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该成果来源于福建省中央引导地方科技发展专项(2021L3036)、中核集团青年英才的资助项目。 核能汽轮发电机组良好的性能是保障核电站和电网安全可靠运行的重要基石。近年福清、宁德、方家山、江苏等核电基地均不同程度出现机组振动可靠性降低、出力性能衰退的共性问题，造成数十亿元经济损失，给中国核电行业发展造成了严重不利影响。针对电功率降低、振动长周期波动打闸等汽轮机发电机组性能下降难题，该项目团队通过长期攻关，采用深度学习与数值仿真相结合的研究方法，解析汽轮机组前端供汽耦合机理、中端部件动力特性、后端整体性能输出规律。具体取得以下技术突破： (1)构建深度学习算法与数值计算综合分析方法及模型，开发机组性能诊断关键技术：开发汽轮机振动长周期性波动与电功率等要素的深度学习模型，从运行数据中挖掘出潜在联系，有效揭示振动长周期波动的关键影响参数及规律；基于热力学与动力学原理，建立“流-热-固”耦合的高精度振动分析模型，明确电功率与振动相互影响的关键结构部件；建立汽轮机供汽系统与电功率关联分析理论模型，揭示汽轮机组性能衰退机制，开发诊断关键技术。 (2)搭建供汽沸腾与污垢生长耦合实验和跨尺度多物理场数值模型，探明污垢引起的汽轮机机组性能衰退机理：开展汽轮机组供汽系统中蒸汽发生器内传热沸腾与污垢生长机理实验，构建热质传递、电化学反应和污垢生长多物理场，以分析耦合微观机理，形成污垢沉积和脱离模型、多孔污垢分区分层热阻模型，建立三维蒸汽发生器热工与污垢耦合数值计算模型，获得污垢老化、汽水分离、沸腾换热演化规律，形成供汽系统跨尺度多物理场分析体系，探明供汽系统沸腾传热中污垢生长导致机组整体性能下降的机理。 (3)开发汽轮机组性能智能监测诊断体系和仪器，研发并应用性能预测与提升关键技术：建立供汽系统热力性能下降的神经网络预测模型，建立实时监测、故障诊断与智能预测的体系，并开发配套仪器，自动识别异常振动、出力衰退、边界泄漏等多种性能下降模式，实现性能衰退全方位监控诊断，并实施有效的预防治理和提升措施，如调整供汽参数、污垢清洗方案、配合尺寸等。 该项目已授权发明专利7件，授权实用新型专利1件，受理发明专利2件，登记软件著作权1件，形成行业团体标准1项，企业标准1项；发表论文44篇，其中SCI收录28篇，EI收录43篇。经院士专家鉴定，该项目总体技术达国际先进水平。 该项目技术自2022年起用于福清、秦山等核电基地取得显著成效，汽轮机振动打闸次数由过去年均4次，降为年均0次；振动长周期波动幅度由50um，降低至0um；机组出力共计提升50MWe，均实现满发；改变了机组“行不稳”、“吃不饱”、“发不满”不利局面，有力落实国资委对核电的“度电必争、多发满发”要求，并进一步实现“挖潜升能、增发超发”，项目已创造经济效益7.43亿元，大幅提升核电厂的安全稳定运行能力。

2010年以来，中国发电装机容量实现了从9.6亿千瓦到36.5亿千瓦的跨越式发展，其中，新能源装机容量从0.3亿千瓦猛增到21.7亿千瓦，位居全球首位，新型电力系统构建是实现新能源大规模消纳的必由之路。电力开关与变压器作为电网的“安全卫士”与“能量枢纽”，分别肩负着控制与保护、能量转换的核心职责，二者是新型电力系统最核心的两大装备。高比例可再生能源大规模接入和电力电子设备高比例应用，电源侧和负荷侧呈现强随机性和波动性，导致电力开关投切频繁、变压器高频扰动(含高次谐波和高频振荡)加剧，因设备故障引发的电网安全事故时有发生。2020年11月，中国济南市泉城变电站由于变压器起火造成1死2伤，引起片区性停电；2025年2月，智利由于电力开关没有及时切除故障导致全国性大停电，影响超1900万人，占总人口数量的98%，国家进入“灾难紧急状态”。因此，新型电力系统背景下，开关设备和变压器两类电力核心装备的稳定运行和可靠操作尤为重要。 传统人工巡检和作业模式无法满足海量开关设备和变压器高可靠性运行和操作的迫切需求，亟需开展复杂工况下开关设备和变压器的状态精准感知和智慧作业，但是面临三大挑战：①单一状态量传感缺乏多场信息同步监测与关联分析能力，难以解析“机械-绝缘-温升”耦合故障，导致装备复合潜伏性故障难以及时发现；②多源多模态数据的维度壁垒和高算力需求，导致算不准、算不快，使复合潜伏性故障漏报误报严重；③高电压设备狭小空间约束下的传统人工作业风险高、效率低、停电范围大，与设备快速增长以及电网高可靠性供电的矛盾突出。 在国家863计划重大项目、国家自然科学基金、国家电网公司总部科技项目等资助下，历经10余年协同攻关，解决了上述3大挑战，取得的系统性创新和重大突破如下： 1.发明了“晶面取向调控+量子点表面修饰”的电力嗅觉增敏方法，研制的传感器在SF₆气体背景下痕量特征分解气体直接测量精度较行业领先企业提升1倍以上；提出了基于多尺度特征对齐的红外、可见光及紫外光谱动态配准方法，多光谱图像信息熵较单光谱图像提升15%以上；揭示了故障早期状态参量的时空演化规律，提出了多分辨率贝叶斯卷积神经网络的多参量数据关联分析方法，实现了绝缘、机械、温升复合潜伏性故障早期微弱特征信号的准确提取。 2.提出了基于模态自适应同构嵌入的特征对齐方法，攻克了多模态导致的数据融合精度低难题；构建了物理机理与数据混合驱动的动态优化自适应全生命周期状态推演模型，攻克了电力核心装备复杂状态精准推演难题，故障识别准确率达96.47%；提出了特征关系保留与梯度精度分析的模型轻量化方法，针对国际通用的CIFAR-100数据集，轻量化模型TOP-1准确率指标76.67%，超越谷歌、亚马逊等行业龙头企业，接近国际最高水平。 3.建立了带电作业电弧放电瞬态电磁分析与干扰耦合模型，提出了“能量泄放-反向抗扰-分层屏蔽”的干扰抑制方法，解决了机器人带电作业复杂电磁干扰问题；设计了加权均衡自动阈值图像分割与累计概率霍夫变换的轮廓识别方法，实现了机器人对作业目标的准确识别和精准定位；提出了改进A*算法和目标构型优化的带电作业路径动态规划方法，突破了电力核心装备狭小空间下带电作业局限性瓶颈。机器人作业目标识别准确率99.22%，定位精度2mm以内，作业效率提升80%以上。 基于以上创新，授权发明专利37项(美国专利4项)，形成国家标准3项，行业标准7项，发表期刊论文67篇(SCI收录25篇，计算机领域顶级会议收录4篇)，出版专著4部，授权实用新型专利12项，获得软件著作权4项。该项目技术推广至西安西电开关电气有限公司、平高集团有限公司、正泰电气股份有限公司、山东泰开高压开关有限公司等10余家电力装备制造企业，开发了2大系列15种智能监测装置，3大系列8种智慧巡检和作业机器人，产品应用于世界首条清洁能源特高压输电项目“±800kV 青豫直流”工程、中国最高海拔甘孜1000kV交流变电站、中国海上最大油田“渤海油田”、中国援建的巴基斯坦卡拉奇K-2/K-3核电站项目等一系列国内外重大工程，获得了CCTV1、陕西新闻联播和河南卫视等主流媒体报导。产品覆盖全国30余个省市自治区并出口意大利、韩国、西班牙等50余个国家和地区，为中国新能源场站重大、示范工程提供了关键装备和技术支撑，引领了国际电力核心装备状态感知和智慧作业发展，推动了中国智慧运维解决方案成为全球行业标杆，实现了由“传统人工”向“智慧运维”的跨越式发展。项目近三年新增销售额30.99亿元，新增利润5.61亿元。 该项目研究成果获得了行业领军人物的高度评价：①以雷清泉院士为主任的鉴定委员会认为“项目成果整体达到国际领先水平”。②美国发明家科学院院士ParasN.Prasad教授评价该项目研制的嗅觉传感器“具备气体传感器的所有理想性能”。③ACM/IEEE Fellow Philip S.Yu教授评价该项目构建的多模态模型“性能已接近国际最高水平”。

“海洋地质勘察钻探系统高效安全关键技术开发与应用”项目是中油国家油气钻井装备工程技术研究中心有限公司与宝鸡石油机械有限责任公司联合研制的中国首套具有自主知识产权的满足深远海洋工程地质勘察的常规地质取样、绳索取心、硬岩取心、孔内式静力触探、标准贯入试验、基盘搭载等作业功能的海洋地质勘察钻探系统。 1.主要技术内容： 1)创新研发了直驱式液压提升与动态补偿系统. 通过三大核心技术突破解决了深海钻探作业难题。系统采用双油缸直驱举升技术，结合倍增滑轮组设计实现钻探提升作业，相比传统绞车提升方式减少40%故障率；创新的钻柱升沉补偿技术集成DC40/60-Y型装置，采用油缸直驱与被动蓄能器复合方案，在4级海况下保持±1.5米补偿行程和±5%钻压波动控制；智能监测系统通过三级架构实现全流程闭环管理，可靠性达99.9%。该系统通过直驱设计消除能量损耗、智能补偿应对波浪影响、实时监测保障作业安全，为深海钻探设备提供了小型化、轻量化解决方案，显著提升了作业效率和安全性，代表了当前海洋钻探装备的技术领先水平。 2)创新设计了全液压驱动智能化管柱处理系统。 通过全液压驱动和智能控制两大核心技术实现管柱处理全流程自动化。系统集成120kN·m液压顶驱、自适应动力吊卡、水平动力猫道、±3%精度自动化管道钳和±2mm六自由度液压机械臂等核心设备，采用统一液压动力站和CAN总线通信，系统能效达85%，较传统方案节能30%。智能控制系统采用三级架构，配备高精度比例阀、冗余PLC和LSTM优化算法，实现90%自动化率和99.99%通信可靠性。该系统通过创新的液压驱动和智能控制技术，显著提升了深海钻探作业的效率和安全性，代表了当前海洋钻探装备智能化发展水平。 3)集成了智能液压动力与冗余保障系统。 研发的集成式智能液压动力与冗余保障系统创新采用五联泵组(变量泵+定量泵)组合设计，实现6～30MPa宽压力范围覆盖，为提升系统、管柱处理及基盘绞车等关键设备提供稳定动力。系统通过智能化压力-流量匹配技术自动调节输出功率，能效提升30%以上。采用三重冗余设计保障可靠性：主泵组配备实时监测模块实现毫秒级切换；关键液压回路采用双通道并行设计，单路故障仍可维持80%工作能力；集成故障自诊断功能实时监测12项关键指标，故障识别率达95%，非计划停机时间缩短至传统系统1/5。创新应用比例阀控技术实现高精度电液伺服控制，配合智能温控系统将油温波动控制在±3℃内，显著提升恶劣海况下的稳定性。该系统成功解决了传统液压系统能效低、可靠性差的技术难题，为深海钻探提供持续动力保障，使关键设备平均无故障工作时间突破8000小时。 4)首次研发了被动式基盘补偿与月池快速收放技术。 被动式基盘升沉补偿技术采用4倍率滑轮组与蓄能器张力调节系统，通过单作用柱塞油缸实现±1.5m补偿范围和±0.2m同步精度，集成自适应PID控制算法和加速度传感器实时监测，补偿效率超过85%，6级风浪下仍能保持基盘精准贴地作业，其无源补偿技术降低30%能耗并延长钢丝绳寿命40%；月池盖液压联动快速收放技术采用四组高精度举升油缸同步驱动系统，配合直线导轨实现±5mm同步控制，3分钟内完成月池盖移出且无需拆除钻杆，作业效率提升50%，配备双重机械锁定和智能防碰撞装置降低90%碰撞风险，同时集成自动化控制系统和可视化界面，支持远程监控，显著提升作业安全性和操作便捷性。这两项技术共同解决了深海作业中的基盘稳定性和月池操作难题，为深海钻探提供了高效可靠的技术方案。 2.获奖及授权专利情况： 基于该项目技术成果研制的“全液压勘察船钻机系统研制与应用”于2023年获得中国海洋工程咨询协会海洋工程科学技术奖二等奖。 研制的“300kN/300m海洋自升式平台地质钻探系统”于2025年荣获中国石油和石油化工设备工业协会“2025石油石化装备科技创新成果”一等奖。 该项目获国家授权发明专利10件，实用新型专利3件，软件著作权2件，发表论文2篇。 3.技术经济指标： 钻深+水深600m，最大钩载600kN，举升方式：液缸举升，补偿能力400kN，补偿行程/周期±1.5m/13s(被动)，顶驱中心通道直径121mm，基盘绞车提升能2×150kN。 在性能和质量相当的情况下，国外1台钻井系统的价格约1.5亿元人民币，国产1台价格在6千万元人民币左右，可节约采购成本0.9亿元人民币。 4.应用推广及效益情况： 首套具有自主知识产权的海洋地质勘察钻探系统于2018年1月正式入列广州海洋地质调查局“海洋地质十号”勘察船投入使用，形成销售收入4900万元，全年进行了5个航次的钻探作业，于2018年12月通过用户组织的现场鉴定验收，各项性能指标达到设计要求。2023年8月25日，在南海北部陆架实现302.07米全取岩心科学钻探，刷新中国陆架海域第四系全取岩心深度记录。 依托项目研究成果，针对深远海风电场工程地质勘查作业需求，先后又研发了2套海洋地质勘察钻探系统，分别应用于中国电建集团的“华东院308”平台和“中南院520”平台，形成销售收入6000余万元。其中应用于“华东院308”平台的钻探系统于2023年交付用户，先后在山东半岛、浙江苍南和福建宁德等海上风电项目中应用，获选国家能源局2024年度能源行业十大科技创新成果。应用于“中南院520”平台的钻探系统于2024年前往山东黄海海域海上风电项目开展首次勘测作业，累计获取岩芯样本1200米，支撑海上风电单机容量16兆瓦机组建设，勘探深度覆盖120米以浅海床地层。 钻井模块、补偿技术应用到海洋平台钻井模块项目中创造销售收入近8亿元。

中国油气对外依存度分别超过72%和42%，海上油气进口通道易受地缘政治、外部军事干涉影响，使得中国在国际能源市场的波动中较为被动，能源安全面临巨大挑战。中国海相地层储藏量丰富，是增储上产的重要阵地。川西气田作为国内首个超深高含硫潮坪相碳酸盐岩大气田，被列入国家能源局重点项目和四川省重大建设项目，其安全高效开发能增强了中国在油气资源上的自给能力。 川西气田具有“一深一新一边两低两复杂”的地质特点，储层条件差，效益开发难度大。钻完井工程面临四大挑战：一是陆相须家河组厚度超3000m，均属于极硬地层，可钻性级值最高达9.76，堪称“磨刀石”；二是井底温度最高195℃，1800m长水平段穿越“酥饼状”破碎地层，易引起掉块卡钻、卡埋旋导等复杂情况；三是单开次封固段超3000m，固井最大温差170℃，水泥浆顶部低温下强度发展缓慢导致油气泄露，危害后期作业安全；四是储层温度高、非均质性强(渗透率突进系数达24.8)，各类(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)储层吸酸梯度差异大，长水平井衬管完井方式下均匀改造困难。针对以上难题，中石化西南石油工程有限公司联合多家单位集智攻关，形成了川西海相超深长水平井钻完井关键技术，主要取得以下创新成果： (1)创新了内置式脉冲冲击功能钻头设计方法，研制了内置脉冲钻头，提出了不同地层产状、强度的多造斜率轨道设计新方法，高研磨性难钻地层复合钻进比例提高至92%，定向周期缩短18.6%，须家河组地层机械钻速提高74.7%。 (2)创新了纳微米平面覆盖封堵方法，研发了碳基封堵剂，构建了纳微米高分子成膜封堵白油基钻井液体系，抗温200℃，PPA滤失量降低率≥86.1%，塑性粘度降低率≥20%，复杂故障率降低60%。 (3)研发了以“两性离子共聚物缓凝剂、高含硫高温大温差高密度防窜水泥浆体系”为核心的防窜固井水泥浆技术，适用温度范围60-200℃、水泥石渗透率＜0.05mD，固井质量优良率100%。 (4)创新了超深水平段四要素井眼清洁判定方法，构建低伤害耐高温胶凝酸体系，形成了以“起裂定点+甜点定量+差异化控制”为核心的8000m超深长衬管水平井多级滑套精细分段酸压技术术，酸压测试产量与无阻流量分别提高62.3%和66%。 成果获授权发明专利15件，实用新型专利5件，发表论文12篇。在四川盆地56口超深水平井实现了成果转化，创造各类项施工纪录28项，机械钻速提高24.75%，钻井周期缩短20.42%，助力川西、元坝海相累计探明储量超3000亿立方米，创产值44.8亿元。成果大幅提升了中石化超深长水平井钻完井技术水平，为推进“深地工程”提供了技术储备。成果支撑建成的川西气田和元坝气田，年产净化气近54亿立方米，可满足千万个家庭的生活用气需求，有力保障川渝千亿立方米级天然气产能基地和“气大庆”建设，社会效益显著。

“双碳”目标下，新能源装机容量逐年增高，电力系统抗干扰性能力下降，频率稳定问题日益突出。现有频率支撑能力评估及协调控制技术存在以下技术挑战：(1)在设备层面，复杂控制特性下电力电子设备频率的快速高精度测量困难，时变特性下考虑变流器本体运行约束的调频能力边界难以刻画。(2)在场站层面，新能源场站频率支撑能力评估效率低、数智化程度低；新能源场站与储能频率一体化协调控制复杂，源-储多级并联下功率波动性强，协调响应慢。(3)在系统层面，多类型可调资源难以统一建模，场站集群调频能力交互复杂，调频资源全局协调优化困难。 为此，项目从设备-场站-系统角度分层次攻克新能源高占比频率支撑能力评估与协调控制技术。(1)提出了频率快速测量方法，实现了复杂谐波环境下频率的高速高精度测量；突破了超容系统荷电状态精准预测技术难题，研制了具有毫秒级调频响应能力的超容控制模块，实现了面向电网频率主动支撑的有功快速响应。(2)研发了集成风光火储的电力系统可调资源调频能力评估及协调控制技术，提出了适用可调节资源动态特性差异的频率优化控制分析方法，研发了新能源场站并网控制装置、新能源电力系统频率支撑能力测试与评估装置，为全国规模最大的风光储项目乌兰察布新一代电网友好绿色电站储能与新能源的协调控制提供重要技术支撑。(3)研发了含高比例新能源的内蒙古电网频率支撑能力评估平台，提出了系统频率与惯量分析与优化方法，发明了电网连锁故障风险定量评估与预警方法，建立了内蒙古电网高精度电磁暂态模型，实现了内蒙古电网多元可调资源聚合调频容量及惯量的评估，为高比例新能源接入下电网频率稳定控制提供了解决方案。 项目授权受理发明专利42项；牵头出版专著5部；发表和录用科技论文共计34篇(SCI/EI检索24篇)；编写标准9项(国标2项)；取得软件著作权5项。项目成果已成功应用于三峡、华电、大唐等新能源场站，经济效益显著，有效促进了新能源的消纳和规模化开发利用，助力新型电力系统构建。项目经刘吉臻院士作为鉴定委员会主任协同业内八位专家鉴定，一致认为：项目成果整体达到国际先进水平，其中在电网频率支撑能力评估与电网频率协调控制方法等方面居国际领先水平。

在全球能源格局深刻变革及国家“双碳”战略目标驱动下，核能发电产业被列入国家发展战略，行业迎来了前所未有的发展机遇。自“福岛核事故”后，核电站的安全性被提升到更高的位置。应急柴油发电机组是核电站八大关键设备之一，是核电站最后一道安全屏障，被定义为安全等级最高的1E级设备。当核电站失去厂用电源或发生其它影响核反应堆安全运行的故障时，应急柴油发电机组启动带载，为核岛冷却水泵、安注泵等关键设备提供电源，确保核电站安全停堆，防止堆芯熔化核泄漏事故的发生。因此，国内外核安全管理机构，对核电站应急柴油发电机组的安全性、可靠性、动态响应特性等提出了极高的要求，如：对于6000kW-8000kW的应急柴油发电机组抗震性能，要求在0.3g地面加速度(对应九级地震烈度)下仍能保证正常工作；100次连续启动，必须100%成功，且每次启动时间不大于10秒钟；突加/突卸大负荷时电压和频率恢复时间不超过3秒钟，频率变化不超过5%。行业准入门槛高，只有通过国家核安全局认证，获得相应的资质才能向核电站提供设备。 由于核电应急柴油发电机组技术研制难度极大，长期以来，国际上只有少数企业所掌握，而中国核电站一直靠法国MAN和德国MTU成套供货。近几年，美西方一直千方百计遏制中国发展，在核电站应急柴油发电机组订货采购、备品供应、售后服务等方面不断设置障碍，随时有技术封锁和产品禁运的风险，使中国核电站运行面临巨大安全风险。应急柴油发电机组的自主研发和成套供货，已经成为核电行业健康发展必须破解的瓶颈问题。 陕西机重工有限公司作为国内最大的中高速大功率柴油机研制企业和柴油发电机组成套商，联合国内顶尖核电工程公司和高等学府成立项目组，依托国家发改委、国防科工局、工信部及省军民融合办等大力支持，获得科研和保证条件建设项目19项，经费超2亿元。项目组历经16年的持续攻关，打破国外技术和产品垄断，攻克核电应急柴油发电机组技术难题，核心设备实现国产化，解决核电装备“卡脖子”问题，整体技术水平达国际先进。项目取得主要技术创新如下： 1.以“高安全、高可靠”为基础，攻克核电应急柴油发电机组成套技术难题，研制出满足国内外第三代核电技术的核电站应急柴油发电机组，解决核心装备自主化难题。 ①针对核电站应急柴油发电机组配套设备众多(相当于“小型电厂”)、结构复杂、现场安装调试难度高等困难，开展系统优化匹配创新设计和冗余设计，提出环氧树脂取代传统混凝土基础方案，解决了集成模块化设计难题，极大降低了机组在现场施工难度，缩短施工周期。②完成了冗余热备份柴油机电子调速与超速保护系统研制，其安全性和可靠性指标满足IEC61508和IEC60880国际标准要求，并通过TUV国际安全认证，是国际上唯一通过双标准认证的设备，稳/动态转速控制指标达到和超过国际先进水平。③研发了机理模型和多源参数融合的柴油发电机组故障诊断和健康监测系统。 2.在国内首次提出核电应急柴油发电机组安全性仿真分析与评估方法。 ①提出了冲击扭矩下柴油发电机组非线性轴系扭振时程积分计算模型与方法，解决了柴油发电机组不同域激励综合模型和冲击扭矩下非线性轴系扭振计算难题，弥补了国内外核电领域缺少冲击扭矩下轴系扭振计算方法的空白。②提出复杂多场耦合边界下机组隔振系统设计与载荷识别方法，利用各方向频率变化在线识别出系统边界条件变化，创新性地解决了复杂边界变约束下隔振系统的隔振与抗冲击协调设计难题。③研发出柴油机频率与发电机电压相耦合的瞬态加载计算方法，高精度模拟出核电应急柴油发电机组加载过程中频率与电压的实际波动情况，实质性推动了核电站加载程序的设计优化工作。 3.创新研发大型复杂铸件铸造和机械加工的工艺方法，解决了关重件精度差、成品率低等技术难题。 使用耐热涂层、控制球化处理及多级孕育的方法，解决了铸件壁厚不均、开裂变形等诸多技术难题，提高了零部件的成品率，保证了产品的性能稳定性和可靠性。针对柴油机缸孔面的加工难题，通过夹具体和支撑体的斜面配合，解决了机身加工时平面度、对称度难以保证以及缸孔形位公差控制困难等问题。通过细致调整切削参数，并将氮化处理前置于精磨工序，成功解决了轴座材料渗氮处理后表面硬度和疲劳强度过高常规加工方法无法满足精度要求的问题。 项目组研制的核电应急柴油发电机组主要性能指标达到国际先进水平，部分指标达国际领先水平。 该项目成果成功应用超过30个核电站和核设施项目，占据国内70%以上核电市场份额。创造90亿元的直接经济效益，近三年纳税1.43亿元，带动下游超过100家供应商协同发展。该项目相关成果已授权国家发明专利12项，授权其它专利10项，获得软件著作权4项，发表论文35篇，其中3篇被SCI收录。培养中国船舶集团有限公司学科带头人1人，开展核电技能技术培训36次，受训学员超过500人。有力推动了核电行业的技术进步，取得了显著的经济和社会效益。 应用情况： 该项目成果适用于国内外第二代、第三代及第四代核电堆型的核电应急柴油发电机组技术需要，成功应用超过30个核电站和核设施项目，包括：第二代国产M310核电堆型红沿河核电厂、宁德核电厂及巴基斯坦恰希玛核电厂等，第三代美国AP1000核电堆型的三门1期核电厂和海阳1期核电厂，第三代俄罗斯VVER核电堆型的田湾核电厂和徐大堡核电厂，国产第三代“华龙一号”堆型的福清核电厂、防城港2期核电厂等，第四快堆项目的霞浦核电厂，核燃料后处理项目和核设施相关项目，产生直接经济效益近100亿元，带动下游供应商和产业链发展超过100家，为中国核电事业的自主创新和可持续发展做出了重要贡献。

该系统通过水锤监测仪，利用物联网、5G等技术，实现海量数据采集；在本地设备层应用边缘计算与小波分析方法，对高频高精度压力数据进行高效实时处理，关联管网运行设备动作，结合水动力学分析算法，在线诊断、预测水锤发生形式，及时提出告警或通过操作水力组件避免水锤发生。通过大数据分析和水锤本地智能化处理规则的自学习，结合迭代优化的水锤验证模型，实现精准溯源分析。 主要性能指标： 1.平均无故障间隔时间≥30000h； 2.采集频率≥200Hz； 3.事件顺序记录分辨率(SOE)≤2ms，单装置事件顺序记录分辨率≤1ms； 4.遥测执行响应时间≤1s； 5.告警直传响应时间≤3s； 6.远程浏览画面调用响应时间≤5s。 适用范围：适用于长距离调水工程、城镇水务工程，农业灌溉、城乡供水一体化、工业给排水等工程的泵站、管线、管网系统等。

在全面推进烟气超低排放与双碳战略背景下，作为大型燃煤机组超低排放治理主要工艺路线的低低温电除尘系统（采用传统换热器），在应用中暴露的冷却水泄漏、积灰堵塞、能耗上升、排放波动和故障感知滞后等问题，大大增加停机检修频率，甚至威胁发电安全，已成为行业痛点。 该项目依托国家重点研发计划等课题，通过协同创新等方式突破传统技术限制，攻克“冷却水零泄漏、除尘提效、AI智控、节能”等关键核心技术，率先成功研发出真空热管耦合电除尘技术及装备，实现规模化推广应用。技术成果经中国环境保护产业协会组织鉴定：填补行业空白，达到国际领先水平。主要创新成果如下： 1.提出“真空热管相变调温+颗粒湍聚强化+智慧动态控制”三位一体耦合技术，建立多场协同除尘理论构架：研究并揭示烟温梯度、颗粒浓度、SO₃浓度、煤质特性等与细颗粒物分级粒径脱除效率关联机制，探明不同尺度涡旋耦合促进Pm2.5湍流团聚机理，建立基于“效率、能耗、可靠性”多目标协同优化大数据算法模型，为细颗粒协同治理提供理论支撑。 2.攻克烟气换热调温、超细颗粒团聚等核心技术，提升Pm2.5治理和能效水平：攻克“零泄漏”真空热管核心技术，实现系统高效稳定运行、节省发电标煤耗1.6克/度以上；发明Pm2.5多场团聚协同高效除尘技术，除尘效率突破99.9%阈值；发明流线型低阻尘流两相流均布技术，烟气流阻降低30%；发明真空热管原位在线制备与修复技术，运维成本降低50%。 3.研制真空热管耦合电除尘关键设备，保障装备高可靠运行：通过产学研协同创新，联合研发真空热管耦合电除尘关键装备，填补高效除尘与余热回收一体化空白；发明迷宫型真空热管模组与温度膨胀自补偿承载结构，攻克冷却水零泄漏及设备长效可靠运行的难题；研发多尺度涡旋耦合湍流团聚装置，大幅提升Pm2.5捕集效率；创新设计水滴状尘流双相均布装置，成功突破传统除尘流场分布不均的技术瓶颈。 4.开发数字孪生智慧除尘系统，提升设备智能化运维水平：深度融合大数据分析与神经网络算法，建立设备运行数字镜像模型，开发“感知+决策+控制”闭环优化系统；通过动态耦合烟气参数与运行数据，建立除尘效率、余热回收与运行能耗的智能寻优机制，节能30%以上，降低设备故障率，引领除尘系统从“经验驱动”向“数据驱动”转型升级。 该项目获专利52项（含发明15项）、3项软著，论文11篇（EI收录2篇），入选4项国家级技术目录，获2024年环保装备科技奖金奖。成果应用覆盖华电、国能、国家电投、华润等大型电力集团，销售额31.2亿元，市场占有率＞40%，并成功应用于菲律宾、台湾等地区。按已应用的近8千万千瓦煤电装机容量计算，每年可实现节约标煤63.2万吨、节电9.1亿度（折合CO₂减排220万吨），多脱除粉尘2万吨、SO₃2.3万吨，实现环境效益、社会效益和经济效益的有机统一，推动环保技术进步和产业发展，促进能源结构绿色转型和“双碳”战略实施。

中国核电设备国产化率已达到90%以上，但在该项目立项前，核级电源是其未实现国产化的重要装备之一，其关键技术深受国外“卡脖子”。该项目聚焦核电厂纵深防御体系中最关键的安全电源保障环节，针对中国核级电源长期受制于进口的产业痛点，从器件到系统全面实现全自主可控，率先突破新一代先进核电厂用全自主可控高可靠核级电源关键技术瓶颈，攻克了核级电源多模态智能控制、三重冗余容错架构设计、极端工况动态补偿等多项关键技术，成功实现产业化。 该项目创新点如下： （1）首创基于冗余脱敏(SPV)的全自主可控安全级电源控制技术，实现单点故障场景下输出端持续稳定供电、晶闸管瞬态闭锁控制矩阵、复合型尖峰能量耗散回路，解决传统电源控制系统保护装置单一问题，实现智能控制算法堆栈的全自主可控安全级电源控制系统。 （2）首创基于国产化部件在线监测及故障预警的核电厂用充电器，逆变器，旁路稳压器及UPS供电系统，实时采集状态参数，记录故障点，避免丢失数据的问题。监测多种部件故障监测，将故障信息同步上传至智能化信息监测平台，集中显示，提高系统故障的快速定位和维护的便捷性。 （3）提出基于电源输入端在线式多重阻抗匹配网络机制，结合多重滤波模块，通过数字控制算法调节IGBT切换回路改变多频段干扰阻抗特性，用以在线泄放25Hz-10kHz低频段（对应MIL-STD-461E的CE101低频传导发射要求）干扰信号。解决传统固定参数滤波器在核电复杂电磁环境中无法兼顾低频与高频干扰抑制，导致低频测试项通过率低的问题。实现低频段传导抗扰性能的显著突破，满足苛刻的限值要求同时兼容高频段标准的要求。 （4）提出基于电网电压瞬时值的周期化撷取机制，解析周期与过往N个周期的模值波动系数，并结合多周期连续阈值判定机制的技术保护设备，并利用有源馈网的协同抑制方法，将多余能量反向馈送至电网侧，解决传统监测方法对电网电压突变检测存在滞后性，直流能量抑制能力弱，难以在Forsmark效应（电压突变）发生前及时消除，导致核级电气设备易因电压突变损坏的问题。实现通过多周期模值变化分析，提前识别电压异常趋势，实现响应速度的跨越式优化，有效避免设备因Forsmark效应导致的故障。 中国机械工业联合会组织了由院士专家牵头的科技成果鉴定会，专家一致认定“核电站用1E级充电器/逆变器和UPS”系列产品具有自主知识产权，元器件国产化率达100%，填补了国内空白，达到国际先进水平，可靠性及智能健康监测等关键技术达到国际领先水平。依托该项目成果，第一完成人晋升正高级工程师并荣获厦门市高层次A类人才、福建省C类人才。项目成果发表学术论文9篇，获授权发明专利19项、软件著作权17件，项目成果已批量投产，应用于中广核、国核、中核等国央企重大核电站核岛、常规岛全域场景建设，项目产品累计实现销售收入23.65亿元，社会经济效益显著，为国家能源战略提供了核心装备保障。

电气火灾和人身触电是现代配用电领域的两大电气危害，严重危及社会公共安全，其电气故障特征具有间歇性、随机性、弱信号和难提取等特点，且复现模拟困难，传统技术在故障机理研究、故障检测及复现和安全防护等方面存在长期没有解决的难题。项目组采用校企联合攻关，在配电网公共安全致因故障机理分析、间歇性多特征小信号感知和定位、多类型故障真型模拟、多层级配用电公共安全协同防护技术等领域开展了长达十余年的研究与探索，形成一系列自主创新成果： 1）创新性提出了间歇性弱故障信号的识别与检测方法。针对故障电弧、树线放电及人身触电等配用电危害故障信号的微弱性、间歇性和随机性风险感知难题，提出了特征融合结合多种人工智能算法的故障检测方法，构建了配用电电气安全危害成因多模态特征深度感知-智能融合诊断技术体系，攻克了间歇性随机小信号电气火灾和触电风险感知的技术瓶颈。在噪声干扰、负载波动等复杂工况下，故障电弧识别准确率达到99%以上；导线碰树故障识别准确率提升至98%；导线放电痕迹平均识别准确率提升至91.6%；生命体和非生命体触电识别准确率达到95%。 2）率先开发了多类型电气火灾致因故障真型试验系统。针对传统电气火灾复现难度大、故障类型单一、故障模拟成功率和效率低等诸多问题，构建了机械运动-电气参数-热力学场的真型实时交互试验系统，形成从基础理论到工程验证的完整技术闭环，攻克了现代配用电电气火灾多模态故障联调复现关键技术瓶颈。低压电气火灾致因故障真型模拟试验系统故障电弧试验成功率达到100%；中压森林电气火灾致因故障真型模拟试验系统可复现90%以上故障类型。 3）构建了多层级配用电公共安全安消一体化综合防护体系。面向复杂工况下电气火灾、人身触电等安全防护难题，研制了边缘计算与云端协同的系列化保护装置，研发了基于数智化和多层级安全防护的安消一体化综合防护体系，实现火灾和触电特征的自适应识别与风险等级评估，显著提高了配用电领域电气火灾、人身触电等安全防护水平。 项目核心技术授权发明专利41项，其中US专利1项，EP专利1项；授权实用新型专利4项；软件著作权10项；编制行业标准1项；发表论文57篇，其中SCI/EI收录45篇；出版专著3本；研制了9款硬件装置，开发了4个试验平台/系统、2套软件，并实现示范部署和试运行，系统运行良好。 由王成山院士担任主任的鉴定委员会认为：项目整体技术处于国际先进水平。其中，低压故障电弧检测、中压树线放电故障检测、电气火灾致因故障模拟等技术处于国际领先水平。 项目成果实现推广应用，已累计创造销售额10.08亿元、净利润1.2亿元。大幅度提高了电气火灾、人身触电风险防护水平，为现代配用电领域电气危害的早期预测奠定理论和实践基础，经济和社会效益显著。 研究成果融入国家一流课程，线上学习人数超3.8万。随着中国新型配用电系统的飞速发展，森林覆盖率的逐年提高，项目成果具有良好的推广前景。