故障树 袁博.doc

电力系统可靠性（论文）题 目 故障树分析法 专 业 电力系统 班 级 研1109班 学 生 袁博 指导教师 段建东 2012 年故障树分析法专业：电气工程及其自动化班级：电气065班作者：手签指导教师：手签 职称：职称答辩日期：2006-06-18摘 要摘 要:对于设计人员来说 ,如何在方案论证阶段就直观、 清晰地了解到各种方案中电力系统的可靠性是十分重要的。为解决较复杂的电力系统的安全性和可靠性问题 ,应把系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起。通过实例分析 ,介绍了故障树分析的基本概念、 建模方式、 计算步骤及其在电力系统可靠性研究中的应用。关键词：电力系统;故障树分析;可靠性 Abstract Abstract: To designers, it is of great importance to clearly know the reliability of the electric power system in various designing plans in the plan demonstration stage . To solve the relatively complicated safety and reliability problems in the electric power system, the fault of the system and the fault of its components should be linked organically .Thr ough example analysis, the basic concept, modeling method, calculating steps of fault tree analysis were introduced, as well as its application to study of electric power system reliability .Keywords: electric power system; fault tree analysis ; reliability 第1章 绪论1.1研究背景及意义 目前对电力系统可靠性评估的主要方法是蒙特卡洛模拟法和解析法。蒙特卡洛模拟法属于统计试验方法 ,较为简单直观 ,但求解时间随精度要求提高而急剧增加且针对性不强。解析法的物理概念清楚 ,模型的精度高。但它的计算量随系统规模的增大而呈指数增长。为了解决较为复杂的系统 ,有必要引入故障树分析法。故障树分析( Fault Tree Analysis,简称 FT A)是较为适用于大型复杂系统 (例如应用于核电站、 航天、 导弹、 化工厂等 )安全性与可靠性的常用的有效方法 ,它是以图形的方式表明“ 系统是怎样失效的 ” 。 1.2故障树概述1.2.1故障树概念 故障树分析(FTA)技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。一般来讲，安全系统工程的发展也是以故障树分析为主要标志的。 1974年美国原子能委员会发表了关于核电站危险性评价报告，即“拉姆森报告”，大量、有效地应用了FTA，从而迅速推动了它的发展。1.2.2故障树图故障树图 ( 或者负分析树)是一种逻辑因果关系图，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。1.3故障树中常用符号故障树分析中常用符号见下表第2章 故障树分析法基本步骤2.1引言 故障树分析法把系统最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，把选定的系统故障状态称为顶端事件。然后沿着这样的思路进行分析：首先，分析人员应提出并回答“有哪些直接的原因能造成顶端事件的发生？”然后找出这些因素中每一个因素又是由什么下一级因素引起的？按照这个线索步步深入，一直追溯到那些最原始或其故障机理或分布概率都是已知的、因而不需要继续分析的因素为止。因此，故障树实质上就是事件之间的一张逻辑关系图。这种逻辑关系图是一个以顶事件为根，具有若干干支，一些干支上又有分支类似树木的图形。2.2FTA法的基本实施步骤 FTA法的基本实施步骤包括：选取顶事件、建立故障树、求故障树的最小割集、求系统故障概率。顶事件的选取顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义.（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树。（3）顶事件能定量的度量。2、建立故障树 这是故障树分析中最关键的一步。建立故障树实质上是找出系统故障和导致故障的诸因素之间的逻辑关系，并将这种关系用特定的图形-故障树表示出来。这就要求设计人员、生产现场人员、可靠性工作人员紧密合作。定性评定故障树 所谓定性评定故障树就是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。设给定的故障树T,由所有集合B1，B2，.,Bm组成。，此处Bi基本故障事件的集合。仅当这些基本故障事件同时发生时，顶端事件才会发生，则称Bi为故障树的一个割集。如有这样一个割集，从其中任意移走一个元件后，就不在是割集，则称这个割集为最小割集。从工程上讲，最小割集表征了系统故障的充分和必要条件。我们称最小割集的基本故障数目为该最小割集的阶数。很明显，阶数越小的最小割集对系统故障的影响也越大。下面介绍几种求最小割集的方法：下行法 这种方法的基本思路是从顶事件开始逐级向下，区别不同逻辑关系分别表示。紧接顶事件的若是或门，则把每个输入事件分别列入不同的行；紧接顶事件的若是与门，则把每个输入事件列入同一行。依次从上而下分解，直到不能再分解的基本事件为止。以下图为例，求该故障树的最小割集的步骤如下分析步骤序号最小割集1234P1,2，S1,2,31,2，Z1,2,31,2,4,51,22,31,33,4,5Q3，K3，X3，Y3,4,53,1,2RUVW2,31,31,22,31,31,2步骤1中事件分别列于三行，因而处于顶事件的下面，且是或门。步骤2中紧接P,Q事件都是与门，故分别列于同一行。而R事件下面是或门，故将U,V,W列于不同行，依次往下推演。上行法这种算法由下而上进行，利用集合运算规则进行简化。例 用上行法求上图所示故障树最小割集。解：记表示元件i故障，它是一个事件。故障树最后一级为：往上一级推算得：再往上一级推算得：最后顶事件为：结果与用下行法求的最小割集相同。故障树的定量评定若给定基本故障事件出现的概率，则可以定量的评定故障树顶事件T出现的概率。研究以输电系统，其结构分别如下图所示。元件的发电容量或输电容量以及故障率见下表。用FTA法分析以下不同电力系统结构的系统故障概率。定义供电量少于375兆瓦为系统故障。元件G1G2G3L1L2L3发电容量或输电容量100200300200200200故障概率0.10.080.060.020.020.02 图1 第一种电网结构的系统故障树可求得所有最小割集：化为互不相容的最小割集，再求概率。求得系统故障的准确概率为0.105749。在工程中采用一种近似方法。PT=0.06+0.02+0.02+0.008+0.0016=0.1096分析第二种电网结构，见下图。 图2 第二种电网结构的系统故障树根据图2 的故障树可知，顶事件的发生可由以下诸事件中任一事件发生而出现。采用近似计算分析第三种电网结构，见图3。图3 第三种电网结构系统故障树根据图3故障树可知，顶事件的发生可由以下诸事件中任一事件发生而出现。采用近似计算可得系统故障概率为最后，把上述不同结构的电网可靠性指标汇总列于下表序号系统故障的概率可靠性指标分析10.1096排第一位20.18可靠性最低30.1604排第二位我们把电力系统中元件之间的相互关系及元件的容量和通过能力之间的相互关系统称为电力系统的结构。如果电力系统在正常工况和设备有检修的工况下，不致使发电厂可用容量的利用受到限制，则称其为具有强联系的电力系统。如果电力系统在正常工况和设备有检修的工况下，限制了发电厂可用容量的利用，我们称其为弱联系的电力系统。上表中第二种情况就属于这种情况。电力系统各环节之间联系的强弱可通过建立合理的网络结构来解决。 第三章 结论 将故障树分析法应用于电力系统可靠性分析具有一些较显著的优点 ,它是一种使用图形演绎逻辑推理方法 ,清晰地用图说明了系统的失效原因 ,把系统的故障与组成系统的部件的故障有机地联系在一起 ,可以找出系统全部可能的失效状态 ,也就是故障树的全部最小割集 ,或者称它们是系统的故障谱。故障树本身也是一种形象化的技术资料 ,当它建成以后 ,对不曾参与系统设计的管理、 运行人员也是一种直观的教学和维修指南。 参考文献1 郭永基.电力系统及电力设备的可靠性 J .电力系统自动化, 2001, 9 (10) .2 别朝红,王秀丽,王锡凡. 电力系统可靠性评估的混合法研究 J .中国电力, 2001 (3) .3 宋云亭,郭永基,程林. 电力系统可靠性基本数据的统计分析 J .继电器, 2002, 7 (15) .4 黄祥瑞.可靠性工程 M .北京:清华大学出版社, 1990.5 高社生,张玲霞.可靠性理论与工