【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 重要度 。n 為系統(tǒng)全部單元 (底事件 )的個(gè)數(shù) 。nj 為將 j個(gè)單元分別加入 2n1 個(gè)組合中使之從非割集變成割集的組合總數(shù)。 求系統(tǒng)單元的概率重要度計(jì)算公式如下 : 式中 :Ipr(j)為第 j 個(gè)單元的概率重要度 。Q 為系統(tǒng)失效概率 (P(T))。qj 為第 j 個(gè)單元的失效概率。 在數(shù)據(jù)不足時(shí)，可按以下原則進(jìn)行定性比較，首先根據(jù)每個(gè)底事件最小割集所含底事件數(shù)目 (稱為階數(shù) )排序，在各個(gè)底事件發(fā)生概率比較小，其差別相對(duì)地不大的條件下 : (l)階數(shù)越小的最小 割集越重要。 (2)在低階最小剖集中出現(xiàn)的底事件比高階最小割集中的底事件重要。 (3)在同一最小割集階數(shù)的條件下 .在不同最小割集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)越多的底事件越重要 在故障樹(shù)分析中 ,各個(gè)底事件都是兩種狀態(tài) ,一種狀態(tài)是發(fā)生 ,即 Xi=1。一種狀態(tài)是不發(fā)生 ,即 Xi=0。各個(gè)基本事件狀態(tài)的不同組合 ,又構(gòu)成頂事件的不同狀態(tài) ,即Φ (X) =1或Φ (X) =0 結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)定義 [5]如下 : I(i) = (1/2n1)nΦ(i) (1) 式中 :n 為故障樹(shù)的基本事件的總數(shù) 。nΦ (i)表示由于第 i個(gè)基本事件發(fā)生 (即 Xi由 0變?yōu)?1)而使故障樹(shù)的結(jié)構(gòu)函數(shù)由 0變?yōu)?1的次數(shù)。 正確地構(gòu)建故障樹(shù)是分析問(wèn)題的關(guān)鍵 ,在故障樹(shù)構(gòu)建過(guò)程中 ,把系統(tǒng)最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為邏輯分析的目標(biāo) ,在故障樹(shù)中稱為頂事件 ,繼而找出導(dǎo)致這一故障狀態(tài)發(fā)生的所有可能直接原因 ,在故障樹(shù)中稱為中間事件。再跟蹤找出導(dǎo)致這些中間故障事件發(fā)生的所有可能直接原因。直追蹤到引起中間事件發(fā)生的全部部件狀態(tài) ,在故障樹(shù)中稱為底事件。用相應(yīng)的代表符號(hào)及邏輯門(mén)把頂事件、中間事件、底事件連接成樹(shù)形邏輯圖 ,則稱此樹(shù)形邏輯圖為故障樹(shù)。 尋找求解故障樹(shù)最小割集、最小路集、不交化最小割集或不交化最 小路集這四個(gè)參數(shù)的簡(jiǎn)便算法，是簡(jiǎn)化 FTA 的重要環(huán)節(jié)。不同結(jié)構(gòu)的故障樹(shù)，計(jì)算這四個(gè)參數(shù)的復(fù)雜程度和計(jì)算量相差很大。本文在完善最小割集、最小路集、不交化最小割集或不交化最小路集之間相互轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上，采用多種求解方法，對(duì)不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的故障樹(shù)進(jìn)行分析計(jì)算；提出了故障樹(shù)分析過(guò)程所需計(jì)算時(shí)間的測(cè)試方法，從而歸納出對(duì)不同結(jié)構(gòu)故障樹(shù)選用適宜求解方法所遵循的原則。 9 五種故障樹(shù)分析方法。 故障樹(shù)分析所希望得到的結(jié)果是最小割集、不交化最小割集或不交化最小路集，因?yàn)樽钚「罴o出了產(chǎn)生故障的全體模式，而通過(guò)不交化最小割集或 不交化最小路集可以計(jì)算出頂事件的發(fā)生概率、概率重要度和關(guān)鍵重要度等，完成故障樹(shù)的定量分析。因此，以最小割集、不交化最小割集或不交化最小路集作為所求結(jié)果，建立了下面五種故障樹(shù)分析方法。 方法 1：先求出故障樹(shù)的最小割集，進(jìn)行定性分析；再對(duì)最小割集進(jìn)行不交化運(yùn)算，求出不交化最小割集，完成定量分析。 方法 2：先求出最小路集，并對(duì)其進(jìn)行 N 運(yùn)算，得到不交化最小割集，實(shí)現(xiàn)定量分析；再對(duì)不交化最小割集進(jìn)行逆不交化運(yùn)算，得到最小割集，完成定性分析。 方法 3：先對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行早期不交化，得到不交化最小割集，實(shí)現(xiàn)定量分析；定性分析 的算法同方法 !。 方法 4：故障樹(shù)通過(guò)對(duì)偶變化、早期不交化求得原樹(shù)的不交化最小路集，實(shí)現(xiàn)定量分析；再對(duì)不交化最小路集作 D 運(yùn)算，求出最小割集，完成定性分析。 方法 5：故障樹(shù)定量分析的實(shí)現(xiàn)同方法 4 的定量分析；定性分析的算法同方法 1。 三 故障樹(shù)的應(yīng)用 故障樹(shù)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，本文將舉出幾種情況下故障樹(shù)法的應(yīng)用實(shí)例 10 如圖 1所示某武器子系統(tǒng)故障樹(shù)共有 5個(gè)底事件 ,其狀態(tài)組合和頂事件的狀態(tài)見(jiàn)表 1。下面以此故障樹(shù)為例 ,求出各底事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)。 以圖 1所示故障樹(shù)為例 ,它共有 4個(gè)最小 割集 ,即K1={X3,X4},K2={X1,X3},K3={X1,X5},K4= {X2,X4,X5}。按上面所述原則可得各基本事件結(jié)構(gòu)重要度順序?yàn)?:X1= X3 X4=X5X2,與結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)排序一致。當(dāng)由于頂事件的發(fā)生而出現(xiàn)系統(tǒng)故障時(shí) ,我們可按此順序?qū)εc各基本事件所關(guān)聯(lián)的部件進(jìn)行故障檢測(cè) ,可使故障源的一次命中率大大提高 ,提高工作效率。 對(duì)于圖 1 所示的某武器子系統(tǒng)故障樹(shù) ,在文中分別用本文提出的定性分析法、傳統(tǒng)的定量分析法 [3]及引入故障系數(shù)后的定量分析法進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明 ,當(dāng)故障樹(shù)規(guī)模較小時(shí) ,在最小割集層次上 ,傳統(tǒng)的定量分析法與引入故障系數(shù)后的定量分析法的計(jì)算結(jié)果是一致的。但在引入故障系數(shù)后 ,定量分析計(jì)算結(jié)果的精度進(jìn)一步提高 ,這在故障樹(shù)中包含有 2個(gè)或 2個(gè)以上概率重要度非常接近的最小割集時(shí)可以更容易地進(jìn)行故障源判別。 如圖 2 所示 ,從故障現(xiàn)象入手進(jìn)行逆向推理 ,編出相應(yīng)的故障樹(shù) ,以車螺紋故障現(xiàn)象為頂事件。邊界條件是機(jī)床正常工作 ,分析數(shù)控車床的各個(gè)部分只有正常工作和故障狀態(tài) ,各系統(tǒng)故障相互獨(dú)立。采用手工建樹(shù)的方法 ,由頂事件出發(fā) ,一直分解到底事件為止。 圖 2 車削螺紋故障器 11 (1)變壓器故障的綜合評(píng)定 根據(jù) FTA 計(jì)算法，采用上行法或下行法很容易求得變壓器故障樹(shù)的最小割集為 共計(jì) 15 個(gè)，均為一階最小割集。由此可得變壓器發(fā)生故障的概率為 變壓器的可靠度 R(T)與故障概率 P(T)的關(guān)系為 :R(T)=l 一 P(T)，且變壓器平均無(wú)故障工作時(shí)間與變壓器總故障率再成反比 (倒數(shù) )。 由此可得變壓器的可靠度為 12 可得到變壓器的總故障率 : 由此可知，變壓器的平均無(wú)故障工作時(shí)間為： 從圖 3 中可看出變 壓器各部分或部件間存在著故障相互影響和功能相互制約的關(guān)系，據(jù)此建立起故障原因與故障模式間的因果關(guān)系，再根據(jù)異?，F(xiàn)象與試驗(yàn)分析建立的故障現(xiàn)象與故障模式間的映射關(guān)系，就可以構(gòu)成變壓器故障診斷專家系統(tǒng)的較完備的反映“現(xiàn)象一故障模式一原因一現(xiàn)象”間聯(lián)系的關(guān)系知識(shí)，因而，基于故障樹(shù)進(jìn)行分析，為建立變壓器故障診斷專家系統(tǒng)的知識(shí)體系提供了便利，莫定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 由上述可見(jiàn)，我國(guó)電力系統(tǒng)變壓器的可靠度約為 ，平均無(wú)故障工作時(shí)間約為 25年。它與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，差距較大。據(jù)日本有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，其變壓器的平均壽命為 3小35 年。由前文可知，設(shè)法提高變壓器的可靠度和平均無(wú)故障工作時(shí)間年限，即是減小變壓器的故障率，從而減小各分系統(tǒng)的故障率。根據(jù)可靠度分配原則，對(duì)我國(guó)變壓器提出如下建議，即要求變壓器工作可靠度 R(乃從 提高到 。變壓器平均無(wú)故障工作時(shí)間從 25 年提高到 30 年以上 。變壓器各分系統(tǒng)都能連續(xù)工作 年以上。在此條件下，對(duì)變壓器各分系統(tǒng)進(jìn)行可靠度分配。變壓器各分系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表 5 表 5 各分析統(tǒng)原始數(shù)據(jù)表 變壓器各分系統(tǒng)的故障率幾和可靠度 R成 t)采用下式計(jì)算 : 其中 : 為分系統(tǒng)組件數(shù)：： 重要系數(shù)， 為分系統(tǒng)工作時(shí)間。 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 8。 由表 6可統(tǒng)計(jì)出變壓器的總故障率 : 13 于是可得變壓器平均無(wú)故障工作時(shí)間 : 計(jì)算結(jié)果表明 :將變壓器可靠度提高到 以上，平均無(wú)故障工作時(shí)間提高到 30年以上，各分系統(tǒng)的故障率減到最小，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)是可行的。 由上述分析演算可知，大型電力變壓器最易發(fā)生故障的環(huán)節(jié)是線圈絕緣部分，其故障率按臺(tái)計(jì)算為 次臺(tái)年 (指占全部臺(tái)數(shù) )，不計(jì)臺(tái)時(shí)為 次臺(tái)年 (指占總事故臺(tái)數(shù) )。其次是分接開(kāi)關(guān)和鐵芯部分，它們的故障率分別是 次臺(tái)年和 次 /年 (不計(jì)臺(tái) )。 次 /臺(tái)年和 次年 (不計(jì)臺(tái) )。因此，有效地降低三者的故障率尤其是線圈絕緣的故障率，的確是提高變壓器可靠度的關(guān)鍵一環(huán)。 文中方法是按照可靠性決策原則來(lái)建立與設(shè)備運(yùn)行相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，如此通性可以運(yùn)用到預(yù)防性維修中維修周期的確定，在找到最為合理的可靠性指標(biāo)如平均無(wú)故障時(shí)間、可靠度等后，根據(jù)這些可靠性指標(biāo)水平去確定大型電力變壓器的最佳維修周期。 從變壓器事故情況來(lái)看，變壓器抗短路能力不夠已成為電力變壓器事故的首要原因，對(duì)電網(wǎng)造成很大危害，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。變壓器抗短路能力問(wèn)題無(wú)疑要涉及變壓器的設(shè) 計(jì)、材料、制造工藝、試驗(yàn)、驗(yàn)收把關(guān)、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行維護(hù)和管理等諸多方面因素。為此，提高電力變