利用传感器预测核电站、桥梁、隧道等设施事故发生
2013-06-06 15:36:34   来源：微迷   评论：0   点击：

使用传感器和分析软件检测事故及故障前兆的系统层出不穷。此类系统检测异常的精度高于人工。有望提高工作效率、减轻负担。是维持今后越来越多的老化设施长期、安全使用必需的技术。

“听了NEC的介绍，让我们立刻明白‘这有助于提高核电站的安全性’”。日本中国电力的执行董事电源事业本部原子能管理部长林司回顾道。

中国电力使用岛根核电站的部分设备和过去积累的监控数据，从2011年8月开始，对NEC开发的“大规模设备故障前兆监控系统”展开了验证实验。

故障前兆传感器监控系统的原理

为了早期发现设备的异常和故障，减轻现场工作人员的负担，由多种传感器和分析软件相结合的故障前兆监控系统已经投入实用。该系统能检测到人类察觉不到的异常的预兆，实现快速检查及维修。具有预防大事故、延长设备使用期等优点。有望应用于发电站、大规模设备、桥梁等。

核电站维护作业基本采取的是在法定检查期等特定时期，拆解设备并检查，按需进行维修的做法。虽然也设置了监控运行情况的传感器，但实时检测到细微的异常并非易事。需要在发现振动等数值超标时赶赴现场实施检查，通过人海战术加以应对。

然而，亲身参与核电设备监控和维护的工作人员面对着辐射的危险，“一直处于高度紧张的状态”。

如果是老员工，凭借长年的经验和直觉，有时也能根据声音、温度等变化，快速发现核电设备的异常。但最近，随着生育高峰一代退休，老手越来越少，维护不可能再继续依赖人工。

能不能不靠人工，实时把握故障的前兆？就在林司等人思考这个问题的时候，NEC送来了验证实验的方案。实验分成两个阶段。

检测时间仅为人工的20分之1

第1阶段是2011年8月～2012年秋季，该阶段的工作是锁定为设备运行安装了大约3500个传感器的岛根核电站，分析过去的运行数据。

NEC开发的分析系统不只是显示每个传感器的数据是否异常。最大的特点是能够以振动、温度、流量、设备工作方式等多类数据为对象，调查并分析在异常发生前，数据的变化具有怎样的关联。

例如，通过事先确认“A传感器的数值发生变化时，B传感器的数值将出现这样的变化”等关联，一旦出现偏差，就可以断定出现了异常。根据偏差的情况，甚至可以找到发生异常的精确位置。

验证实验调查了在过去的定期检查中，反应堆内的100多根控制棒每移动1英寸，对于发电功率的数据产生了怎样的影响。结果发现，只需分析发电功率的变化，就能够准确推算出控制棒移动后的位置，证实了数据关联性分析的有效性。

在2012年10月到2013年3月实施的第2阶段，该阶段把焦点放在了检测速度上面。在检查训练设施设置检测温度、振动等数据的各种传感器。通过人为制造巨大的振动，或是大量的气泡等方式，创造异常状态，测量了检测需要的时间。

结果显示，对于部分设备，检测到异常的时间仅为人工检测的20分之1。精度远远高于当初的设想。

NEC与中国电力今后还将使用发电设备开展验证。林司充满期待地表示，“只要能应用于核电站，就能推广到火力发电等各种各样的发电站，应用范围十分广泛”。

NEC的系统不仅可以应用于发电站、炼油厂等企业的设备，还可以应用于公路、桥梁等基础设施。对于“设置几千个传感器，收集振动、温度变化等数据。通过专用软件进行分析”的用途，NEC同样把目光投向了数据之间的关联，“一旦检测到非正常的情况，就发出警报”。

凭借在中国电力试运行的成功案例，NEC将在2013财年内完成系统的产品化，正式开始销售。

在桥梁用故障前兆监控系统方面，恩梯梯数据已经把“BRIMOS”系统投入了实用。主角同样是大量的传感器和分析系统。该系统已经得到首都高速公路部分路段采用，开始显现出了成果。

2011年东日本大地震发生时，高速公路的桥桁晃动强烈，其影响备受担忧。但是，通过对传感器取得的数据进行分析，恩梯梯数据很快得出了“对正常行驶无碍”的结论，对尽快恢复通行起到了推动作用。

除此之外，东京湾的东京京门大桥从2012年2月，越南南部的芹苴大桥从2013年1月开始，也分别采用了该系统。

越南芹苴大桥及桥上设置的各种传感器。桥长3km，是东南亚最长的斜拉桥。在60～70个地方安装了传感器，不间断监测异常。

BRIMOS现在的原理是在每个传感器发送来的数据超标时发出警报。恩梯梯数据的电子社区事业部第三系统开发主管课长宫﨑早苗表示，与NEC正在开发的系统一样，今后，该公司也将“强化分析系统，使其能够分析各种数据之间的关联”。

新兴市场国家的需求大有前途

故障前兆监控系统的需求正在扩大。日本的很多基础设施是在快速经济发展期集中建设，这些设施正在陆续老化。

该公司表示，“笹子隧道坍塌事故发生后，关于BRIMOS的咨询激增”。这起事故让很多人深切感受到：建成历史悠久的基础设施如果维护不充分，很可能会酿成惨剧。

日本国土交通省2030年度的调查显示，日本建成50年以上的公路占整体的比例达到约53％。

工厂同样如此。经济产业省表示，2006年，日本国内的设备维护市场就已经逼近了约8600亿日元。日本触媒工厂的爆炸尚且记忆犹新，在钢铁厂、炼油厂等工厂，严重的大规模事故也不在少数。老化据说是造成事故的原因之一。

设施发生大规模事故不仅会造成人员伤亡，长期停产等后果还会严重影响业务。

如今，能够监控故障前兆，防患于未然的系统不仅在日本，在海外的需求也越来越大。正在快速建设大量基础设施的亚洲等新兴市场国家也将在未来成为巨大的市场。

工厂的设备和公路等基础设施如果一老化就重建，会耗费庞大的成本和人力。对于企业、社会活动的影响也十分严重。今后，帮助现有设施长期、安全使用的传感器监控技术或许会在全世界创造出巨大的商机。