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基于状态估计的核电厂复杂系统异常检测与故障诊断技术研究

张祎王 裴杰 于方小稚 李炜 李东阳 元一单

张祎王, 裴杰, 于方小稚, 李炜, 李东阳, 元一单. 基于状态估计的核电厂复杂系统异常检测与故障诊断技术研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 292-299. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090007
引用本文: 张祎王, 裴杰, 于方小稚, 李炜, 李东阳, 元一单. 基于状态估计的核电厂复杂系统异常检测与故障诊断技术研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(4): 292-299. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090007
Zhang Yiwang, Pei Jie, Yu Fangxiaozhi, Li Wei, Li Dongyang, Yuan Yidan. Research on Anomaly Detection and Fault Diagnosis Technology for Complex Systems in Nuclear Power Plants Based on State Estimation[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 292-299. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090007
Citation: Zhang Yiwang, Pei Jie, Yu Fangxiaozhi, Li Wei, Li Dongyang, Yuan Yidan. Research on Anomaly Detection and Fault Diagnosis Technology for Complex Systems in Nuclear Power Plants Based on State Estimation[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(4): 292-299. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090007

基于状态估计的核电厂复杂系统异常检测与故障诊断技术研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.090007
详细信息
    作者简介:

    张祎王(1990—),男,硕士研究生,现主要从事核电厂严重事故现象学及智能化技术研究,E-mail: dteach@yeah.net

    通讯作者:

    裴 杰,E-mail: peijie@cnpe.cc

  • 中图分类号: TL334

Research on Anomaly Detection and Fault Diagnosis Technology for Complex Systems in Nuclear Power Plants Based on State Estimation

  • 摘要: 为实现对核电厂复杂系统微小故障的快速发现和精准定位,本文首先设计并搭建了预测性运维技术实验台架(后简称“实验台架”),然后利用非线性估计及不确定度分析算法构建异常检测模型,最后利用实验台架生成的运行数据对故障诊断技术方案(即先通过基于数据驱动的方式进行异常检测,再配合热工水力学分析进行故障定位)进行测试。结果显示,实验台架能够产生复杂系统的可控运行数据,异常检测模型能够及时发现系统出现的异常状况,针对异常信号配合热工水力学分析获得的故障诊断结果与实验台架注入的故障一致。因此,实验台架有效缓解了现有状态估计、异常检测算法应用于核电厂场景时主要采用模拟数据或其他工业场景运行数据进行测试验证的困难,同时证明了该故障诊断技术方案能够实现对于核电厂复杂系统微小故障的诊断及定位。

     

  • 图  1  RCV微小泄漏故障注入系统流程图

    MP—压力仪表;MD—流量仪表;MT—温度仪表;HV—手动阀门;PU—循环水泵。

    Figure  1.  Flowchart of the RCV Minor Leak Fault Injection System

    图  2  异常检测模型流程

    Figure  2.  Flowchart of Anomaly Detection Model

    图  3  非线性状态估计技术模块结构

    Figure  3.  Structure of Nonlinear State Estimation Technology Model

    图  4  DCS运行数据

    TFM—主给水系统;MN—液位仪表。

    Figure  4.  DCS Operation Data

    图  5  RCV-018MD上充流量变化数据

    Figure  5.  Charging Flow Variation Data of RCV-018MD

    图  6  模型异常检测预警结果

    Figure  6.  Model Anomaly Detection and Early Warning Results

    图  7  上充流量仪表018MD异常检测结果

    Figure  7.  Anomaly Detection Result of Charging Flow Instrument 018MD

    图  8  上充调节阀开度异常检测结果

    Figure  8.  Opening Anomaly Detection Result of Charging Control Valve

    图  9  再生式回热器冷端入口流量仪表异常检测结果

    Figure  9.  Anomaly Detection Result of Regenerative Heat Exchanger Cold End Inlet Flow

    表  1  模型参数及说明

    Table  1.   Model Parameters and Description

    参数名 参数值及说明
    检测仪表数量/个 27
    训练数据集点数 7000
    测试数据集点数 600
    核函数 $ k\left(\boldsymbol{x},\boldsymbol{y}\right)=1-\dfrac{\left|\left|\boldsymbol{x}-\boldsymbol{y}\right|\right|}{\left|\left|\boldsymbol{x}\right|\right|+\left|\left|\boldsymbol{y}\right|\right|} $
    α 0.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-09-12
  • 修回日期:  2024-09-24
  • 刊出日期:  2025-08-15

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