2025届 李志妍硕士论文《多元时间序列驱动的蒸汽隔离阀动作故障诊断研究》

蒸汽隔离阀是核电站第三道安全屏障的关键隔离节点，在蒸汽管道破裂事故中，蒸汽隔离阀是防止放射性物质通过安全壳的最后一道工程屏障。随着核电技术的发展，安全被确立为四代核电的核心开发目标，蒸汽隔离阀作为保障核电安全的关键设备受到重视。尤其是更快的响应速度、更长的使用寿命等需求的出现，对蒸汽隔离阀的动作可靠性提出了更严苛的要求。因此，建立针对蒸汽隔离阀动作的在线诊断方法能够有效保障蒸汽隔离阀功能的正常执行，实现对蒸汽隔离阀的异常状态预警，提升其动作可靠性。

本文聚焦四代核电蒸汽隔离阀的动作性能及其典型故障开展相关研究。主要研究内容与成果如下：

（1）从蒸汽隔离阀基本工作原理的视角出发，采用多物理场耦合方法，以Simulink作为主控平台，结合ADAMS、AMESim软件进行联合仿真，开展了蒸汽隔离阀系统的模块化设计，降低了蒸汽隔离阀系统建模复杂度。在此基础上，进一步分析了蒸汽隔离阀的主要故障类型及故障原因，通过设置仿真模型故障模拟点，确定了蒸汽隔离阀的关键监测参数，构建了蒸汽隔离阀动作过程的多元时间序列数据集。

（2）针对已构建的蒸汽隔离阀动作过程数据集中涉及蒸汽隔离阀动作性能退化特征的多样性问题，提出分阶段检测框架；针对数据集中的点异常，采用多元线性回归方法，建立了蒸汽隔离阀关键动作参数的多元运行数据耦合模型；针对数据集中的子序列异常，提出了基于动态时间规整和弗雷歇距离的时间序列综合对齐相似性度量方法；通过模型验证，蒸汽隔离阀的动作故障异常检出率达86.05%，满足行业基准。

（3）基于蒸汽隔离阀的失效模式与影响分析（FMEA）框架，构建了蒸汽隔离阀故障树，建立了异常检测特征结果与故障树各级事件的映射关系，实现了故障事件的逐级定位，完成了多元时间序列驱动的蒸汽隔离阀的动作故障诊断；同时，采用RPN指标融合方法生成综合风险优先度参数，获取了蒸汽隔离阀不同事件的故障概率分布特征，提出了蒸汽隔离阀的状态评估体系。在此基础上，基于B/S架构开发了集成化的蒸汽隔离阀动作性能在线检测系统，实现了从数据采集到状态评估的全流程管理功能。