重水堆核電站顯示系統預防性維修淺析

張勁峰，陸乾杰，吳海燕，錢 銳

（中核核電運行管理有限公司 維修五處，浙江 嘉興 314300）

0 引言

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

每臺重水堆機組主控室配備2臺投影儀，每臺投影儀內含有2枚燈泡。由于機組需要，2臺投影儀需要“24h×365”連續運行，且至少保證一臺投影儀可用，設備可靠性與設備可用率要求較高。

由于超長時間的連續運行，近年來投影儀故障時有發生，多次出現過單臺，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，國內暫無可參考的措施與維護手段。本文從投影儀的運行環境、技術參數和故障記錄入手，分析故障原因，并提出解決方案，提高投影儀的設備可靠性與設備可用率，保障了重水堆機組主控室操縱員對機組趨勢信息的有效監控手段。

1 PDS與故障分析

1.1 PDS

PDS的主要功能即為接受DCC的數據，而后將其存儲并進行顯示。

1.1.1 PDS的工作流程

PDS的主要工作流程為：

1）由網關接口服務器接受DCC的數據。

2）將數據傳遞至數據處理服務器進行儲存及格式處理。

3）由數據服務器將標準格式數據發送至桌面顯示節點和投影儀顯示節點進行顯示。其中：

a）PDS服務器端的主要功能與特點

① 與I/O控制器通訊。

② 支持冗余服務器與后臺程序。

③ 實時更新的分布式數據庫。

④ 為PDS客戶端提供顯示數據源及實時報警。

b）PDS客戶端的主要功能與特點

① 繪制人機顯示界面。

② 處理預設點的輸入信號顯示。

③ 處理人機接口外設信號。

④ 遵照預設規則顯示報警信息。

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的主要設備

表1為PDS所使用的主要設備。

表1 PDS主要設備表Table 1 PDS’s devices table

1.2 故障分析

1.2.1 故障統計

由重水堆機組歷史參數數據庫，對2012年1月～2015年4月間PDS產生的故障進行統計，如圖2所示。

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

由圖2可明顯看出，系統缺陷主要發生在工控機與投影儀，此兩項占據了PDS缺陷總量的90%。

要降低系統缺陷率，提高設備可靠性與設備可用率，則預防性維修工作開展的重點與要點即應為工控機和投影儀。

1.2.2 工控機故障分析

PDS的主要數據存貯格式為“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

由重水堆機組數據庫，對工控機相關故障進行統計，總結其主要故障原因為：

1）顯示節點計算機系統緩存文件過大，工控機運行效率降低，導致工控機進程終止、工控機死機或停止服務，致使顯示畫面失效。

2）服務器計算機系統緩存文件過大，工控機運行效率降低，導致工控機進程終止、工控機死機或停止服務，致使系統功能停運。

3）工控機風扇由于積灰過多，導致風扇停運，部件故障。如風扇故障、硬盤故障等，導致工控機宕機。

4）工控機內部硬件，如網卡、硬盤等故障，導致工控機宕機或喪失部分功能，致使部分服務失效。

1.2.3 投影儀故障分析

由重水堆機組數據庫，對投影儀相關故障進行統計，總結其主要故障原因為：

1）投影儀超長時間服役，內部部件老化，導致投影儀停運。

2）投影儀燈泡超長時間服役，最終燈泡熄滅或者爆炸，導致投影儀停運。

2 預防性維修策略分析

2.1 工控機的預防性維修策略分析

1）緩存文件過大導致的故障

根據對工控機日志文件與緩存文件的分析，工控機從進入系統工作至出現緩存文件過大報警的最短周期為313 h（約13天）。據此，應每周定期清理緩存文件，保證計算機的空余運行空間與內存。

2）積灰導致的故障

工控機應工作環境要相對潔凈、低粉塵，根據環境情況，定期更換風扇濾網。

工控機主要放置在主控室和計算機房：

主控室的粉塵較大，據觀察，持續工作6個月后，工控機風扇濾網可見明顯積灰，程度可致使工控機冷卻進氣口空氣通量明顯減小。

計算機房進氣存在空氣濾網，且工控機布置于機柜內，機柜亦存在空氣濾網，持續工作12個月后，輕微積灰。據此，對分布于主控室的工控機每3個月進行定期清灰工作。

3）硬件設備老化導致的故障

根據該型號工控機的技術資料，其平均故障間隔時間（Mean Time Between Failure，以下簡稱MTBF）為50000h（約5.7年）。據此，應每3個大修循環（約6年），對PDS所有工控機進行整體更換。

2.2 投影儀的預防性維修策略分析

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）。據此，應每5個月對投影儀燈泡進行更換，以滿足設備參數要求。

1）硬件設備老化導致的故障

根據該型號投影儀的技術資料，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

據此，應每10個月對表2內所述部件進行定期更換，同時對投影儀整機進行離線整備。

另外，根據該型號投影儀的技術資料，在定期進行維護的前提下，其MTBF值為50000h（約5.7年）。由于投影儀超長時間連續運轉，MTBF值會較理論值更短。據此，應每5年對投影儀進行整體更換。

2）燈泡壽命到期導致的故障

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。根據投影儀的不同工作模式，其壽命有所區別，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，故將投影儀設置為低亮度，此時選擇“經濟模式”即可在降低亮度的前提下，提高燈泡的使用周期。此時，每枚燈泡的運行時間可達到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）。

據此，每5個月對投影儀燈泡進行定期更換。

同時，為了避免在更換燈泡工作過程中，因操作不當對投影儀造成損壞，編制《電站顯示系統投影儀燈泡更換規程》，該規程從：“目的”“適用范圍”“定義與縮寫”“參考資料”“先決條件”“注意事項”“人力和物資準備”“驗收準則”“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，保證更換燈泡工作的規范進行，進而確保投影儀不會因維護工作的進行出現故障。

3 預防性維修方案的制定和實施

3.1 工控機的預防性維修的制定和實施

根據對主要故障的逐一分析，為工控機制定了以下預防性維修項目，見表5。

表5 工控機預防性維修項目Table 5 Workstation prevent maintenance procedures table

表5中的預防性維修項目由2015年1月開始時實施，由重水堆機組數據庫，對2012年1月～2020年4月PDS由于工控機原因造成的故障進行統計，如圖3所示。

圖3 2012年1月～2020年4月工控機故障量統計Fig.3 Workstation troubles summary from Jan 2012 to Apr 2020

根據圖3可見，自2015年預防性維修項目實施起，已明顯遏制了因工控機老化而導致缺陷增加的趨勢，節點計算機和服務器失效有明顯下降。

3.2 投影儀的預防性維修的制定和實施

根據對主要故障的逐一分析，為投影儀制定了以下預防性維修項目，見表6。

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

表6中的預防性維修項目由2016年2月開始時實施，由重水堆機組數據庫，對2012年1月～2020年4月PDS由于投影儀原因產生的故障進行統計，如圖4所示。

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

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

4 結束語

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