一種非完全冗余提高可靠性的設備布置結構

蒙冠霖　褚雪芹　張方杰

【摘 要】目前，DCS系統設計通常會采用完全冗余的方式，即由兩臺完全相同的設備采用一用一備的方式進行工作，當設備發生故障切換時，在設備允許的情況下通過指示燈報警、二層畫面顯示、光字聲光報警的方式提醒運行人員。但另一方面，由于核電DCS系統的復雜性，并不是所有的設備都具有上述功能，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可靠性。

【關鍵詞】核電廠;DCS系統;冗余;系統可靠性;系統結構

中圖分類號： TM623 文獻標識碼： A文章編號： 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

在自動化系統中，尤其核電中應用的大型DCS系統，系統的穩定可靠是第一要務，因此在這些系統中會采用冗余的方法。冗余技術就是增加多余的設備，以保證系統可靠的工作。為了達到高可靠性性和低失效率相統一的目的，我們通常會在控制系統的設計和應用中采用冗余技術。合理的冗余設計將大大提高系統的可靠性，但是同時也增加了系統的復雜度和設計的難度，應用冗余配置的系統還增加了用戶投資。

目前，DCS系統設計通常會采用完全冗余的方式，即由兩臺完全相同的設備采用一用一備的方式進行工作，當設備發生故障切換時，在設備允許的情況下通過指示燈報警、二層畫面顯示、光字聲光報警的方式提醒運行人員。但另一方面，由于核電DCS系統的復雜性，并不是所有的設備都具有上述功能，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可靠性。

1 事故分析

1.1 事故經過

某電廠DCS系統二層操作畫面由于冗余服務器全部故障造成全部離線，機組被迫停機。

浙江某電廠DCS（T-ME/XP系統）采用冗余交換機提供二層畫面的數據交互服務，系統共有4臺操作員站，可以同時對系統進行操作，四臺操作員站均為雙網卡配置，同時連接到1號和2號交換機，以保證當一臺交換機發生故障時，不影響系統的正常運行，如圖1所示。

圖1 事故前操作員站及交換機網絡結構圖

事故發生時，兩臺交換機故障，后經廠家檢查是由于機柜內4臺散熱風扇2臺故障造成散熱不好最終引起交換機死機，更為重要的是，經廠家人員檢查發現第一臺交換機故障是在26天前。但由于一方面設備沒有報警信息送至DCS系統監視畫面，另一方面由于機柜布置的原因，交換機豎直安裝，最終導致運行人員未及時發現，造成事故擴大。

1.2 整改措施

根據事故原因，該電廠采用如下整改措施：

（1）更換機柜散熱風扇。

（2）更換新交換機（安裝在同樣位置，采用相同型號）。

（3）在運行人員巡檢中增加該項巡檢。

（4）加強運行人員和檢修人員安全教育及技術培訓。

1.3 整改措施分析

就此次事故而言，散熱風扇故障造成機柜內溫度過高是事故的直接原因，因此更換風扇并增加巡檢是一種有效的“亡羊補牢”式的處理方案，雖然看似有效，但是大大增加了運行人員的巡檢負擔，以一臺典型的核電機組為例，單臺機組包括83臺控制柜，18個供電柜，8臺網絡柜以及4個服務器柜，合計113臺機柜，以每個機柜平均檢查時間為3分鐘計算，則總時長約為5小時40分鐘，如果把每個機柜檢查時間增加到5分鐘，則檢查總時長為10小時25分鐘，可行性較差。即使實施這種人員檢查的方式，由于電子設備故障概率較小，檢查人員會逐漸形成思維慣性，也會造成無法及時發現。

另一種方式則是更換將各種設備狀態引入到DCS二層畫面，這就要求DCS廠家和設備廠家支持這種功能。對于新機組和新DCS，在考慮上述隱患的基礎上可以通過系統設計實現上述功能，但是對于老機組而言，如本例中的機組DCS本身和系統中的設備不具備這種功能時就不具備可行性。