数据系统，应对核电厂仪器老化挑战

数据验证与校核（DVR）是一种软件建模方法，使用电厂工作的过程测量、基本方程和统计分析生成一组校正测量值，分析确定最可能的过程值，用于优化性能。

1、检测误差问题

DVR在检测偏差错误方面灵敏度更高（图源：网络）

美国大多数核反应堆已达到其最初的40年许可使用寿命，并预计将许可证续期20年。一些电厂正在进行运行续期，预计运营到80年。

但仪表和控制系统的老化故障会降低电厂系统的可靠性，并增加电厂跳闸的可能。

数据验证与校核（DVR）可以在仪器出现错乱时提供相关数据——通常是可观察到的故障前兆，有助于电力公司为老化仪器制定更好、更具成本效益的运行策略。

仪器的目标是提供测量参数的实际值，但不幸的是，所有仪器都有一定的相关误差，因此其测量值具有不确定度或置信区间。

检测的错误来源可能包括：

仪器本身的固有精度。

仪表安装不当或安装位置选择不当（如管道弯头后立即安装流量计）。

仪器校准之间可能出现的“漂移”错误，或者仪器从未校准过。

根据测量系统确定所需合成参数的补偿。然后与补偿相关的误差是最终参数值的一部分。

由于采集系统的性质和准确性而引入误差这一参数。

许多仪器位置没有冗余测量，因此测量尽可能准确更为重要。许多二次侧仪表被忽视，且未定期维护，无论是由于零件、成本、人力、与其他工作相比优先级较低等原因，均可能会加剧误差，并导致仪表提供不准确的结果。

2、数据验证和校核（DVR）

许多系统可用于在运行期间帮助监测电站，但大多数在线监测系统有一个弱点，过度依赖电厂仪表提供连续准确的测量。

大多数电站也使用热力学建模系统，尽管这些系统适用于某些情况，不过其缺点是它们通常依靠很少的输入测量来产生输出。

假设电厂仪表正在提供准确的持续测量，或依赖少量测量，则可能意味着决策、计算、修改等存在错误输入，并产生意外后果。DVR有助于解决这些问题。

什么是数据验证和校核（DVR）？

图1：DVR的质量流率测量

对于核电站，DVR模型将检查200至300个测量变量及其相关不确定性，包括温度、压力、流量和功率。

DVR建立这些测量之间的功能关系，以产生冗余测量系统，并使用德国技术标准VDI-2048中描述的数学计算和方法，包括使用经验协方差矩阵和高斯校正原理。

经验协方差矩阵将测量不确定性的误差与基本方程（如质量和能量平衡以及热力学性质）联系起来。

图2：DVR的质量流率校核结果

利用矩阵和高斯校正原理，DVR消除了系统误差，最大限度地减少了随机误差，并以最小的校正量在测量精度范围内拟合测量值。

测量校正，是测量不确定度和与该测量相关的冗余度的函数。最终结果是一组统计分析的所有台站测量（协调测量）的最可能值（最接近真实值）。该过程还计算整个循环中没有仪器的位置的最可能值。

除了提供最可能值外，DVR还计算与每个校准测量相关的不确定度、与每个校准测量相关的误差，以及数据集的总体质量评级。

计算出的不确定度是为每个校准测量值确定的，提供了一个降低的不确定度值和校准值的更准确反映。

计算的罚值是基于与原始测量不确定度相比的校准值和测量值（误差）之间的差异。

随着误差的增加，对测量的罚值也会增加。一旦罚值超过与该测量相关的95%置信区间，软件将标记该标签并将其视为可疑。

质量评级验证了整个校核结果集，并根据所有罚值的加权和与卡方检验值之间的比率进行计算。卡方检验值是根据模型中的冗余数量和检验的统计确定性（95%置信度）计算的。

质量必须保持在1以下才能被视为有效和可接受。如果质量超过1，则可能存在与模型或测量值相关的重大误差。

3、DVR的优势

实施DVR的优势有：

DVR模型中包含的所有站点测量值的在线验证。

循环中未安装仪器位置的伪测量。通过利用当前测站测量值和质量与能量平衡方程，可以查看循环中任何部分的压力、温度、流量等，而不仅仅是仪器安装的位置。

这为循环的其他部分提供了额外的可视性，并通过在无需额外仪器的位置提供测量节省了资金。

通过去除不必要的余量，操作更接近规范。

对仪表进行的预防性维护较少，因为可以推迟。测量罚值可用于帮助识别故障、漂移或需要校准的仪器。其结果是减少了维护，改善了电厂仪表和控制系统的老化管理。

仪器退化的早期检测。这有助于电厂在问题出现之前进行维修或纠正，并避免测量不准确的后果。

减少对不存在物理冗余的单个仪器测量的依赖性。

总功率输出增加，因为电厂可以根据DVR结果对喷嘴结垢导致的给水流量误差实施修正系数。

利润的提升， DVR可以替代昂贵的流量计。美国正在对此进行评估。

确定导致发电损失的电厂问题，如循环隔离泄漏。

通过减少与电站测量相关的不确定性，更准确地了解电站运行条件和参数。

近年来，这些优点促使许多电厂实施了DVR。GSE TrueNorth已成功帮助美国30多个核电站实施了Belsim的DVR软件。

电站使用DVR可以更好地在线监测其电站性能，改进问题识别，并帮助解决发电损失问题。

其中三个电厂已使用DVR确定给水流量修正，实现功率恢复，目前电力恢复工作已取得成功，综合收益为20 MWe。