目前，美國的核能行業正在經受一場經濟危機。很大程度上受整個能源市場技術中斷的影響，美國一些公用事業公司只能選擇過早關閉一些核電站，因為這些電廠在其服務的地區不再具有競爭力。很多其他核電廠也處于同樣的危險中。

近期，公用事業服務聯盟(USA)發起了一項雄心勃勃的倡議：先進遠程監控和診斷服務項目(ARM)。

ARM介紹

ARM讓人們看到，通過應用先進技術來改變核心業務流程，可以保持美國的核能產業地位。公用事業服務聯盟總裁兼首席執行官約翰·克里斯滕森(John Christensen)說：“公用事業服務聯盟地位獨特，不僅幫助公用事業會員單位，而且致力于與核行業每個人分享經驗和機會。我們一損俱損、一榮俱榮”。

公用事業服務聯盟是一個非營利性合作組織，它的使命是降低運營和維護成本，提高安全性和運營性能，并在核電行業內提供創新和組織領導能力。成員包括8家核能單位，運營14個反應堆，總發電裝機容量超過15000MW。

作為ARM工業示范的一部分，聯盟的4家公用事業領域成員單位正在與國家實驗室、科學技術人員和先進技術人員一起，研究、開發和部署多個設施中先進的監控解決方案。這項工作將能夠通過智能機器學習算法實現自動化的數據收集、分析和異常檢測。該項目還旨在展示將這些新功能集成入一個集中的、24-7的遠程監控和診斷(M&D)中心的價值。

愛達荷州國家實驗室(INL)是這一倡議的關鍵合作伙伴。INL的團隊正在領導與開發智能軟件工具相關的研究活動，這些工具將有助于電廠遙測分析，并識別出需要人們關注的不尋常情況。INL還負責在被選定的大學中正在進行的與項目相關的研究活動的協調和監督。美國能源部DOE輕水反應堆可持續發展項目主任布魯斯·哈爾伯特(Bruce Halbert)說：“提高核電站運行的經濟競爭力對于確保核電站長期運行非常重要。由USA領導的這些項目將使國內核電行業能夠采用先進技術，在當前和未來的能源市場上都保持競爭力”。

ARM聚焦于行業轉型和實際運行的現代化。許多長期性的核領域工作，如電廠健康監測、設備檢查和與合規性相關的活動，都是在互聯網、無線通信和智能軟件系統獲得廣泛應用之前設計好的。這些遺留下來的流程，雖然高效，但也很復雜，需要投入大量昂貴的人力資源來管理。通過應用現代技術對這些過程進行轉換，提供了提高效率、消除人因錯誤和降低運營成本的機會。通過演示如何實現技術轉型，在標準化、自動化和集中化三個基本原則下，ARM進行研究、設計和開發活動。以下是這些原則在ARM各種項目交付的成果中的應用說明。

NuSuite

通過核電站活動的標準化、現代化和合規化，可以降低運營成本。NuSuite是一個共享的服務軟件平臺，能夠托管重新設計各種技術的業務流程。ARM項目正在開發該平臺的基礎原型。在平臺內將固化一套標準化的業務應用程序，稱為模塊。在ARM范圍內正在開發的每個子層項目都將托管在對應的唯一模塊中。每個模塊將由用戶界面、記錄管理系統、計算算法和基于基本原理和智能預測的分析方法組成。

只要可行，該平臺就會設計為開源的;可擴展的;USA 成員單位共同擁有的。圖1概述了NuSuite的目標功能。

業務流程轉換

業務流程轉變將通過擴大電廠監控和分析能力來進行。這包括部署各種現場傳感技術、通信系統和先進算法，并有8個試點項目進行支持。這些項目最初是根據一個工業工作組評估遠程監測技術潛在經濟效益后選擇的，作為NEI贊助的提供核承諾倡議的一部分。ARM項目旨在示范這些技術，開發一種綜合的衡量方法，并評估潛在的投資回報。

減少操作員巡視

操作人員花了大量的時間進行電廠的各種巡視和檢查，主要目的是簡單地驗證電廠條件與預期的一致性。采用何種技術是完成這些任務的關鍵，能夠使運營者將操作人員的時間投入在更有價值的活動上。該項目的目標是通過在整個電廠中部署先進的現場傳感技術來減輕運營者的負擔。這些傳感器包括視頻、音頻、溫度、濕度、輻射、振動、煙霧和氣體。自動測量的記錄和傳輸需要結合電廠既有的網絡與無線寬帶。當電廠環境中的某個信息超過了既定的閾值時，這個NuSuite模塊將產生警報，提醒監測站需要調查和派遣必要的人員。

自動合規性檢查——分時監控

該項目通過消除電廠操作員人工進入100多個房間和區域，讀取當地模擬儀表并執行技術規范要求的檢查的必要性，展示了提高效率的能力。通過在這些區域安裝無線傳感器，就不需要再進行手動收集和讀數。自動測量的數據將通過電內無線網絡進行傳輸。監控將由控制室人員根據要求啟動。激活后，該NuSuite模塊將觸發數據收集，執行分析以驗證是否滿足驗收標準，然后生成監控報告，準備進行監督審查和批準。

消防補救措施

該項目的目標是消除昂貴的手動介入和專用的火災監視系統，轉而實施自動檢測系統。利用先進的傳感技術與人工智能相結合，該移動系統將能夠在需要時識別出被監測地區新出現的火災，作為補救措施的一部分。該系統的人工智能算法，通過INL開發，將區分實際火災和某些常規活動，比如焊接或研磨這一類維護活動。一旦NuSuite模塊識別到潛在火災，系統將通過廠內無線系統生成警報和通知，并發送到專門的監控中心

熱效率和循環損失

這種新功能取代了定期拆卸和測試，以近乎實時的方式實現熱損失的識別、量化和糾正。沿著排水線和其他可能的泄漏路徑，在整個電廠BOP系統安裝無線傳感技術。結合在線熱效率計算，這將編碼在該項目的NuSuite模塊中，能夠近實時識別能源損失，包括位置、嚴重程度和經濟影響信息。當檢測到效率損失時，警報將被傳輸到遠程監控中心進行評估和啟動糾正措施。

過程異常檢測

該NuSuite模塊將利用INL開發的人工智能來檢測核電站運行中出現的異常。該系統將區分儀器問題和電廠實際的工藝變化，從而能夠對電廠資產健康狀況或任何潛在的傳感器錯誤問題進行早期評估。警報將被生成并傳輸到一個遠程監控中心。

變壓器健康狀況監測

結合INL開發的智能算法，使用在線溶解氣體分析儀，通過該NuSuite模塊持續監測電力變壓器的健康狀況，當識別出不利于變壓器條件時，預后警報傳輸到遠程監測中心。這個特殊的項目提供了一個視角，即通過技術應用和技術服務的集中如何轉型部件和系統健康方案。

24-7的M&D服務

為了展示集中式研發服務如何幫助提高電廠的安全、發電和可靠性，同時降低電廠的整體運營成本，作為ARM項目的一部分，Luminant公司的電力優化中心(POC)正在為Columbia、Susquehanna和Comanche Peak提供24-7的先進M&D服務。

POC還在擴大能力，以優化先前其他電廠的相關項目，并提供咨詢，來支持開發每個項目的NuSuite模塊。該項目在這方面有一個突出效果，示范了集中設計和技術服務的機會。當擴大規模后，這種方法可以相當有意義地降低運營成本。“具體的技術試點是這個項目的核心，但很明顯，監測和診斷服務也對我們的成員提供了很重要的價值。我們相信這項服務是錦上添花，并在短期內付費”，Christensen 說。

POC已經運行了超過15年，目前正在為全國各地的50多個發電廠提供服務，包括煤炭、天然氣、核能、太陽能和電池存儲設施。

迄今為止取得的進展

隨著ARM項目進入第二年，設計優化正在進行，設備正在安裝，與潛在技術供應商的會議正也在進行中。在INL，研究和開發活動正在全面就緒，數據科學家正在評估支持NuSuite模塊開發的智能算法的最佳方法。

在Comanche Peak還建立了一個原型實驗室，現場有各種類型的現場傳感器、通信設備，專家技術人員和電廠人員正在建造要部署的系統。POC已成功地為哥倫比亞發電廠提供了全面的24-7研發服務。POC還致力于系統設置、先進的模式識別模型和安全的網絡接口，為短期內進入Susquehanna 蒸汽電廠做準備。

未來的道路

ARM早期的成功正在吸引整個行業其他人的注意，包括潛在的研究合作伙伴、供應商和各種行業組織。具體說USA，在最近的董事會會議上，所有八名公用事業公司的成員都同意通過協作制定第二階段DOE撥款申請的提案。第二階段的范圍包括擴大ARM最初開發的工具，業務流程進一步自動化(包括使用無人機和機器人技術)，以及擴展固有的NuSuite平臺。“這個ARM項目第一階段的成功和價值，已經向我們的董事會證明，我們可以成功地管理和實施這樣的大型、協調的項目。這種信心激發了團隊在項目第二階段的活力，這將進一步驅動我們的成員以及為行業中的其他人創造價值”，克里斯坦森說。

正如挑戰階段的常見情況一樣，作為ARM項目一部分，得到示范的團隊合作，代表了核電行業的最佳狀態。通過ARM和其他行業的努力，我們將成功地保持我們的經濟競爭力，并維護核能對我們國家和全人類的內在利益。