重水堆核電站顯示系統(tǒng)預(yù)防性維修淺析

張勁峰，陸乾杰，吳海燕，錢 銳

（中核核電運(yùn)行管理有限公司 維修五處，浙江 嘉興 314300）

0 引言

重水堆機(jī)組的數(shù)據(jù)信息處理主要由電站控制計算機(jī)（Digital Control Computer， 以 下 簡 稱DCC） 完成，由于DCC為20世紀(jì)60年代設(shè)計，人機(jī)交互界面較差，為滿足監(jiān)視需求，其數(shù)據(jù)由電站顯示系統(tǒng)（Plant Display System，以下簡稱PDS）進(jìn)行二次收集、處理，最終由投影儀投射在幕布玻璃于主控室顯示，該監(jiān)視畫面信息為主控室操縱員監(jiān)視機(jī)組各個數(shù)據(jù)趨勢的最主要手段。

每臺重水堆機(jī)組主控室配備2臺投影儀，每臺投影儀內(nèi)含有2枚燈泡。由于機(jī)組需要，2臺投影儀需要“24h×365”連續(xù)運(yùn)行，且至少保證一臺投影儀可用，設(shè)備可靠性與設(shè)備可用率要求較高。

由于超長時間的連續(xù)運(yùn)行，近年來投影儀故障時有發(fā)生，多次出現(xiàn)過單臺，甚至雙臺投影儀失效、黑屏。由于核電站對投影儀使用的特殊性，國內(nèi)暫無可參考的措施與維護(hù)手段。本文從投影儀的運(yùn)行環(huán)境、技術(shù)參數(shù)和故障記錄入手，分析故障原因，并提出解決方案，提高投影儀的設(shè)備可靠性與設(shè)備可用率，保障了重水堆機(jī)組主控室操縱員對機(jī)組趨勢信息的有效監(jiān)控手段。

1 PDS與故障分析

1.1 PDS

PDS的主要功能即為接受DCC的數(shù)據(jù)，而后將其存儲并進(jìn)行顯示。

1.1.1 PDS的工作流程

PDS的主要工作流程為：

1）由網(wǎng)關(guān)接口服務(wù)器接受DCC的數(shù)據(jù)。

2）將數(shù)據(jù)傳遞至數(shù)據(jù)處理服務(wù)器進(jìn)行儲存及格式處理。

3）由數(shù)據(jù)服務(wù)器將標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)發(fā)送至桌面顯示節(jié)點(diǎn)和投影儀顯示節(jié)點(diǎn)進(jìn)行顯示。其中：

a）PDS服務(wù)器端的主要功能與特點(diǎn)

① 與I/O控制器通訊。

② 支持冗余服務(wù)器與后臺程序。

③ 實時更新的分布式數(shù)據(jù)庫。

④ 為PDS客戶端提供顯示數(shù)據(jù)源及實時報警。

b）PDS客戶端的主要功能與特點(diǎn)

① 繪制人機(jī)顯示界面。

② 處理預(yù)設(shè)點(diǎn)的輸入信號顯示。

③ 處理人機(jī)接口外設(shè)信號。

④ 遵照預(yù)設(shè)規(guī)則顯示報警信息。

圖1是PDS工作流程示意圖。

圖1 PDS工作流程圖Fig.1 PDS Work procedure

1.1.2 PDS的主要設(shè)備

表1為PDS所使用的主要設(shè)備。

表1 PDS主要設(shè)備表Table 1 PDS’s devices table

1.2 故障分析

1.2.1 故障統(tǒng)計

由重水堆機(jī)組歷史參數(shù)數(shù)據(jù)庫，對2012年1月～2015年4月間PDS產(chǎn)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計，如圖2所示。

圖2 2012年1月～2015年4月PDS故障統(tǒng)計Fig.2 PDS Troubles summary from Jan 2012 to Apr 2015

由圖2可明顯看出，系統(tǒng)缺陷主要發(fā)生在工控機(jī)與投影儀，此兩項占據(jù)了PDS缺陷總量的90%。

要降低系統(tǒng)缺陷率，提高設(shè)備可靠性與設(shè)備可用率，則預(yù)防性維修工作開展的重點(diǎn)與要點(diǎn)即應(yīng)為工控機(jī)和投影儀。

1.2.2 工控機(jī)故障分析

PDS的主要數(shù)據(jù)存貯格式為“Database.txt”格式，以其中一段為例：

“183, MAINT STN CPU FAN SPEED, MAINT_CPU_FAN_SPD, AI, DCCMAINT, 29, 0, 10000, 0, 0, 10000, 0, 0, 0, 6000, 5800,1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2, 60, 5, CNST0”。

各個字段所表示的含義見表2。

表2 Database.txt文件的字段含義Table 2 Field meaning of the Database.txt File

由重水堆機(jī)組數(shù)據(jù)庫，對工控機(jī)相關(guān)故障進(jìn)行統(tǒng)計，總結(jié)其主要故障原因為：

1）顯示節(jié)點(diǎn)計算機(jī)系統(tǒng)緩存文件過大，工控機(jī)運(yùn)行效率降低，導(dǎo)致工控機(jī)進(jìn)程終止、工控機(jī)死機(jī)或停止服務(wù)，致使顯示畫面失效。

2）服務(wù)器計算機(jī)系統(tǒng)緩存文件過大，工控機(jī)運(yùn)行效率降低，導(dǎo)致工控機(jī)進(jìn)程終止、工控機(jī)死機(jī)或停止服務(wù)，致使系統(tǒng)功能停運(yùn)。

3）工控機(jī)風(fēng)扇由于積灰過多，導(dǎo)致風(fēng)扇停運(yùn)，部件故障。如風(fēng)扇故障、硬盤故障等，導(dǎo)致工控機(jī)宕機(jī)。

4）工控機(jī)內(nèi)部硬件，如網(wǎng)卡、硬盤等故障，導(dǎo)致工控機(jī)宕機(jī)或喪失部分功能，致使部分服務(wù)失效。

1.2.3 投影儀故障分析

由重水堆機(jī)組數(shù)據(jù)庫，對投影儀相關(guān)故障進(jìn)行統(tǒng)計，總結(jié)其主要故障原因為：

1）投影儀超長時間服役，內(nèi)部部件老化，導(dǎo)致投影儀停運(yùn)。

2）投影儀燈泡超長時間服役，最終燈泡熄滅或者爆炸，導(dǎo)致投影儀停運(yùn)。

2 預(yù)防性維修策略分析

2.1 工控機(jī)的預(yù)防性維修策略分析

1）緩存文件過大導(dǎo)致的故障

根據(jù)對工控機(jī)日志文件與緩存文件的分析，工控機(jī)從進(jìn)入系統(tǒng)工作至出現(xiàn)緩存文件過大報警的最短周期為313 h（約13天）。據(jù)此，應(yīng)每周定期清理緩存文件，保證計算機(jī)的空余運(yùn)行空間與內(nèi)存。

2）積灰導(dǎo)致的故障

工控機(jī)應(yīng)工作環(huán)境要相對潔凈、低粉塵，根據(jù)環(huán)境情況，定期更換風(fēng)扇濾網(wǎng)。

工控機(jī)主要放置在主控室和計算機(jī)房：

主控室的粉塵較大，據(jù)觀察，持續(xù)工作6個月后，工控機(jī)風(fēng)扇濾網(wǎng)可見明顯積灰，程度可致使工控機(jī)冷卻進(jìn)氣口空氣通量明顯減小。

計算機(jī)房進(jìn)氣存在空氣濾網(wǎng)，且工控機(jī)布置于機(jī)柜內(nèi)，機(jī)柜亦存在空氣濾網(wǎng)，持續(xù)工作12個月后，輕微積灰。據(jù)此，對分布于主控室的工控機(jī)每3個月進(jìn)行定期清灰工作。

3）硬件設(shè)備老化導(dǎo)致的故障

根據(jù)該型號工控機(jī)的技術(shù)資料，其平均故障間隔時間（Mean Time Between Failure，以下簡稱MTBF）為50000h（約5.7年）。據(jù)此，應(yīng)每3個大修循環(huán)（約6年），對PDS所有工控機(jī)進(jìn)行整體更換。

2.2 投影儀的預(yù)防性維修策略分析

投影儀所使用的燈泡壽命為2000h，每臺共有2枚燈泡，每24h交替使用，共可維持投影儀工作4000h（166天）。據(jù)此，應(yīng)每5個月對投影儀燈泡進(jìn)行更換，以滿足設(shè)備參數(shù)要求。

1）硬件設(shè)備老化導(dǎo)致的故障

根據(jù)該型號投影儀的技術(shù)資料，其主要部件MTBF值見表3。

表3 該型號投影儀主要部件的MTBF值Table 3 MTBF values table of PDS’s project parts

據(jù)此，應(yīng)每10個月對表2內(nèi)所述部件進(jìn)行定期更換，同時對投影儀整機(jī)進(jìn)行離線整備。

另外，根據(jù)該型號投影儀的技術(shù)資料，在定期進(jìn)行維護(hù)的前提下，其MTBF值為50000h（約5.7年）。由于投影儀超長時間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，MTBF值會較理論值更短。據(jù)此，應(yīng)每5年對投影儀進(jìn)行整體更換。

2）燈泡壽命到期導(dǎo)致的故障

燈泡是投影儀的主要耗材，該投影儀使用的燈泡為特定型號。根據(jù)投影儀的不同工作模式，其壽命有所區(qū)別，具體見表4。

表4 該型號燈泡在投影儀不同工作模式下的壽命Table 4 Life of the bulb in different working modes of the projector

由于主控室操縱員長期直視投影儀畫面，過亮的畫面會加速視覺疲勞，故將投影儀設(shè)置為低亮度，此時選擇“經(jīng)濟(jì)模式”即可在降低亮度的前提下，提高燈泡的使用周期。此時，每枚燈泡的運(yùn)行時間可達(dá)到2000h。每臺投影儀共有2枚燈泡，每24h交替使用，共可維持投影儀工作4000h（約166天）。

據(jù)此，每5個月對投影儀燈泡進(jìn)行定期更換。

同時，為了避免在更換燈泡工作過程中，因操作不當(dāng)對投影儀造成損壞，編制《電站顯示系統(tǒng)投影儀燈泡更換規(guī)程》，該規(guī)程從：“目的”“適用范圍”“定義與縮寫”“參考資料”“先決條件”“注意事項”“人力和物資準(zhǔn)備”“驗收準(zhǔn)則”“程序”“附錄”和“維修記錄”，共11個方面對燈泡的更換工作做出指導(dǎo)，保證更換燈泡工作的規(guī)范進(jìn)行，進(jìn)而確保投影儀不會因維護(hù)工作的進(jìn)行出現(xiàn)故障。

3 預(yù)防性維修方案的制定和實施

3.1 工控機(jī)的預(yù)防性維修的制定和實施

根據(jù)對主要故障的逐一分析，為工控機(jī)制定了以下預(yù)防性維修項目，見表5。

表5 工控機(jī)預(yù)防性維修項目Table 5 Workstation prevent maintenance procedures table

表5中的預(yù)防性維修項目由2015年1月開始時實施，由重水堆機(jī)組數(shù)據(jù)庫，對2012年1月～2020年4月PDS由于工控機(jī)原因造成的故障進(jìn)行統(tǒng)計，如圖3所示。

圖3 2012年1月～2020年4月工控機(jī)故障量統(tǒng)計Fig.3 Workstation troubles summary from Jan 2012 to Apr 2020

根據(jù)圖3可見，自2015年預(yù)防性維修項目實施起，已明顯遏制了因工控機(jī)老化而導(dǎo)致缺陷增加的趨勢，節(jié)點(diǎn)計算機(jī)和服務(wù)器失效有明顯下降。

3.2 投影儀的預(yù)防性維修的制定和實施

根據(jù)對主要故障的逐一分析，為投影儀制定了以下預(yù)防性維修項目，見表6。

表6 投影儀預(yù)防性維修項目Table 6 Project prevent maintenance procedures table

表6中的預(yù)防性維修項目由2016年2月開始時實施，由重水堆機(jī)組數(shù)據(jù)庫，對2012年1月～2020年4月PDS由于投影儀原因產(chǎn)生的故障進(jìn)行統(tǒng)計，如圖4所示。

圖4 2012年1月～2020年4月 投影儀故障量統(tǒng)計Fig.4 Project troubles summary from Jan 2012 to Apr 2020

由圖4可知，自2016年預(yù)防性維修項目實施后，有效地避免了投影儀缺陷的發(fā)生，至今PDS未發(fā)生任何由投影儀本體原因造成的故障。

4 結(jié)束語

本文首先針對PDS的主要故障原因進(jìn)行了分析，找出了主要故障點(diǎn)及其所屬設(shè)備，確定工作重點(diǎn)；而后對故障多發(fā)設(shè)備的固有技術(shù)參數(shù)和實際工作情況進(jìn)行了綜合分析，確定預(yù)防性維修策略；最后實施了預(yù)防性維修方案，并對實施效果進(jìn)行了分析，驗證了預(yù)防性維修策略和預(yù)防性維修項目的準(zhǔn)確性和有效性，切實提高了設(shè)備可靠性與設(shè)備可用率，確保重水堆機(jī)組主控室操縱員的監(jiān)視手段穩(wěn)定可靠。