一種非完全冗余提高可靠性的設(shè)備布置結(jié)構(gòu)

蒙冠霖　褚雪芹　張方杰

【摘 要】目前，DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常會(huì)采用完全冗余的方式，即由兩臺(tái)完全相同的設(shè)備采用一用一備的方式進(jìn)行工作，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障切換時(shí)，在設(shè)備允許的情況下通過(guò)指示燈報(bào)警、二層畫(huà)面顯示、光字聲光報(bào)警的方式提醒運(yùn)行人員。但另一方面，由于核電DCS系統(tǒng)的復(fù)雜性，并不是所有的設(shè)備都具有上述功能，本文提供一種采用非完全冗余的方式，即去掉部分的冗余功能，但可以提供更高的系統(tǒng)可靠性。

【關(guān)鍵詞】核電廠;DCS系統(tǒng);冗余;系統(tǒng)可靠性;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)： TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）30-0008-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.30.003

A Kind Of Non-fully Redundant Device Structure Who Will Improve System Reliability

MENG Guan-lin CHU Xue-qin ZHANG Fang-jie

（China nuclear control systems engineering co.， LTD.， Beijing 100176， China）

【Abstract】Currently， DCS system designs are usually fully redundant. The system is operated by two identical devices in one device. When the device fails over， the operation personnel are reminded by means of indicator light alarm， two-layer screen display， and light word sound and light alarm. On the other hand， due to the complexity of the nuclear power DCS system， not all devices have the above functions. This article provides a way to use non-full redundancy， which removes some of the redundancy features， but provides higher system reliability.

【Key words】Nuclear Power Plant; DCS; Redundancy; System reliability; System structure

0 引言

在自動(dòng)化系統(tǒng)中，尤其核電中應(yīng)用的大型DCS系統(tǒng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠是第一要?jiǎng)?wù)，因此在這些系統(tǒng)中會(huì)采用冗余的方法。冗余技術(shù)就是增加多余的設(shè)備，以保證系統(tǒng)可靠的工作。為了達(dá)到高可靠性性和低失效率相統(tǒng)一的目的，我們通常會(huì)在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中采用冗余技術(shù)。合理的冗余設(shè)計(jì)將大大提高系統(tǒng)的可靠性，但是同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和設(shè)計(jì)的難度，應(yīng)用冗余配置的系統(tǒng)還增加了用戶投資。

目前，DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常會(huì)采用完全冗余的方式，即由兩臺(tái)完全相同的設(shè)備采用一用一備的方式進(jìn)行工作，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障切換時(shí)，在設(shè)備允許的情況下通過(guò)指示燈報(bào)警、二層畫(huà)面顯示、光字聲光報(bào)警的方式提醒運(yùn)行人員。但另一方面，由于核電DCS系統(tǒng)的復(fù)雜性，并不是所有的設(shè)備都具有上述功能，本文提供一種采用非完全冗余的方式，即去掉部分的冗余功能，但可以提供更高的系統(tǒng)可靠性。

1 事故分析

1.1 事故經(jīng)過(guò)

某電廠DCS系統(tǒng)二層操作畫(huà)面由于冗余服務(wù)器全部故障造成全部離線，機(jī)組被迫停機(jī)。

浙江某電廠DCS（T-ME/XP系統(tǒng)）采用冗余交換機(jī)提供二層畫(huà)面的數(shù)據(jù)交互服務(wù)，系統(tǒng)共有4臺(tái)操作員站，可以同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作，四臺(tái)操作員站均為雙網(wǎng)卡配置，同時(shí)連接到1號(hào)和2號(hào)交換機(jī)，以保證當(dāng)一臺(tái)交換機(jī)發(fā)生故障時(shí)，不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，如圖1所示。

圖1 事故前操作員站及交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

事故發(fā)生時(shí)，兩臺(tái)交換機(jī)故障，后經(jīng)廠家檢查是由于機(jī)柜內(nèi)4臺(tái)散熱風(fēng)扇2臺(tái)故障造成散熱不好最終引起交換機(jī)死機(jī)，更為重要的是，經(jīng)廠家人員檢查發(fā)現(xiàn)第一臺(tái)交換機(jī)故障是在26天前。但由于一方面設(shè)備沒(méi)有報(bào)警信息送至DCS系統(tǒng)監(jiān)視畫(huà)面，另一方面由于機(jī)柜布置的原因，交換機(jī)豎直安裝，最終導(dǎo)致運(yùn)行人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，造成事故擴(kuò)大。

1.2 整改措施

根據(jù)事故原因，該電廠采用如下整改措施：

（1）更換機(jī)柜散熱風(fēng)扇。

（2）更換新交換機(jī)（安裝在同樣位置，采用相同型號(hào)）。

（3）在運(yùn)行人員巡檢中增加該項(xiàng)巡檢。

（4）加強(qiáng)運(yùn)行人員和檢修人員安全教育及技術(shù)培訓(xùn)。

1.3 整改措施分析

就此次事故而言，散熱風(fēng)扇故障造成機(jī)柜內(nèi)溫度過(guò)高是事故的直接原因，因此更換風(fēng)扇并增加巡檢是一種有效的“亡羊補(bǔ)牢”式的處理方案，雖然看似有效，但是大大增加了運(yùn)行人員的巡檢負(fù)擔(dān)，以一臺(tái)典型的核電機(jī)組為例，單臺(tái)機(jī)組包括83臺(tái)控制柜，18個(gè)供電柜，8臺(tái)網(wǎng)絡(luò)柜以及4個(gè)服務(wù)器柜，合計(jì)113臺(tái)機(jī)柜，以每個(gè)機(jī)柜平均檢查時(shí)間為3分鐘計(jì)算，則總時(shí)長(zhǎng)約為5小時(shí)40分鐘，如果把每個(gè)機(jī)柜檢查時(shí)間增加到5分鐘，則檢查總時(shí)長(zhǎng)為10小時(shí)25分鐘，可行性較差。即使實(shí)施這種人員檢查的方式，由于電子設(shè)備故障概率較小，檢查人員會(huì)逐漸形成思維慣性，也會(huì)造成無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

另一種方式則是更換將各種設(shè)備狀態(tài)引入到DCS二層畫(huà)面，這就要求DCS廠家和設(shè)備廠家支持這種功能。對(duì)于新機(jī)組和新DCS，在考慮上述隱患的基礎(chǔ)上可以通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述功能，但是對(duì)于老機(jī)組而言，如本例中的機(jī)組DCS本身和系統(tǒng)中的設(shè)備不具備這種功能時(shí)就不具備可行性。