基于故障樹的故障診斷

1、 故障樹分析法故障樹分析法 最小割集的求法最小割集的求法 基于故障樹的電力系統(tǒng)失電故障診斷基于故障樹的電力系統(tǒng)失電故障診斷 故障樹故障樹 故障樹故障樹也稱為事故樹，是一種描述事故因也稱為事故樹，是一種描述事故因 果關(guān)系的有方向的果關(guān)系的有方向的“樹樹”，是安全系統(tǒng)的重要，是安全系統(tǒng)的重要 分析方法之一，它能對(duì)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行分析方法之一，它能對(duì)各種系統(tǒng)的危險(xiǎn)性進(jìn)行 識(shí)別評(píng)價(jià)，既適用于定性分析，又能進(jìn)行定量識(shí)別評(píng)價(jià)，既適用于定性分析，又能進(jìn)行定量 分析分析。 故障樹分析故障樹分析法法 故障樹分析法（FTA）又叫因果樹分法它是 目前國(guó)際上公認(rèn)的一種簡(jiǎn)單、有效的可靠性分 析和故障診斷方法，是指導(dǎo)

2、系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)、 薄弱環(huán)節(jié)分析和運(yùn)行維修的有力工具。 故障樹分析法首先要在一定環(huán)境與工作條件 下，找到一個(gè)系統(tǒng)最不希望發(fā)生的事件最不希望發(fā)生的事件，通常 以人們所關(guān)心的影響人員、裝備使用安全和任 務(wù)完成的系統(tǒng)故障為分析目標(biāo)，再按照系統(tǒng)的 組成、結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系，由上而下，逐層分析 導(dǎo)致該系統(tǒng)故障發(fā)生的所有直接原因，并用一 個(gè)邏輯門邏輯門的形式將這些故障和相應(yīng)的原因事件 連接起來，建立分析系統(tǒng)的故障樹模型故障樹模型，從而， 形象地表達(dá)出系統(tǒng)各功能單元故障和系統(tǒng)故障形象地表達(dá)出系統(tǒng)各功能單元故障和系統(tǒng)故障 之間的內(nèi)在邏輯因果之間的內(nèi)在邏輯因果關(guān)系關(guān)系。 從概率上說，要最快確定系統(tǒng)故障原 因，可通過求

3、解各功能單元的關(guān)鍵關(guān)鍵重要重要 度度或者平均故障檢測(cè)時(shí)間平均故障檢測(cè)時(shí)間加以排序來實(shí) 現(xiàn) 關(guān)鍵重要度關(guān)鍵重要度：?jiǎn)卧氖Ц怕首兓仕?引起的系統(tǒng)失效概率的變化率，其定義 表達(dá)式為： (t)0 (t)(t)( )(t) (t)lim (t)(t)( )(t) i cr ii i Q ii gQg tQ I QgQ tg 式中： 為頂事件的發(fā)生概率，即系統(tǒng)的不可 靠度； 為單元的失效概率，則 為當(dāng)且僅當(dāng)單 元失效時(shí)系統(tǒng)失效的概率； 為單元觸發(fā)系統(tǒng) 失效的概率，其值越大，說明由單元觸發(fā)系統(tǒng)失 效的可能性就越大。因而，一旦系統(tǒng)發(fā)生了故障， 應(yīng)首先考慮是由關(guān)鍵重要度最大的單元觸發(fā)了這 次故障，對(duì)該單元

4、作快速修復(fù)或更換，就可使系 統(tǒng)恢復(fù)正常工作 平均故障檢測(cè)時(shí)間平均故障檢測(cè)時(shí)間MTTDMTTD： 11 kk iijijij jj MTTDMTTD ( )g t ( ) i Q t )( )( tQ tg i )( )()( tQ tQtg i i 從單位故障檢測(cè)時(shí)間診斷效果看，此 時(shí)若依照關(guān)鍵重要度排序的順序表，首 先檢查關(guān)鍵重要度略大的單元，平均單 位檢測(cè)時(shí)間內(nèi)確定故障的概率就會(huì)較低， 單位時(shí)間花費(fèi)診斷效果就差因而，當(dāng) 單元相差較大時(shí)，仍用關(guān)鍵重要度確定 故障排除的先后順序是不合適的 而故障判明效時(shí)比故障判明效時(shí)比：關(guān)鍵重要度關(guān)鍵重要度與平均故障檢平均故障檢 測(cè)時(shí)間測(cè)時(shí)間的比值 按從大到小

5、的順序來確定故障診斷先后次序 以最小的時(shí)間代價(jià)換取最佳診斷效果所以這是最小的時(shí)間代價(jià)換取最佳診斷效果所以這是 最優(yōu)的方案。最優(yōu)的方案。 (t)(t) crcr iii RIMTTD 如果同一時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)僅有單個(gè)故障發(fā)生時(shí)， 采用以上方法進(jìn)行故障診斷即可。若某一時(shí) 間系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生多重故障時(shí)，則需將多重故 障當(dāng)作一個(gè)整體來處理。方法是把多重故障 事件作為一棵新故障樹的頂事件，將所包含 的各單故障的故障樹作為子樹，并聯(lián)到這個(gè) 頂事件下方，建立一個(gè)新的故障樹模型，并 對(duì)其采取與單故障相同的方法處理即可。 事實(shí)上，當(dāng)多重故障同時(shí)發(fā)生時(shí)，需要首 先考慮是由共同誘因?qū)е碌模捶从吃诠收?樹模型中是由共同最小割

6、集最小割集引的。 以左圖為例介紹：以左圖為例介紹： 1 1行列法行列法 2 2結(jié)構(gòu)法結(jié)構(gòu)法 3 3布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法 我們看到，頂上事件T與中間事件A1、A2是用 “或門”連接的，所以，應(yīng)當(dāng)成列擺開，即 A1、A2與下一層事件B1、B2、X1、X2、X4的連 結(jié)均為“與門”，所以成行排列： 以此類推： 即 ： 1.1.行列法行列法 下面對(duì)這四組集合用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)， 根據(jù)AAA，則X1X1X1，X4X4X4， 即 又根據(jù)AABA，則X1X2X1X2X3 X1X2，即 得到三個(gè)最小割集X1，X2， X4，X5， X4，X6。 事故樹等效圖 2.2.結(jié)構(gòu)法結(jié)構(gòu)法 理論根據(jù)是：事故樹的結(jié)構(gòu)完

7、全可以用最小割集 來表示。 A1A2X1B1X2X4B2 X1(X1X3)X2X4(CX6) X1X2X1X3X2X4(X4X5X6) X1X2X1X2X3X4X4X5X4X6 X1X2X1X2X3X4X5X4X6 X X1 1XX2 2X X4 4XX5 5X X4 4XX6 6 這樣，得到的三個(gè)最小割集 X1，X2、X4，X5、X4， X6完全與上例用行列法得到的結(jié)果一致。 3.3.布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法 這種方法的理論依據(jù)是：上述結(jié)構(gòu)法完全和布 爾代數(shù)化簡(jiǎn)事故樹法相似，所不同的只是“” 與“+”的問題。 總的來說，三種求法都可應(yīng)用，而以第三種算 法最為簡(jiǎn)單，較為普遍采用。 1.1.

8、熟悉系統(tǒng)：熟悉系統(tǒng)：要詳細(xì)了解系統(tǒng)狀態(tài)及各種參數(shù)，繪出工 藝流程圖或布置圖。 2.2.調(diào)查事故調(diào)查事故：收集事故案例，進(jìn)行事故統(tǒng)計(jì)，設(shè)想給定 系統(tǒng)可能發(fā)生的事故。 3 3. .確定頂上事件確定頂上事件：要分析的對(duì)象即為頂上事件。對(duì)所調(diào) 查的事故進(jìn)行全面分析，從中找出后果嚴(yán)重且較易發(fā)生 的事故作為頂上事件。 4.4.確定目標(biāo)值確定目標(biāo)值：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和事故案例，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析 后，求解事故發(fā)生的概率(頻率)，以此作為要控制的事 故目標(biāo)值。 三、基于故障樹的電力系統(tǒng)失電故障診斷三、基于故障樹的電力系統(tǒng)失電故障診斷 5.5.調(diào)查原因事件調(diào)查原因事件：調(diào)查與事故有關(guān)的所有原因事件和 各種因素。 6 6.

9、.畫出故障樹：畫出故障樹：從頂上事件起，逐級(jí)找出直接原因的 事件，直至所要分析的深度，按其邏輯關(guān)系，畫出故 障樹。 7 7. .分析分析：按故障樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，確定各基本事件的 結(jié)構(gòu)重要度。 故障診斷故障診斷流程流程 設(shè)某船在工作100小時(shí)后突然發(fā)生電力 系統(tǒng)失電故障，現(xiàn)要在最短時(shí)間內(nèi)排 除故障，試確定故障診斷程序 根據(jù)該船的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系以及 故障診斷的流程，建立如圖2所示的故 障樹模型。 現(xiàn)求得系統(tǒng)的共有14個(gè)，分別為：主配電板故 障，電力分電箱故障，應(yīng)急電源蓄電池組故 障，電源開關(guān)故障，80 A整流器故障，應(yīng)急電 源蓄電池組故障，電源開關(guān)故障，充放電板故障)， 應(yīng)急電源蓄電池組故障，

10、電源開關(guān)故障，手搖泵 故障，燃油泵故障，應(yīng)急電源蓄電池組故障， 電源開關(guān)故障，滑油泵故障，應(yīng)急電源蓄電池 組故障，電源開關(guān)故障，海水泵故障，應(yīng)急電 源蓄電池組故障，電源開關(guān)故障，淡水泵故障， 應(yīng)急電源蓄電池組故障，電源開關(guān)故障，熱交換 器故障，應(yīng)急電源蓄電池組故障，電源開關(guān)故 障，膨脹水箱故障，應(yīng)急電源蓄電池組故障， 電源開關(guān)故障，輔機(jī)蓄電池組故障，應(yīng)急電源 蓄電池組故障，電源開關(guān)故障，柴油機(jī)故障， 應(yīng)急電源蓄電池組故障，電源開關(guān)故障，發(fā)電機(jī) 故障，應(yīng)急電源蓄電池組故障，電源開關(guān)故障， 變壓器故障。 若已知各底事件的故障 數(shù)據(jù)MTBFi/h(平均故障間 隔時(shí)間)及MTTDi/h（平均 故障檢測(cè)時(shí)間），求得 相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。按 R(t)由大到小排序，確 定該船故障診斷的最優(yōu) 順序?yàn)椋褐髋潆姲逡浑?力分電箱一電源轉(zhuǎn)換開 關(guān)一應(yīng)急電源蓄電池組 一發(fā)電機(jī)一柴油機(jī)一膨 脹水箱一輔機(jī)蓄電池組 一充放電板一淡水泵一 海水泵一滑油泵一變壓 器一熱交換器一80A整流 器一手搖泵一燃油泵。 采用基于故障樹的故障診斷方法進(jìn)行系統(tǒng)故障診 斷時(shí)，根據(jù)底事件發(fā)生概率，可確定系統(tǒng)各故障模式 的發(fā)生概率；對(duì)故障模式發(fā)生概率排序，可確定各故 障模式對(duì)系統(tǒng)故障的影響大??；對(duì)最小割集發(fā)生概率 排序，可確定各故障模式