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1、3 毕业设计（论文） 题目 基于故障树法在解决电力行业实际问题的应用 学生姓名 学 号 专 业 供用电技术 班 级 指导教师 评阅教师 完成日期 2011年09月18日目录摘要3前言4一 故障树分析法的概论5 1. 1什么是故障树图.51.2故障树分析法的概念51.3结构函数和最小割集51.4故障树分析的关键51.5故障树分析的目的6二 故障树分析(FTA)的方法72.1故障树分析(FTA)的方法72-1.1故障树定性分析72-1.2故障树定量分析72-1.3五种故障树分析方法9三 故障树的应用93.1底事件的结构重要度系数93.2故障树法应用于车削螺纹的检验中103.3故障树法在变压器故障中
2、的应用113.4故障树法在电力系统事故方面的应用133.5变电站通信系统可靠性的分析153.6故障树法在油断路器中的应用183.7用于分析系统安全可靠性193-7.1可靠性、维修性方面193-7.2安全性方面193-7.3测试性方面193-7.4维修方面193-7.5保障性分析20四 故障树法与其他方法的比较204.1事件树分析法204.2故障树分析法20总 结22致 谢23参考文献错误！未定义书签。基于故障树法在解决电力行业实际问题的应用学生：指导教师：（三峡电力职业学院）摘要本文主要是讲述故障树这种分析法在生活各行业当中的应用。论文首先介绍了故障树法比较全面的定义，再将故障树法在生活中解决
3、的实际问题作了较为全面的举例，并就实际作了一些简短的说明。随着电网规模的逐渐扩大，电力网及其线路的结构也越来越复杂，线路的安全、可靠运行对电力系统有着极其重要的意义。电力系统的安全运行得到越来越多人们的重视。首先我们要了解故障树的定义：故障树是表现一个系统各种故障间逻辑关系的有力工具，它反映系统故障间因果关系的工具模型，它从系统最不希望发生的故障(顶事件)出发，逐步分析其发生原因，获得中间原因(中间事件)和无需再分的基本原因(底事件)，再利用符号(逻辑门)将事件间的逻辑关系表达为倒树形结构。并且故障树这种方法的可靠性相当高，本文将会介绍故障树对系统可靠性的分析，与此同时电力行业是国家最重要的支
4、撑，关系到国家能源安全和国民经济命脉。因此，保证电力行业中各个环节安全运行是至关重要的，故本文讨论故障树法在电力行业当中的应用！研究表明，故障树发能有效快速的找出设备故障处，从而迅速解决故障，更进一步解决供电问题！关键词：故障树法；电力行业；应用前言故障树分析法(FauhTreeAnalysis，FTA)以故障树为基础，分析局部对整体的影响程度，从而找到系统中薄弱环节。它是分析系统故障的一种有效手段。根据了解，目前我国水电规模已经稳居世界第一，电力成为缓解中国地区能源资源差距的重要途径，水电技术实际上已经达到国际先进水平。然而电力设备的故障发生率也是相当高的，如果系统由于某一零部件的原因出现故
5、障而又未能及时发现和排除,不仅可能导致设备的损坏,影响任务的按时完成,降低工作效率,更严重的将会造成机毁人亡的重大事故，这样的例子屡见不鲜，如将全国电力运行事故作一统计，数字比较触目，给国民经济造成了很大损失，给人民生活带来了实际困难，因此，细致认真地研究故障树法，找出电力设备发生故障的特性及其原因，有效地提高其工作可靠度及平均无故障时间，预防电力运行发生故障，对保障电力输送安全性和稳定性具有积极意义。随着电力系统容量日益增大，范围越来越广，仅设置系统各元件的继电保护装置，远不能防止发生全电力系统长期大面积停电的严重事故。为此必须从电力系统全局出发，研究故障元件被相应继电保护装置的动作切除后，
6、系统将呈现何种工况，系统失去稳定时将出现何种特征，如何尽快恢复其正常运行等。系统保护的任务就是当大电力系统正常运行被破坏时，尽可能将其影响范围限制到最小，负荷停电时间减到最短。此外，机、炉、电任一部分的故障均影响电能的安全生产，特别是大机组和大电力系统的相互影响和协调正成为电能安全生产的重大课题。因此，系统的继电保护和安全自动装置的配置方案应考虑机、炉等设备的承变能力，机、炉设备的设计制造也应充分考虑电力系统安全经济运行的实际需要。为了巨型发电机组的安全，不仅应有完善的继电保护，还应研究、推广故障预测技术。一 故障树分析法的概论1.1 什么是故障树图故障树图 ( 或者负分析树)是一种逻辑因果关
7、系图，它根据元部件状态(基本事件)来显示系统的状态(顶事件)。就像可靠性框图(RBDs)，故障树图也是一种图形化设计方法，并且作为可靠性框图的一种可替代的方法。一个故障树图是从上到下逐级建树并且根据事件而联系，它用图形化模型路径的方法，使一个系统能导致一个可预知的，不可预知的故障事件（失效），路径的交叉处的事件和状态，用标准的逻辑符号(与，或等等)表示。在故障树图中最基础的构造单元为门和事件，这些事件与在可靠性框图中有相同的意义并且门是条件。1.2故障树分析法的概念故障树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）由美国贝尔电话实验室的H.A.Walson首先提出，它是一种系统可靠
8、性分析方法。利用故障树可以寻找潜在故障或进行故障诊断，还可以进一步预测系统故障发生的概率。对系统进行可靠性分析与预测，已广泛应用于工程实践。它是可靠性工程中的一种重要的分析方法，它是通过对造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，建立故障树模型，从而确定产品故障的原因的各种可能组合方式和(或)其发生概率的一种分析技术。1.3结构函数和最小割集 结构函数和最小割集是故障树分析时的2个重要概念，前者表达事件间的逻辑关系，后者表征导致顶事件发生的最少和最必要的底事件的组合。最小割集中的所有底事件都发生时该最小割集才发生，而任一最小割集的发生都会导致顶事件的发生。故可通过最小割集发生时间实现从
9、底事件发生时间系统故障发生时间的传递，即最小割集的发生时间由其所包含的最后发生的底事件决定;顶事件的发生时间由最先发生的最小割集的时间决定1.4故障树分析的关键故障树分析的关键是求解故障树的最小割集、最小路集、不交化最小割集或不交化最小路集，从而进行定性、定量的分析计算。然而FTA中求解最小割集、不交化、定量分析等，计算量有时是巨大的，这就是FTA的NP问题234，即#/的计算量随着故障树规模的加大而成指数增长5故障树的规模可以用底事件数目!和逻辑门数目N来表示）。1.5故障树分析的目的故障树分析的目的主要是帮助判明潜在的故障原因或计算产品发生故障的概率，以便采取相应的改进设计措施，同时，也可
10、用于指导故障诊断、改进运行和维修方案。F T A适用于产品的研制、生产和使用阶段。基于故障树的知识获取，故障树分析法把系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系起来，在对可能造成系统故障的各种因素进行分析，找出系统的全部可能的失效状态(即故障树的全部最小割集)，从而确定各种故障因素的组合方式及传播途径。故障树的顶事件对应于专家系统要分析解决的任务，其底事件对应于专家系统的推理结果，故障树由顶到底的层次和逻辑关系对应于专家系统的推理过程，而最小割集则是故障树与专家系统诊断知识库的联系纽带。故障树的一个最小割集就是系统的一种失效模式，它对应于知识库中的一条规体地说，最小割集中的基本事件对应于知识库
11、中规则的结论(故障源或故障原因)，最小割集顶事件到底事件的路径，对应于知识库中规则的前提。知识的获取过程见图2以及故障树与知识库的建立过程如图1 二 故障树分析(FTA)的方法2.1故障树分析(FTA)的方法故障树分析(FTA)目前有定性分析和定量分析两种方法。2-1.1故障树定性分析故障树定性分析的主要目的:为了找出导致顶事件发生的原因和原因组合,识别导致顶事件发生的所有故障模式可以用于指导故障诊断和维修方案。找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式,即求出故障树的所有最小割集。根据已求出的最小割集,即使在基本故障事件的概率规律及原始数据不十分清楚的情况下也能判定系统可靠性最薄弱的环节和比较不
12、同系统的可靠性程度在故障树分析中,如果故障树底某几个底事件集合同时发生,将引起顶事件的发生。这个集合就成为割集,它是系统的一种故障模式。将导致系统故障发生最小故障模式的集合称为最小割集。设故障树中有n个底事件X1,Xn,CXi,Xl为某些底事件的集合,当其中全部底事件都发生时,顶事件才发生,则称C为故障树的一个割集。若C是一个割集,而任意去掉其中一个底事件后就不是割集了,这样的割集称为最小割集。求最小割集的方法通常有2种:Fussed法和Semanderes法。Fussed法又称下行法,是根据故障树的实际结构,从顶事件开始,逐渐向下查寻,找出割集。故障树的规范化，处理“异或门”、“禁门”、“房
13、形事件”，使最终故障树仅包含基本事件、结果事件及“与”、“或”、“非”三种逻辑门的正规故障树。故障树的简化和模块分解，主要是为了减小故障树规模，降低工作量。故障树最小割集求解，如采用上行法或下行法。2-1.2故障树定量分析 故障树定量分析在求得全部最小割集后，如果有足够的数据，能够对故障树中各个底事件发生概率作出推断，则可进一步作定量分析。故障树定量分析的任务就是要计算或估计顶事件发生的概率。最小割集的故降概率等于它所包含的各底事件概率的乘积，故障树顶事件故障概率可以根据其逻辑关系式推算出来。故障树的定量分析方法9为:一是输入系统各单元的失效概率求出系统的失效概率;二是求出各单元的结构重要度、
14、概率重要度。由各单元的失效概率求系统的失效概率方法为:设系统有n个最小割集,分别为E1,E2,En,则系统失效的顶事求系统各单元结构重要件T的概率P(T)为: 系统各单元结构重要度计算公式如下：式中:Ist(j)为第j个单元的结构重要度;n为系统全部单元(底事件)的个数;nj为将j个单元分别加入2n-1个组合中使之从非割集变成割集的组合总数。求系统单元的概率重要度计算公式如下:式中:Ipr(j)为第j个单元的概率重要度;Q为系统失效概率(P(T);qj为第j个单元的失效概率。在数据不足时，可按以下原则进行定性比较，首先根据每个底事件最小割集所含底事件数目(称为阶数)排序，在各个底事件发生概率比较小，其差别相对地不大的条件下:(l)阶数越小的最小割集越重要。(2)在低阶最小剖集中出现的底事件比高阶最小割集中的底事件重要。(3)在同一最小割集阶数的条件下.在不同最小割集中重复出现的次数越多的底事件越重要在故障树分析中,各个底事件都是两种状态,一种状态是发生,即Xi=1;一种状态是不发生,即Xi=0。各个基本事件状态的不同组合,又构成顶事件的不同状态,即(X) =1或(X) =0结构重要度系数定义5如下:I(i) = (1/2n-1)n(i) (1)式中:n为故障树的基本事件的总数;n(i)表示由于第i个基本事件发生(即Xi由0变为1)而使故障树的结构函数由0变
