核电站大修优化技术研究

核电站换料大修是电站运行周期中最复杂的阶段之一。¹在这些大修期间，数万项活动（包括维护和监测）在短时间内同时进行。这些操作通常持续三到四周，涉及大量具有多样化技能的外包人员团队，执行从试验和监测到维护的各项任务。如果计划进行重大改造或现代化项目，大修时间可能会延长。因此，电站大修成本高昂，产生显著的运营成本（如外包人员劳动力和设备费用），以及电站停机期间的发电损失。这很容易使电站运营商每天损失超过100万美元。因此，需要持续通过减少这些大修的频率、持续时间和相关风险来减轻对电站的经济影响。²,³

作为美国能源部轻水堆可持续性计划的一部分，大修优化项目正在开发公开可用的工具和方法，以增强核电站的大修调度能力。⁴,⁵这些工具和方法在几个关键领域协助大修计划人员。首先，它们通过评估调度如何适应延迟和调整计划外活动（如在计划大修活动中发现的设备退化）来评估调度弹性。其次，它们识别大修调度中可能出现计划外问题的关键点。第三，这些工具和方法帮助计划人员在大修过程中分配可用资源以应对延迟和意外事件，从而降低延迟风险并确保大修调度按计划进行。通过提高大修的可预测性和弹性，这些工具有助于国家能源安全、劳动力现代化和核能运营的数字化转型。

大修优化项目已经处理了几个用例，每个用例都关注大修计划和执行的不同方面。表1总结了这些用例，突出了所需数据、开发的方法和结果，以支持在计划和执行期间与大修相关的决策。这些用例将在以下章节中讨论。需要注意的是，该项目不开发电站大修调度方法，而是补充和分析使用Primavera P6等工具创建的现有调度中的关键点。

表1. 目标大修相关用例

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电站大修的调度和计划过程复杂，通常在实际大修前一至两年开始。¹–³尽管有计算工具可用于管理和调度要执行的众多活动，但仍需要大量人工劳动，如选择大修活动、识别活动之间的依赖关系以及创建大修调度。有效大修计划的另一个关键要素是构建大修调度所需的实际数据。表2提供了每个活动所需的数据元素子集。

表2. 每个计划大修活动所需数据

使用表2中的数据，项目的调度优化工具可以规划每日大修活动和人员需求。像Primavera P6这样的工具旨在创建高效的大修调度，目标是在更短的时间内完成所需任务，同时确保所有活动都已完成。

图1. 由8个活动组成的简化调度，在本文中用作表1所列开发用例的示例。关键路径上的活动用红色表示。

大修调度、计划和优化过程，也称为关键路径法（CPM），⁶在核工业中已成熟且广泛使用。调度优化算法仔细平衡活动持续时间和依赖关系的计划方法，以及可用资源。它产生如图1所示的大修调度。

考虑表2中列出的数据，CPM确定以下内容：

关键路径，这是决定大修总持续时间的最长活动序列。

每个活动的具体开始和结束时间。对于非关键路径活动，总浮动时间表示一个活动可以延迟多少而不影响关键路径。对于关键路径活动，拖拽时间衡量一个活动可以缩短多少而不在关键路径上。

在实际环境中应用CPM可能面临挑战：

活动持续时间通常被视为固定，但它们根据过去的经验而变化。不确定性可以通过提供平均持续时间及其方差或观察到的最小和最大值来表达。

持续时间不确定性来自诸如人员规模和技术、运行条件（如天气）和一天中的时间等因素。

意外事件可能延迟活动，影响完成时间。

新活动可能在大修期间出现，需要添加到调度中，以及它们的依赖关系。

除了优化时间外，还应考虑其他资源（如人员、设备、空间）以识别关键路径活动并衡量与关键路径的接近程度。

这些挑战已通过表1中列出的用例得到解决，下一节将描述开发的方法如何应对这些挑战。

第一个用例或场景侧重于计算方法，旨在告知大修计划人员基于过去大修运行经验执行大修活动所需的时间。开发的方法使用文本语义相似性⁷,⁸来评估活动完成时间。目标是找到与查询任务匹配的过去大修中的类似活动。通过收集和分析来自选定过去活动子集的历史完成时间，可以估计查询活动的时间分布。

文本相似性的一个示例如图2所示，该图比较了两个具有相似语义含义的活动，突出了数据清理和整理的重要性。这个示例表明，这两个活动之间的简单词对词相似性比较将显示它们非常不相似。但是，如果历史活动被清理（例如，通过拼写检查和缩写识别及扩展），它将转换为"[ACC01-B]压力变送器校准"。因此，这两个活动将非常相似。这些是语义相似性分析所需的元素：