fault Signals

    图  9  故障诊断的准确率对比

    Figure  9.  Accuracy Comparison of Fault Diagnosis Methods

    表  1  PMPS软件模块开发表

    Table  1.   PMPS Software Module Development

    序号 软件模块 开发工具/语言 功能
    1 数据监测分发端 Visual Studio 2019/C# 数据的获取、转换、校验和分发等功能
    2 智能监测与诊断模块(前端) Webstorm/HTML+JavaScript +CSS 人机界面的展示,数据的实时可视化
    3 智能监测与诊断模块(后端) IDEA/Java 业务逻辑和计算的实现,包括算法调用计算、数据调用与存储等功能
    4 智能监测与诊断模块算法端 Anaconda/Python 监测诊断算法的集成、运算等功能
    5 MongoDB、MySQL数据库 实时和历史数据的存储
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    表  2  试验故障模拟方式及传感采集形式

    Table  2.   Simulation Methods of Test Faults and Forms of Sensor Data Acquisition

    序号 故障模式 故障模拟方式 传感采集形式
    1 转子动不平衡 在联轴器上加装螺钉,增加不平衡的质量  振动传感器和麦克风,其采样频率为25.6 kHz,采样时间为10 s
    2 转子不对中 在电机基座下添加垫片,改变不同的垫高程度
    3 转子碰磨 主泵口环侧面加装螺钉,通过旋紧螺钉将叶轮抵向口环,使两者发生接触
    4 轴承故障 通过线切割的方式在轴承外圈制造划痕
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    表  3  多源数据融合诊断结果

    Table  3.   Diagnostic Results Based on Multi-Source Data Fusion

    融合证据 F1 F2 F3 F4 N
    m1&2 0 0.0006 0.4988 0.3243 0.1763
    m1&2&3 0 0 0.8001 0.1740 0.0259
    m1&2&3&4 0 0 0.9513 0.0416 0.0070
      m1&2—1号和2号振动传感器的融合证据,其余同。
    下载: 导出CSV
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图(9) / 表(3)
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-02-19
  • 修回日期:  2025-05-10
  • 刊出日期:  2025-07-09

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