美国力求ARM帮助保持核工业竞争力

目前，美国的核能行业正在经受一场经济危机。很大程度上受整个能源市场技术中断的影响，美国一些公用事业公司只能选择过早关闭一些核电站，因为这些电厂在其服务的地区不再具有竞争力。很多其他核电厂也处于同样的危险中。

近期，公用事业服务联盟(USA)发起了一项雄心勃勃的倡议：先进远程监控和诊断服务项目(ARM)。

ARM介绍

ARM让人们看到，通过应用先进技术来改变核心业务流程，可以保持美国的核能产业地位。公用事业服务联盟总裁兼首席执行官约翰·克里斯滕森(John Christensen)说：“公用事业服务联盟地位独特，不仅帮助公用事业会员单位，而且致力于与核行业每个人分享经验和机会。我们一损俱损、一荣俱荣”。

公用事业服务联盟是一个非营利性合作组织，它的使命是降低运营和维护成本，提高安全性和运营性能，并在核电行业内提供创新和组织领导能力。成员包括8家核能单位，运营14个反应堆，总发电装机容量超过15000MW。

作为ARM工业示范的一部分，联盟的4家公用事业领域成员单位正在与国家实验室、科学技术人员和先进技术人员一起，研究、开发和部署多个设施中先进的监控解决方案。这项工作将能够通过智能机器学习算法实现自动化的数据收集、分析和异常检测。该项目还旨在展示将这些新功能集成入一个集中的、24-7的远程监控和诊断(M&D)中心的价值。

爱达荷州国家实验室(INL)是这一倡议的关键合作伙伴。INL的团队正在领导与开发智能软件工具相关的研究活动，这些工具将有助于电厂遥测分析，并识别出需要人们关注的不寻常情况。INL还负责在被选定的大学中正在进行的与项目相关的研究活动的协调和监督。美国能源部DOE轻水反应堆可持续发展项目主任布鲁斯·哈尔伯特(Bruce Halbert)说：“提高核电站运行的经济竞争力对于确保核电站长期运行非常重要。由USA领导的这些项目将使国内核电行业能够采用先进技术，在当前和未来的能源市场上都保持竞争力”。

ARM聚焦于行业转型和实际运行的现代化。许多长期性的核领域工作，如电厂健康监测、设备检查和与合规性相关的活动，都是在互联网、无线通信和智能软件系统获得广泛应用之前设计好的。这些遗留下来的流程，虽然高效，但也很复杂，需要投入大量昂贵的人力资源来管理。通过应用现代技术对这些过程进行转换，提供了提高效率、消除人因错误和降低运营成本的机会。通过演示如何实现技术转型，在标准化、自动化和集中化三个基本原则下，ARM进行研究、设计和开发活动。以下是这些原则在ARM各种项目交付的成果中的应用说明。

NuSuite

通过核电站活动的标准化、现代化和合规化，可以降低运营成本。NuSuite是一个共享的服务软件平台，能够托管重新设计各种技术的业务流程。ARM项目正在开发该平台的基础原型。在平台内将固化一套标准化的业务应用程序，称为模块。在ARM范围内正在开发的每个子层项目都将托管在对应的唯一模块中。每个模块将由用户界面、记录管理系统、计算算法和基于基本原理和智能预测的分析方法组成。

只要可行，该平台就会设计为开源的;可扩展的;USA 成员单位共同拥有的。图1概述了NuSuite的目标功能。

业务流程转换

业务流程转变将通过扩大电厂监控和分析能力来进行。这包括部署各种现场传感技术、通信系统和先进算法，并有8个试点项目进行支持。这些项目最初是根据一个工业工作组评估远程监测技术潜在经济效益后选择的，作为NEI赞助的提供核承诺倡议的一部分。ARM项目旨在示范这些技术，开发一种综合的衡量方法，并评估潜在的投资回报。

减少操作员巡视

操作人员花了大量的时间进行电厂的各种巡视和检查，主要目的是简单地验证电厂条件与预期的一致性。采用何种技术是完成这些任务的关键，能够使运营者将操作人员的时间投入在更有价值的活动上。该项目的目标是通过在整个电厂中部署先进的现场传感技术来减轻运营者的负担。这些传感器包括视频、音频、温度、湿度、辐射、振动、烟雾和气体。自动测量的记录和传输需要结合电厂既有的网络与无线宽带。当电厂环境中的某个信息超过了既定的阈值时，这个NuSuite模块将产生警报，提醒监测站需要调查和派遣必要的人员。

自动合规性检查——分时监控

该项目通过消除电厂操作员人工进入100多个房间和区域，读取当地模拟仪表并执行技术规范要求的检查的必要性，展示了提高效率的能力。通过在这些区域安装无线传感器，就不需要再进行手动收集和读数。自动测量的数据将通过电内无线网络进行传输。监控将由控制室人员根据要求启动。激活后，该NuSuite模块将触发数据收集，执行分析以验证是否满足验收标准，然后生成监控报告，准备进行监督审查和批准。

消防补救措施

该项目的目标是消除昂贵的手动介入和专用的火灾监视系统，转而实施自动检测系统。利用先进的传感技术与人工智能相结合，该移动系统将能够在需要时识别出被监测地区新出现的火灾，作为补救措施的一部分。该系统的人工智能算法，通过INL开发，将区分实际火灾和某些常规活动，比如焊接或研磨这一类维护活动。一旦NuSuite模块识别到潜在火灾，系统将通过厂内无线系统生成警报和通知，并发送到专门的监控中心

热效率和循环损失

这种新功能取代了定期拆卸和测试，以近乎实时的方式实现热损失的识别、量化和纠正。沿着排水线和其他可能的泄漏路径，在整个电厂BOP系统安装无线传感技术。结合在线热效率计算，这将编码在该项目的NuSuite模块中，能够近实时识别能源损失，包括位置、严重程度和经济影响信息。当检测到效率损失时，警报将被传输到远程监控中心进行评估和启动纠正措施。

过程异常检测

该NuSuite模块将利用INL开发的人工智能来检测核电站运行中出现的异常。该系统将区分仪器问题和电厂实际的工艺变化，从而能够对电厂资产健康状况或任何潜在的传感器错误问题进行早期评估。警报将被生成并传输到一个远程监控中心。

变压器健康状况监测

结合INL开发的智能算法，使用在线溶解气体分析仪，通过该NuSuite模块持续监测电力变压器的健康状况，当识别出不利于变压器条件时，预后警报传输到远程监测中心。这个特殊的项目提供了一个视角，即通过技术应用和技术服务的集中如何转型部件和系统健康方案。

24-7的M&D服务

为了展示集中式研发服务如何帮助提高电厂的安全、发电和可靠性，同时降低电厂的整体运营成本，作为ARM项目的一部分，Luminant公司的电力优化中心(POC)正在为Columbia、Susquehanna和Comanche Peak提供24-7的先进M&D服务。

POC还在扩大能力，以优化先前其他电厂的相关项目，并提供咨询，来支持开发每个项目的NuSuite模块。该项目在这方面有一个突出效果，示范了集中设计和技术服务的机会。当扩大规模后，这种方法可以相当有意义地降低运营成本。“具体的技术试点是这个项目的核心，但很明显，监测和诊断服务也对我们的成员提供了很重要的价值。我们相信这项服务是锦上添花，并在短期内付费”，Christensen 说。

POC已经运行了超过15年，目前正在为全国各地的50多个发电厂提供服务，包括煤炭、天然气、核能、太阳能和电池存储设施。

迄今为止取得的进展

随着ARM项目进入第二年，设计优化正在进行，设备正在安装，与潜在技术供应商的会议正也在进行中。在INL，研究和开发活动正在全面就绪，数据科学家正在评估支持NuSuite模块开发的智能算法的最佳方法。

在Comanche Peak还建立了一个原型实验室，现场有各种类型的现场传感器、通信设备，专家技术人员和电厂人员正在建造要部署的系统。POC已成功地为哥伦比亚发电厂提供了全面的24-7研发服务。POC还致力于系统设置、先进的模式识别模型和安全的网络接口，为短期内进入Susquehanna 蒸汽电厂做准备。

未来的道路

ARM早期的成功正在吸引整个行业其他人的注意，包括潜在的研究合作伙伴、供应商和各种行业组织。具体说USA，在最近的董事会会议上，所有八名公用事业公司的成员都同意通过协作制定第二阶段DOE拨款申请的提案。第二阶段的范围包括扩大ARM最初开发的工具，业务流程进一步自动化(包括使用无人机和机器人技术)，以及扩展固有的NuSuite平台。“这个ARM项目第一阶段的成功和价值，已经向我们的董事会证明，我们可以成功地管理和实施这样的大型、协调的项目。这种信心激发了团队在项目第二阶段的活力，这将进一步驱动我们的成员以及为行业中的其他人创造价值”，克里斯坦森说。

正如挑战阶段的常见情况一样，作为ARM项目一部分，得到示范的团队合作，代表了核电行业的最佳状态。通过ARM和其他行业的努力，我们将成功地保持我们的经济竞争力，并维护核能对我们国家和全人类的内在利益。