(高清版)GBT 41718-2022 核电厂关键设备状态监测管理导则

核电厂关键设备状态监测管理导则2022-10-12发布I前言 12规范性引用文件 l3术语和定义 14总体要求 25关键设备识别 36状态监测 37故障诊断 58健康状态评价 6附录A(资料性)核电厂关键设备识别准则 7附录B(资料性)核电厂关键设备识别流程 8附录C(资料性)关键设备故障的主要监测参数示例 9附录D(资料性)核电厂关键设备状态监测参数及状态指标清单示例 附录E(资料性)核电厂关键设备健康状态等级的评价方法 参考文献 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国核能标准化技术委员会(SAC/TC58)提出并归口。本文件起草单位：中广核工程有限公司、上海核工程研究设计院有限公司、清华大学、苏州热工研究院有限公司、上海交通大学、中核核电运行管理有限公司、核工业标准化研究所、阳江核电有限公司、大亚湾核电运营管理有限责任公司、江苏核电有限公司、福建福清核电有限公司。1核电厂关键设备状态监测管理导则本文件规定了核电厂关键设备状态监测的通用技术和管理要求。本文件适用于核电厂关键设备状态监测系统的设计、运行和维护。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。当遇到选定的参数或其他逻辑组合异常，要求采取纠正行动时，用于通知人员而设计的运行信号或信息。注：报警是比预警更严重的异常区间。单一故障singlefault导致单一系统或部件不能执行其预定安全功能的一种故障，以及由此引起的各种继发故障。当设备的部件或组件劣化或出现可能导致设备失效的反常状态时，部件所处的状态。注：故障可以是失效的结果，但未失效也可能存在故障。关键设备criticalcomponent其失效对核电厂安全运行和机组可用性造成重大影响或会导致不可接受后果的设备。丧失完成某项规定功能的能力。注：失效是区别于故障的事件，而故障是一种状态。设备或机器运行工艺过程中的行为、特性和效率。2对故障的症兆进行分析，以预言未来的状态和剩余使用寿命。预警alert当遇到选定的参数或其他逻辑组合异常，要求提高警觉时，用于通知人员而设计的运行信号或警告为确定故障或失效的性质(种类、状况、程度)而检验症状和症候群。知识库knowledgebase一种数据库，它包括推理规则以及有关领域的经验和专家经验的信息。专家系统expertsystem一种基于知识的系统，它根据由专家经验开发出的知识库进行推理，来解决特定领域或应用范围中状态监测conditionmonitoring对构筑物、系统和部件所具有的可被观察、测量或显示趋势的特征进行监测，可用于推断或直接表明该构筑物、系统和部件当前和未来在合格标准范围内运行的能力。4总体要求核电厂应遵循以下基本要求：a)制定关键设备状态监测的管理要求和流程；b)明确关键设备状态监测的具体负责部门和人员；c)为关键设备状态监测任务制定必要的技术导则或工作细则。34.2管理要求核电厂营运单位应遵循以下要求：a)对关键设备状态监测进行统一管理、协调优化，并制定关键设备状态监测策略，建立协调机制；b)设置关键设备状态监测的归口部门，统筹关键设备状态监测管理任务，承担管理职责；c)其他相关部门负责本部门关键设备状态监测工作任务清单编制、优化及执行关键设备状态监测活动。5关键设备识别5.1基本要求5.1.1核电厂应识别出关键设备，并对其采取管理措施以确保可靠性。5.1.2核电厂关键设备识别应遵循以下要求：a)满足核电厂监督及管理要求；b)根据其失效对核电厂安全运行和机组可用性造成重大影响或会导致不可接受的后果的程度进行识别；c)确定具体的、明确的关键设备识别的准则和方法；d)核电厂关键设备的识别不考虑叠加故障，即只考虑设备单一故障；e)参考同类机组的实践经验确定。5.2识别准则5.2.1应根据如下准则识别核电厂关键设备：a)引起自动或手动停堆、停机；b)因无法在线检修或不能在限期内完成修复，导致非计划后撤到运行限制条件或运行技术要求c)因不可达或不可隔离而无法进行维修且可导致强迫停堆、停机。5.2.2根据不同核电厂的特性，可依据附录A的表A.1补充准则识别关键设备。5.3识别方法5.3.1可采用确定论或确定论与概率论结合的方法进行关键设备识别，并可通过失效模式与影响分析结合概率安全分析或概率可用性评价工具，构建系统和设备的故障树等手段开展分析。注：失效模式与影响分析是指对每一种失效，为评估失效原因及失效对系统的影响而构建的测量设备功能和功能失效的过程。5.3.2应对核电厂系统进行功能分析，对其设备进行故障分析，识别故障影响。5.3.3在核电厂关键设备识别过程中，可借鉴同类电厂或其他工业领域适用的经验反馈。5.3.4核电厂关键设备识别的流程可参考附录B的图B.1。6状态监测6.1通用要求6.1.1应在设计阶段考虑关键设备状态监测测点的布置/检修空间、供电/供水/供气、接口、工作环境、电缆敷设、经济性等因素。46.1.2在对核电厂关键设备进行状态监测时，应明确其故障模式，提取其故障征兆，识别其故障状态，应针对故障征兆选择合适的监测方法。6.1.3应对关键设备进行监测，并结合运行参数进行分析，以及时发现其故障早期迹象，避免其失效导致非计划停堆、停机或降功率。所监测的参数应能反映关键设备故障早期迹象，以及关联设备的运行状态。6.1.4对故障征兆宜优先采用在线实时监测方法；不具备条件时，可采用定期试验监测、定期巡检等方法；当监测参数偏离预期状态时，应及时发出预警或者报警。6.2监测参数6.2.1应从关键设备及其部件故障模式的以下两方面确定监测参数：a)根据关键设备及其部件失效前的故障发展过程中出现的状态异常或参数变化，选取可探测到的并且与故障模式关联性强的参数作为监测参数；b)根据其故障产生机理，分析造成故障发生的原因，可探测的变化因素作为状态监测的关键点。6.2.2可根据关键设备的故障模式选取匹配的关键监测参数。关键设备故障的主要监测参数的示例可参考附录C,如蒸汽发生器可参考表C.1,稳压器可参考表C.2,反应堆压力容器可参考表C.3。6.2.3应确定监测参数的正常范围，通过监测参数的异常判断关键设备状态的异常。6.2.4监测参数应设置预警值和/或报警值，预警值和报警值的设置方法如下：a)应以保证关键设备长期安全可靠运行的设计限值或安全限值为基准，参照关键设备实际运行的正常值，并选取合理的裕度；b)宜参照关键设备设计和关键设备制造标准规范，并考虑关键设备安装、调试或检修后固有特性；c)预警值和报警值应设置上/下限，设置时考虑绝对限值以及相对变化值。6.2.5状态监测参数类型宜包括但不限于：温6.2.6宜制定核电厂部分关键设备状态监测参数及状态指标清单，其示例可参考附录D的表D.1。6.3监测方法6.3.1应依据系统、功能、设备的重要度和技术特点建立核电厂关键设备状态监测清单。6.3.2根据状态监测清单，宜采用在线实时监测和/或定期试验监测和/或定期巡检等进行关键设备状态监测。6.3.3在进行状态监测时，若单个监测关键点有多种监测方法时，宜综合考虑监测效果、技术难易度、实施可行性、数据可处理性、经济性等多个因素，确定适用的监测方法。6.3.5宜通过已安装的传感器进行关键设备状态实时监测。6.3.6宜通过已安装的就地指示表或离线专用仪器仪表，进行关键设备状态定期监测。6.3.7监测参数的监测周期一般宜固定，方法如下：a)根据发现异常到关键设备失效之间的时间间隔来确定，并考虑合理的裕度；b)在机组瞬态(例如启停机或机组甩负荷等情况)或参数异常时，缩短监测周期，并及时进行分析和评价。6.3.8宜通过监测任务执行结果，对状态监测进行结果评价及反馈。6.4监测实施6.4.1宜根据关键设备确定分析对象、范围及基本要求，充分利用实时监测、巡检、在役检查、定期试验5以及维护、健康评价、出厂试验等活动，实施核电厂关键设备的状态监测。6.4.2除可测量的监测参数数据外，应采集整理和存储关键设备设计数据、结构特性和参数、维护历史记录等。6.4.3核电厂关键设备的状态监测应包括：a)对关键设备监测参数进行趋势分析，确认其运行的状态；b)应持续监测关键设备性能状态和劣化趋势，为后续诊断及维修决策提供支持。6.4.4应对监测仪器、传感器进行定期校验，确保监测仪表的有效性。6.4.5对仪表进行安装时，应选择最可能检测出故障的位置，进行唯一标识，并考虑安全性、灵敏度、可达性等因素。6.4.6来自传感器的数据信息应处理成有效形式或格式后，再进行信息传输和存储。在信息传输中断时，宜采取适当的恢复措施，保证数据完整性。6.4.7在数据传输至核电厂厂级生产数据管理系统时，应预留所需的接口。7故障诊断7.1故障诊断系统设计7.1.1故障诊断的过程可包括：状态监测数据前处理、特征提取、特征选择、特征分类与识别、故障预警或报警。7.1.2宜设计故障诊断系统或类似功能系统(如专家系统),对故障进行预警和分析、判断，确定故障的原因、部位、性质、类别，指出故障发生的后果和发展的趋势，并结合诊断结果为恢复系统提供指导。7.1.3故障诊断系统知识库应包括关键设备状态监测信息、运行和维修历史数据、关键设备基准数据，7.1.4故障诊断系统知识库中的数据应根据应用领域特征、背景特征、使用特征、属性特征建立有结7.1.5故障诊断系统可设置推理机，针对关键设备监测的结果反复匹配故障诊断系统知识库中的数据进行推理。推理方法可选择正向推理、反向推理、双向推理。注：推理机是指专家系统中能根据推理原则从知识库中存储的信息推导出结论的程序。7.2故障识别运行参数偏离正常值可表征该关键设备可能发生潜在故障，而关联设备的运行参数偏离正常值则说明关键设备的工作环境会有改变，可能诱发关键设备故障，检测关键/关联设备的运行参数偏离的要求如下。a)宜在关键设备故障发生前的早期监测中发现潜在的风险，在监测参数劣化至临界点之前发现可能的缺陷，为故障诊断和故障预测提供输入；b)在日常监测和分析中，可通过监测数据与参考数据趋势对比，识别出关键设备的异常。参考数据通常根据电厂调试或实际运行经验、关键设备设计和制造数据、工业数据库或文献确定，并结合电厂实际进行调整。7.3故障诊断分析7.3.1应对关键设备在线、离线监测数据及关键设备运行中的异常信息等进行诊断分析，判断关键设备健康状况及特征状态参数的变化趋势，及时发现关键设备缺陷和故障征兆。7.3.2故障诊断宜考虑诊断结果的置信度及可信度。7.3.3故障诊断系统推理控制策略宜包括推理方向、搜索策略、冲突消除策略、求解策略、限制策略。67.3.4应定期进行关键设备状态诊断分析，并编制分析报告。7.3.5对关键设备运行中出现的缺陷，应实行分类管理，并作经验反馈。8健康状态评价8.1通用要求8.1.1核电厂关键设备的健康状态评价流程可包括状态监测、数据采集、故障诊断、状态评价、寿命预测等环节。应利用状态监测对核电厂关键设备的运行状况和健康状态进行监控，通过监测数据判断是否有故障发生；宜通过故障诊断和评价，对关键设备的未来状态和剩余寿命进行预测。8.1.2可依托核电厂关键设备状态监测数据进行健康评价，编制关键设备健康报告并提出建议。8.2健康状态等级评价8.2.1健康状态等级应通过关键设备当前状态、评价周期内关键设备发生的缺陷及故障、预防性维修计划执行情况、定期试验结果和在役检查结果等方面进行评价，具体状态等级(可用颜色表示)可分为：a)I级：关键设备可靠性整体状态良好；b)Ⅱ级：关键设备可靠性整体状态存在潜在风险，需增加监测频率或趋势跟踪进一步判断功能降级的可能性；c)Ⅲ级：关键设备可靠性整体状态需改进，宜制定长期行动计划；d)IV级：关键设备可靠性整体状态急需改进，应立即制定改进计划并行动。8.2.2健康状态等级的评价方法可参见附录E,按不同维度得出等级不一致时选取最严重的等级。8.2.3应根据关键设备特点确定设备健康评价的评价频度，评价频度宜为每月一次。8.2.4宜结合关键设备的实际运行状态评价设备的可靠性和可用性，并对其性能进行趋势综合分析。8.3剩余寿命预测8.3.1应对故障风险和损失大、维修成本高、可靠性敏感的关键设备开展剩余寿命的预测和管理。8.3.2剩余寿命预测的过程可包括：状态监测数据预处理、特征提取、特征甄选、模型开发和模型验证、关键设备剩余寿命预测等。8.3.3剩余寿命预测可采用基于数据驱动、机理模型驱动等方法。如可获取足够高质量的真实案例、历史数据，则宜采用基于数据驱动的预测方法；如具备建立关键设备故障机理模型的条件，则宜采用基于机理模型驱动的预测方法，且在运行过程中，可利用状态监测传递的数据修正机理模型精度，提高预测的准确度。8.4健康评价结果应用8.4.1核电厂应制定关键设备健康管理相关技术标准、技术流程及维修策略，定期开展有效性评价，根据维修后评价进行持续性改进。8.4.2应定期对关键设备健康评价的结果进行统计和分析，并结合纠正行动、经验反馈等结果，对预测模型和维修策略进行持续优化。7(资料性)核电厂关键设备识别准则识别关键设备的补充准则见表A.1。表A.1核电厂关键设备识别补充准则关键设备识别单一故障的后果关键设备1)引起功率扰动，幅度>5%满功率2)非计划进入要求后撤的运行限制条件或运行技术要求，或导致违反化学技术规范，可以在线检修或可以在限期内完成修复的设备3)导致停堆、停机或降功率逻辑单通道脱扣4)失去安全系统冗余功能5)专设安全设施启动6)不能控制反应堆重要安全功能7)停堆或维持停堆状态、余热排出的能力下降8)应急运行程序(EOP)无法执行9)不能防止或缓解放射性向安全壳外释放10)属于风险重要(高风险)设备(5.2.1中设备除外)11)机组应急功能不可用的设备，包括失效直接导致违反运行技术规范中要求可用但无缓解措施12)重大的人员安全风险，此类涉及工业、放射性照、危险化学品释放风险13)延长大修工期>12h14)降功率且无法隔离维修15)汽轮机/发电机半停堆、停机(重水堆)或部分跳闸、跳机(压水堆)8(资料性)核电厂关键设备识别流程核电厂关键设备识别的流程见图B.1。设备故障故障影响符合关键设备是选择系统功能分析关键设备分析分析识别准则否非关键设备图B.1核电厂关键设备识别流程9(资料性)关键设备故障的主要监测参数示例蒸汽发生器故障的主要监测参数见表C.1,稳压器故障的主要监测参数见表C.2,反应堆压力容器故障的主要监测参数见表C.3。表C.1蒸汽发生器故障的主要监测参数设备类型蒸汽发生器征兆或参数变化故障模式温度压力流体流量噪声振动声发射放射性液位传热管破裂●●—●●—●主蒸汽母管破裂 ●—— 一 ——●给水管破裂●●●———●松脱部件撞击●●●表C.2稳压器故障的主要监测参数设备类型稳压器征兆或参数变化故障模式温度压力流体流量电流电压液位电加热器失效●●●●●喷淋管路失效●●●●表C.3反应堆压力容器故障的主要监测参数设备类型压力容器征兆或参数变化故障模式温度压力噪声振动声发射超声液位放射性射线强度失效——————● 泄漏失效●●——●—●●●松脱部件撞击—●●●(资料性)核电厂关键设备状态监测参数及状态指标清单示例核电厂部分关键设备状态监测参数及状态指标清单的示例见表D.1。表D.1核电厂关键设备状态监测参数及状态指标清单示例任务编号设备名称状态监测参数监测目的监测类别测点位置监测周期监测所需系统/设备状态状态监测参数的设置状态监测参数的设置来源正常值预警值报警值正常值预警值报警值1发电机转子温度间短路节故障路异常热不良良等实时发电机转子温度每周满功率运行不适用实际经验实际经验不适用2主给水泵轴承驱动端×向振动轴承磨损温度监测驱动端轴瓦主给水泵运行40℃~电厂运行手册电厂运行经验值厂家维护手册(资料性)核电厂关键设备健康状态等级的评价方法按照不同维度进行核电厂关键设备健康状态等级评价，具体方法如下。——根据关键设备状态指标判断：●3个及以上状态监测参数超过预警值，Ⅲ级；●1个～2个状态监测参数超过预警值，Ⅱ级；●工程师综合判断可以重新给予合适的健康状态等级。 根据评价周期内关键设备发生的缺陷及故障判断：●当发生单个不影响关键设备设计功能的缺陷时，Ⅱ级；●当非同时发生3个及以上不影响关键设备设计功能的缺陷或同时发生2个不影响关键设●当同时发生3个及以上不影响关键设备设计功能的缺陷时，IV级；●一旦发生影响关键设备设计功能的故障，IV级；