一、 引言
核电厂取水口为核电厂提供了必需的淡水，是保障核电安全生产运行的重要子项。目前国内核电基地的取水口技术均为上世纪90年代技术，系统设备自动化水平落后。同时取水口距离核电基地一般较远，约10km左右，沟通方式靠电话，无法实现远控。一般在取水口都需要人员24小时值守，存在日常运营工作成本高、效率低，检修与异常维修周期长，管理决策依赖经验、无数据积累等缺点。
为提升核电水务运行、管理和服务水平，对核电厂的智慧发展提供有力的支撑，以核电厂取水口智慧运行改造为示范项目，开展核电厂智慧水务系统的研究。通过新一代信息技术，充分挖掘数据价值和逻辑关系，实现水务业务系统的控制智能化、数据资源化、管理精准化、决策智慧化，保障核电厂水务设施安全运行，促进核电厂水务管理从粗放型向精细化转型。
二、 改造内容
核电厂取水口的主要工艺设备为启闭机、清污机、取水泵、阀门、疏水管道，目前都是现场值班人员手动控制，主要厂房由PT1（水泵房）、PT2（变配电室）、柴油发电机集装箱、PT3（宿舍楼）四个子项组成。
通过核电厂取水口智慧运行改造，可实现以下功能：
在核电厂区对取水口及输水管线所有设备的智能远程监控；
对取水口火灾、水淹等内外部灾害的智能远程监控；
对取水口附近河道及全生产区域室内外的智能远程视频监控；
对取水口安保系统的提升和远程视频监控；
取水口正常运行期间可实现无人值守的运行方式；
以集成控制平台的方式统一调度和实现取水口的各项子系统功能；
为核电智慧水务项目后期的改造预留空间和接口；
为“智慧核电”的数据采集、分析、辅助决策系统提供数据。
具体改造内容包括工艺与给排水、土建结构、电气配电、仪控系统、通信系统、消防安防系统、自动巡检系统、暖通空调系统、集成控制管理平台和控制室的改造。
三、 改造主要技术内容
（一）在线监测和监控系统改造
原核电厂取水口设备基本没有在线监测，在进行在线监测和监控系统改造过程中，需要考虑不同参数指标的在线监测可行性和数量庞大的水务参数指标在线传输的可靠性。对取水口增加在线监测和监控系统如下：
1. 启闭机
对启闭机电机电流信号进行收集，用于表示启闭机的运行状态。
2. 清污机
对清污机电机电流信号进行收集，用于表示清污机的运行状态
3. 泵类
对泵的电流、频率、温度信号进行收集，用于表示泵的运行状态。
4. 阀门类
常用阀门改为电动阀门。如6台供水泵出口阀门改为电动调节阀，在原有阀体基础上增加电动头。阀门开度信号送水厂控制室集控平台，并可在水厂控制室集控平台进行远程手动调节。水泵启动前相应出口阀处于关闭状态，水泵启动后阀门自动打开，开度可由操作员设置。
5. 在线仪表
水泵出口设置远传压力表，管道母管设置流量计。
6. 电气类设备
在确保原有配电功能外，新增智能化仪表、保护监控装置等设备，采集现场有关数据（包括模拟量、脉冲量、开关量、测量量及外部输入讯号等），传至监视系统作实时处理，实时更新数据库及显示画面，并在屏幕上实时显示运行情况。可显示实时和历史事件，并采用打印或报表等方式输出。
7. 实时监控
在取水口重要厂房和设备附近设置监控摄像头或者智能机器人，对取水口工艺设备、电气设备、仪控设备进行远程监控。
（二）水务的智慧控制系统改造
原核电厂取水口控制系统基本为就地控制，没有远程控制和自动控制，改造中对取水口的控制实现智慧化。
1. 泵备用控制逻辑设计
原取水口现场6台泵均由人工启动，且启动顺序没有规律，导致每台泵的运行时间不均衡。通过对6台泵进行排序，并相互设置了备用顺序，启动逻辑简单可靠。可以让每台泵的运行时间更加均衡，设备运行时间更长，系统更加可靠。
2. 一键启动功能
针对取水口对核电厂运行的重要性，需要在事故后尽快启动，改造中设置了一键启动功能，保证取水口设备最快启动，以满足核电厂的运行要求。
3. 电流控制泵阀启动
结合取水口实际情况，每台泵的流量直接影响泵的运行电流，采用泵电流控制泵出口阀开度的控制方式。采用关阀启泵的方式，给定出口阀目标开度，在阀门开启过程中通过泵电流与泵电流设定值进行比较，当泵电流小于泵电流设定值时，阀门持续开启；当泵电流达到泵电流设定值时，阀门保持当前开度。
在取水口增加一套PLC系统，实现现场信号的采集及设备的控制功能，包括泵阀等工艺设备的控制、照明系统的开关控制和应急柴油机的启停控制。
在取水口现场改造一间控制间，PLC柜及相关配电柜、UPS柜、通信设备及存储设备柜布置在控制间内。PLC柜带有触摸屏，可监视现场信号。
（三）智慧水务综合管理平台
根据智慧核电水务系统的要求，在核电厂内建立一个智慧水务控制中心，在智慧水务控制中心内设置有集控柜、具备控制和监视功能的上位机，选用综合监控系统作为集成控制管理平台，集中控制管理平台通过PLC、计算机控制软硬件所集成的计算机监控系统，可以对取水口工艺过程进行自动监控、信息管理，将取水口各个子系统的过程控制、监视和计算机调度管理集成于一体，做到“集中管理，分散控制，信息共享”，方便用户对整个工艺过程及全部生产设备的检测与控制。
1. 硬件改造
硬件主要包括集控柜、具备控制和监视功能的上位机和集控大屏显示器组成。
2. 软件改造
取水口工况监测、系统状态的监测、视频和自动巡检，报警方案，数据管理和分析（趋势分析、报表输出、事件日志等等），智慧运维（视频的联动、河道水面监测、水泵、智能配电柜）
3. 画面设计
包括整体设计、主画面设计和控制面板设计。其中设备的控制面板设计，包括了显示部分和操作部分，并进行了人机结合的创新优化，每个操作界面都能看到现场设备视频和设备的三维模型，为操作提供了支持。
（四）5G通信改造
为实现取水口实时控制应用功能，为保证取水口运行稳定性及安全性，采取了信息安全有利的设计理念，取水口各子系统设备实时数据通过5G通讯转换器等相关设备进行信号处理后，通过5G基站将信号发送到淡水厂控制室。5G网络设计采用“公网+MEC”框架结构，保证本地数据不会受到公网的干扰。
四、 改造亮点及应用方向
取水口智慧改造的亮点有以下几个方面：
1. 效率提升
全面提升运营效率和决策水平，为能源行业提供广泛的借鉴和示范作用，为5G+能源行业开辟了更多的道路和选择。
2. 成本节约
有效减少人工操作和巡检成本，并减少人因失误风险，增加工艺系统和机组运行的可靠性。
3. 管理提升
核电厂取水口智慧运行改造改变核电水厂传统的管理模式，全面向信息化、可视化、智能化、精细化管理方式转变。以“取水口”为切入点，实现覆盖进度、质量、安全、成本等项目管理全要素的数据互通互联、信息协同共享以及决策科学分析、风险智慧预控等功能。
核电厂智慧水务系统研究打造核电行业全国首个使用全国产化控制和全国产化5G网络的综合远程控制创新应用。随着核电站数字化转型场景越来越多，数据作为关键的驱动要素，对于核电站未来发展都将发挥非常重要的作用。
五、 结语
通过市场调研发现智慧水务系统大多应用在城市供水、废水处理、火电厂水务管理等，本项目将智慧水务概念引入核电站淡水系统尚属国内首例，且该系统可接入核电厂运行管理系统中，方便核电厂运行人员的统一管理调配，且该系统运用国产PLC，实现关键技术设备的完全自主可控。因此本项目的研究成果在国内核电厂水务系统领域具有新创性。
参考文献：
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[2]邓建玲，从工业4.0到能源5.0智能能源形态的概念、内涵及体系框架，自动化学报，2015,41（12）：3-16
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