劉君發(fā)，胡文皖，胡鵬

（福建寧德核電有限公司，福建福鼎，355200）

0 引言

某核電廠分散控制系統(tǒng)(簡稱DCS)根據(jù)設(shè)計安全等級不同劃分為NC級（非安全級）及1E級（安全級），盡管二者可以各自獨立的與其對應安全等級設(shè)備進行聯(lián)動，但共用了同一人機交互平臺，因此不可避免的要進行數(shù)據(jù)交互[1]。

根據(jù)交互數(shù)據(jù)類型的不同，在NC/1E側(cè)分別配置有三對網(wǎng)關(guān)，依次命名為L1a網(wǎng)關(guān)、L1b網(wǎng)關(guān)、L2網(wǎng)關(guān)。三種網(wǎng)關(guān)根據(jù)交互數(shù)據(jù)類型的不同軟件配置上存在細微差異。從設(shè)備運行可靠性角度考慮，設(shè)計上對每一種網(wǎng)關(guān)都是冗余配置的。網(wǎng)關(guān)冗余配置的類型為主從冗余，即一臺工作為主機、一臺工作為從機，主從機均分別從對側(cè)網(wǎng)關(guān)接收數(shù)據(jù)但僅由主機向人機界面?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)。主從機間通過專用網(wǎng)絡“R網(wǎng)”彼此進行數(shù)據(jù)讀取、傳輸，以識別主從狀態(tài)及網(wǎng)關(guān)運行情況。當主機發(fā)生故障時，從機自動升為主機來執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能。因此，“R網(wǎng)”運行狀況的好壞直接決定了主從冗余網(wǎng)關(guān)互為備用狀態(tài)的穩(wěn)定性。

本文將結(jié)合某核電廠實例對主從冗余網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障的模式進行分析，并給出貼近生產(chǎn)現(xiàn)場的維修策略。

1 主從冗余網(wǎng)關(guān)故障實例

■1.1 故障現(xiàn)象

2020年9月25日07:02:52，主控制室觸發(fā)1KCS006KA2（報警名稱），至8:33:30恢復，1KCS006KA2持續(xù)1.5小時，期間全日志（記錄所有事件信息的列表）伴隨有“61號非安全級網(wǎng)關(guān)（L1b網(wǎng)關(guān)）R網(wǎng)故障”（閃發(fā)1s/次，共計4次）。全日志信息如圖1所示。

圖1 9月25日1KCS006KA2報警觸發(fā)全日志

同樣故障現(xiàn)象，分別在9月25日11時、9月26日11時、9月26日22時、9月27日6時出現(xiàn)，區(qū)別僅在于1KCS006KA2持續(xù)時間不同。

■1.2 故障分析

1.2.1 1KCS006KA2報警觸發(fā)原因

1KCS006KA2為B列KCS機柜綜合故障報警，故障點需結(jié)合全志日比對就地機柜進行定位，最終定位為1E側(cè)L1b-GWP-B（安全級側(cè)B列網(wǎng)關(guān)）故障報警。

讀取1E側(cè)網(wǎng)關(guān)日志，如圖2所示。

圖2 9月25日1KCS006KA2報警觸發(fā)KCS網(wǎng)關(guān)日志

日志記錄了07:02:50，1E側(cè)L1b-GWP-B網(wǎng)關(guān)接受到NC側(cè)送去的“L1bgwpb NC-GWP-RecvstatusFailuer”即“NC側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障”信息，1E網(wǎng)關(guān)再通過通訊反饋到NC側(cè)觸發(fā)報警。

因此，1E側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)收到NC側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障信息是1KCS006KA2觸發(fā)的原因。

1.2.2 1E側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)收到NC側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障原因

1KCS006KA2觸發(fā)期間，全日志閃發(fā)4次“61號非安全級網(wǎng)關(guān)R網(wǎng)故障”，除此之外未記錄到NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)A/B機相關(guān)任何故障信息。

查詢趨勢（如圖3所示），發(fā)現(xiàn)在1KCS006KA2觸發(fā)期間，NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)計數(shù)器（一種網(wǎng)關(guān)自加運算程序）計算速率明顯降低，且NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)A/B機CPU負荷均有一定程度的降低。

圖3 9月25日1KCS006KA2報警期間計數(shù)器及CPU負荷趨勢

根據(jù)網(wǎng)關(guān)設(shè)計原理，主從冗余網(wǎng)關(guān)設(shè)計有用于監(jiān)視彼此狀態(tài)的網(wǎng)絡—即“R網(wǎng)”。NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)A/B機通過“R網(wǎng)”實時傳送“數(shù)據(jù)包”用于彼此狀態(tài)監(jiān)視，當“R網(wǎng)”出現(xiàn)故障但未徹底斷開時，冗余主從機間數(shù)據(jù)交互會存在丟包現(xiàn)象。當“數(shù)據(jù)包”丟包率達到預設(shè)閾值時將在全日志報出“61號非安全級網(wǎng)關(guān)R網(wǎng)故障”，同時將由從機發(fā)送“NC側(cè)L1b-從機網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障”數(shù)據(jù)包至1E側(cè)網(wǎng)關(guān)，告知對側(cè)本機存在故障。

冗余主從機間數(shù)據(jù)交互丟包到達閾值時將觸發(fā)“冗余超時”故障，設(shè)計機制會將網(wǎng)關(guān)運算周期自動降速，由原來的50ms降至500ms，表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是網(wǎng)關(guān)計數(shù)器計算速率降低、網(wǎng)關(guān)CPU利用率降低帶來的負荷下降。

因此，NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障是導致1E側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)收到NC側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障的原因。

匯總?cè)罩炯?E網(wǎng)關(guān)日志，形成1KCS006KA2報警時序流如表1所示。

表1 9月25日1KCS006KA2報警時序流

L 1 b g w p b時間更新成功(L 1 b g w p b T i m e-C h a n g e-F a i l e d r e c o v e r e d)8:3 3:3 0 K C S 0 0 6 K A 2報警恢復（K C S L 1 b g w p b A l a r m）

不難發(fā)現(xiàn)時序流中存在兩個異常信息：

(1)1KCS006KA2報警是持續(xù)性的，而“61號非安全級網(wǎng)關(guān)R網(wǎng)故障”是閃發(fā)的；

(2)7:45:20，1E網(wǎng)關(guān)日志顯示1E側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)已收到NC側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障的復位信息，但1KCS006KA2報警的恢復確發(fā)生在8:33:30。

這是因為，“R網(wǎng)故障”出現(xiàn)后立即發(fā)送信息給1E側(cè)網(wǎng)關(guān)，進而觸發(fā)1KCS006KA2報警。而從“R網(wǎng)故障”到全日志記錄到“R網(wǎng)故障”是需要經(jīng)過濾波時間，如“R網(wǎng)故障”觸發(fā)時間小于濾波時間則全日志不會記錄到“R網(wǎng)故障”，只有觸發(fā)時間大于濾波時間的“R網(wǎng)故障”才會記錄進全日志。

1E側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)收到“NC側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障”導致的報警恢復條件：一是要“NC側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)狀態(tài)故障”復位，二是要1E側(cè)網(wǎng)關(guān)“時間更新成功”。1E側(cè)網(wǎng)關(guān)更新時間的機理是每個整點的第33分30秒向NC側(cè)網(wǎng)關(guān)比對并更新時間。由于NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障導致在7:33:30 1E側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)更新時間失敗，需要等到下一個整點的第33分30秒即8:33:30才能再次觸發(fā)時間比對并更新，1E側(cè)L1b-B網(wǎng)關(guān)再次向NC側(cè)網(wǎng)關(guān)比對并更新時間，此時NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障已恢復，時間更新成功進而1KCS006KA2報警復位。

上述兩條看似異常的信息，實際與“R網(wǎng)”故障及1E網(wǎng)關(guān)報警復位機理相符。

1.2.3 NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障原因

NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”用于主從冗余網(wǎng)關(guān)監(jiān)視彼此狀態(tài)，由主從冗余網(wǎng)關(guān)的“R網(wǎng)”網(wǎng)卡、網(wǎng)線、光電裝換卡、光纖、光纖分配單元組成。

結(jié)合全日志信息、KIC趨勢信息及1E側(cè)網(wǎng)關(guān)日志信息，可以定位到1KCS006KA2報警觸發(fā)原因是NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障。但由于“R網(wǎng)”故障時間遠短于報警實際觸發(fā)時間且“R網(wǎng)”故障為閃發(fā)式，很難定位到“R網(wǎng)”具體故障點，因此采用故障樹模型對所有可能故障點進行分析并制定對應檢修策略[2]，故障樹模型如圖4所示。

圖4 NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障樹模型

■1.3 分析結(jié)論

綜合以上分析，1KCS006KA2報警觸發(fā)原因為NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障，涉及四項可能故障點，依次為：

(1)光纖公/母頭進灰、臟污導致衰減率異常；

(2)L1b-B機R網(wǎng)網(wǎng)卡故障；

(3)L1b-A機R網(wǎng)網(wǎng)卡故障；

(4)光電轉(zhuǎn)換卡故障。

■1.4 故障處理

根據(jù)NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障樹分析結(jié)論，制定了三步走維修策略：

第一步：檢查光纖公/母頭有無臟污，對比測試光纖回路清潔前后衰減率，定位或排除光纖異常故障原因；

第二步：更換L1b-B機及本側(cè)光電轉(zhuǎn)換卡；

第三步：更換L1b-A機及本側(cè)光電轉(zhuǎn)換卡。

考慮到運行對機組控制的安全性及穩(wěn)定性要求，合并執(zhí)行第一步、第二步，執(zhí)行后觀察，如再次出現(xiàn)NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障則執(zhí)行第三步維修策略。

檢修策略執(zhí)行：

檢查光纖公/母頭，未發(fā)現(xiàn)有明顯臟污情況；使用衰減率測試儀對比光纖清潔前后指標，無明顯差異，可排除“光纖臟污”原因。

更換L1b-B機及本側(cè)光電轉(zhuǎn)換卡，未再次閃發(fā)NC側(cè)L1b網(wǎng)關(guān)“R網(wǎng)”故障。

單獨對更換下的光電轉(zhuǎn)換卡拷機，未發(fā)現(xiàn)異常；單獨對更換下的L1b-B機拷機，R網(wǎng)偶現(xiàn)丟包情況，因此故障點定位為L1b-B主機故障。

2 結(jié)束語

主從冗余網(wǎng)關(guān)廣泛應用于核電站DCS系統(tǒng)，而“R網(wǎng)”作為主從監(jiān)測機制落地的載體，其重要性不言而喻。由于“R網(wǎng)”鏈路涉及環(huán)節(jié)眾多，且故障模式多種多樣，因此定位閃發(fā)故障的困難度是較高的?；诤穗娬緦\行安全性、穩(wěn)定性的要求，結(jié)合故障樹模型的分析方式，可快速恢復設(shè)備運行可靠性，通過技術(shù)手段對脫離系統(tǒng)連接的離線設(shè)備進行技術(shù)檢測最終定位故障點也不失為良策。