【正文】 間因果關(guān)系的工具模 型，它從系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障 (頂事件 )出發(fā)，逐步分析其發(fā)生原因，獲得中間原因 (中間事件 )和無需再分的基本原因 (底事件 )，再利用符號 (邏輯門 )將事件間的邏輯關(guān)系表達(dá)為倒樹形結(jié)構(gòu)。并且故障樹這種方法的可靠性相當(dāng)高，本文將會介紹故障樹對系統(tǒng)可靠性的分析，與此同時 電力行業(yè)是國家最重要的支撐，關(guān)系到國家能源安全和國民經(jīng)濟(jì)命脈。 因此，保證電力行業(yè)中各個環(huán)節(jié)安全運(yùn)行是至關(guān)重要 的，故本文討論故障樹法在電力行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用！研究表明，故障樹發(fā)能有效快速的找出設(shè)備故障處，從而迅速解決故障，更進(jìn)一步解決供電問題！ 關(guān)鍵詞： 故障樹 法；電力行業(yè)；應(yīng)用 4 前言 故障樹分析法 (FauhTreeAnalysis， FTA)以故障樹為基礎(chǔ)，分析局部對整體的影響程度，從而找到系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)。它是分析系統(tǒng)故障的一種有效手段。 根據(jù)了解，目前我國水電規(guī)模已經(jīng)穩(wěn)居世界第一， 電力 成為緩解中國地區(qū)能源資源差距的重要途徑 ，水電技術(shù)實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。然而電力設(shè)備的故障發(fā)生率也是相當(dāng)高的，如果系統(tǒng)由于某一零部件的原因出現(xiàn)故障而又未能及時發(fā)現(xiàn)和排除 ,不僅可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞 ,影響任務(wù)的按時完成 ,降低工作效率 ,更嚴(yán)重的將會造成機(jī)毀人亡的重大事故， 這樣的例子屢見不鮮，如將全國電力運(yùn)行事故作一統(tǒng)計，數(shù)字比較觸目，給國民經(jīng)濟(jì)造成了很大損失，給人民生活帶來了實(shí)際困難，因此，細(xì)致認(rèn)真地研究故障樹法，找出電力設(shè)備發(fā)生故障的特性及其原因，有效地提高其工作可靠度及平均無故障時間，預(yù)防電力運(yùn)行發(fā)生故障，對保障電力輸送安全性和穩(wěn)定性具有積極意義。 隨著電力系統(tǒng)容量日益增大，范圍越來越廣，僅設(shè)置系統(tǒng)各元件的繼電保護(hù)裝置，遠(yuǎn)不能防止發(fā)生全電力系統(tǒng)長期大面積停電的嚴(yán)重事故。為此必須從電力系統(tǒng)全局出發(fā)，研究故障元件被相應(yīng)繼電保護(hù)裝置的動作切除后，系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種工況，系統(tǒng)失去穩(wěn)定 時將出現(xiàn)何種特征，如何盡快恢復(fù)其正常運(yùn)行等。系統(tǒng)保護(hù)的任務(wù)就是當(dāng)大電力系統(tǒng)正常運(yùn)行被破壞時，盡可能將其影響范圍限制到最小，負(fù)荷停電時間減到最短。此外，機(jī)、爐、電任一部分的故障均影響電能的安全生產(chǎn)，特別是大機(jī)組和大電力系統(tǒng)的相互影響和協(xié)調(diào)正成為電能安全生產(chǎn)的重大課題。因此，系統(tǒng)的繼電保護(hù)和安全自動裝置的配置方案應(yīng)考慮機(jī)、爐等設(shè)備的承變能力，機(jī)、爐設(shè)備的設(shè)計制造也應(yīng)充分考慮電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)際需要。為了巨型發(fā)電機(jī)組的安全，不僅應(yīng)有完善的繼電保護(hù)，還應(yīng)研究、推廣故障預(yù)測技術(shù) 。 5 一 故障 樹分析法的概論 什么是故障樹圖 故障樹圖 ( 或者負(fù)分析樹 )是一種邏輯因果關(guān)系圖，它根據(jù)元部件狀態(tài) (基本事件 )來顯示系統(tǒng)的狀態(tài) (頂事件 )。就像可靠性框圖 (RBDs)，故障樹圖也是一種圖形化設(shè)計方法，并且作為可靠性框圖的一種可替代的方法。 一個故障樹圖是從上到下逐級建樹并且根據(jù)事件而聯(lián)系，它用圖形化 模型 路徑的方法，使一個系統(tǒng)能導(dǎo)致一個可預(yù)知的，不可預(yù)知的故障事件（失效），路徑的交叉處的事件和狀態(tài)，用標(biāo)準(zhǔn)的邏輯符號 (與，或等等 )表示。在故障樹圖中最基礎(chǔ)的構(gòu)造單元為門和事件，這些事件與在可靠性框圖中 有相同的意義并且門是條件。 故障樹分析法（ Fault Tree Analysis， FTA）由美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的 首先提出，它是一種系統(tǒng)可靠性分析方法。利用故障樹可以尋找潛在故障或進(jìn)行故障診斷，還可以進(jìn)一步預(yù)測系統(tǒng)故障發(fā)生的概率。對系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析與預(yù)測，已廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。它是可靠性工程中的一種重要的分析方法，它是通過對造成產(chǎn)品故障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析，建立故障樹模型，從而確定產(chǎn)品故障的原因的各種可能組合方式和 (或 )其發(fā)生概率的一種分析技術(shù)。 結(jié)構(gòu)函數(shù)和最小割集是故障樹分析時的 2個重要概念，前者表達(dá)事件間的邏輯關(guān)系，后者表征導(dǎo)致頂事件發(fā)生的最少和最必要的底事件的組合。最小割集中的所有底事件都發(fā)生時該最小割集才發(fā)生，而任一最小割集的發(fā)生都會導(dǎo)致頂事件的發(fā)生。故可通過最小割集發(fā)生時間實(shí)現(xiàn)從底事件發(fā)生時間系統(tǒng)故障發(fā)生時間的傳遞，即最小割集的發(fā)生時間由其所包含的最后發(fā)生的底事件決定 。頂事件的發(fā)生時間由最先發(fā)生的最小割集的時間決定 故障樹分析的關(guān)鍵是求解故障樹的最小割集、最小路集、不交化最小割集或不交化最小路集，從而進(jìn)行定性、定量的分析計算。然而 FTA 中求解最小割集、不交化、定量分析等，計算量有時是巨大的，這就是 FTA 的 NP 問題 234，即 /的計算量隨著故障樹規(guī)模的加大而成指數(shù)增長 5故障樹的規(guī)?？梢杂玫资录?shù)目 !和邏輯門數(shù)目 N 來表示）。 6 故障樹分析的目的 故障樹分析的目的主要是幫助判明潛在的故障原因或計算產(chǎn)品發(fā)生故障的概率，以便采取相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計措施，同時，也可用于指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)運(yùn)行和維修方案。 F T A適用于產(chǎn)品的研制、 生產(chǎn)和使用階段。 基于故障樹的知識獲取，故障樹分析法把系統(tǒng)的故障與組成系統(tǒng)的部件的故障有機(jī)地聯(lián)系起來，在對可能造成系統(tǒng)故障的各種因素進(jìn)行分析，找出系統(tǒng)的全部可能的失效狀態(tài) (即故障樹的全部最小割集 )，從而確定各種故障因素的組合方式及傳播途徑。故障樹的頂事件對應(yīng)于專家系統(tǒng)要分析解決的任務(wù)，其底事件對應(yīng)于專家系統(tǒng)的推理結(jié)果，故障樹由頂?shù)降椎膶哟魏瓦壿嬯P(guān)系對應(yīng)于專家系統(tǒng)的推理過程，而最小割集則是故障樹與專家系統(tǒng)診斷知識庫的聯(lián)系紐帶。故障樹的一個最小割集就是系統(tǒng)的一種失效模式，它對應(yīng)于知識庫中的一條規(guī)體地說，最小割集 中的基本事件對應(yīng)于知識庫中規(guī)則的結(jié)論(故障源或故障原因 )，最小割集頂事件到底事件的路徑，對應(yīng)于知識庫中規(guī)則的前提。知識的獲取過程見圖 2以及故障樹與知識庫的建立過程如圖 1 7 二 故障樹分析 (FTA)的方法 (FTA)的方法 故障樹分析 (FTA)目前有定性分析和定量分析兩種方法。 故障樹定性分析 故障樹定性分析的主要目的 :為了找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的原因和原因組合 ,識別導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有故障模式可以用于指導(dǎo)故障診斷和維修方案。找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式 ,即求出故障 樹的所有最小割集。根據(jù)已求出的最小割集 ,即使在基本故障事件的概率規(guī)律及原始數(shù)據(jù)不十分清楚的情況下也能判定系統(tǒng)可靠性最薄弱的環(huán)節(jié)和比較不同系統(tǒng)的可靠性程度在故障樹分析中 ,如果故障樹底某幾個底事件集合同時發(fā)生 ,將引起頂事件的發(fā)生。這個集合就成為割集 ,它是系統(tǒng)的一種故障模式。將導(dǎo)致系統(tǒng)故障發(fā)生最小故障模式的集合稱為最小割集。設(shè)故障樹中有 n 個底事件X1,? ,Xn,C∈ {Xi,? Xl}為某些底事件的集合 ,當(dāng)其中全部底事件都發(fā)生時 ,頂事件才發(fā)生 ,則稱 C為故障樹的一個割集。若 C是一個割集 ,而任意去掉其中一個底事件后就不是割集了 ,這樣的割集稱為最小割集。求最小割集的方法通常有 2 種 :Fussed 法和Semanderes 法。 Fussed 法又稱下行法 ,是根據(jù)故障樹的實(shí)際結(jié)構(gòu) ,從頂事件開始 ,逐漸向下查尋 ,找出割集。 故障樹的規(guī)范化，處理“異或門”、“禁門”、“房形事件”，使最終故障樹僅包含基本事件、結(jié)果事件及“與”、“或”、“非”三種邏輯門的正規(guī)故障樹。 故障樹的簡化和模塊分解，主要是為了減小故障樹規(guī)模，降低工作量。 故障樹最小割集求解，如采用上行法或下行法。 故障樹定量分析 故障樹定量分析在求得全部最小割集后， 如果有足夠的數(shù)據(jù)，能夠?qū)收蠘渲懈鱾€底事件發(fā)生概率作出推斷，則可進(jìn)一步作定量分析。故障樹定量分析的任務(wù)就是要計算或估計頂事件發(fā)生的概率。最小割集的故降概率等于它所包含的各底事件概率的乘積，故障樹頂事件故障概率可以根據(jù)其邏輯關(guān)系式推算出來。故障樹的定量分析方法 [9]為 :一是輸入系統(tǒng)各單元的失效概率求出系統(tǒng)的失效概率 。二是求出各單元的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度。由各單元的失效概率求系統(tǒng)的失效概率方法為 :設(shè)系統(tǒng)有 n個最小割集 ,分別為 E1,E2,? ,En,則系統(tǒng)失效的頂事求系統(tǒng)各單元結(jié)構(gòu)重要件 T的概率 P(T)為 : 8 系統(tǒng)各單元結(jié)構(gòu)重要度計算公式如下： 式中 :Ist(j)為第 j 個單元的結(jié)構(gòu)