基于Isograph事故樹分析在自動報警系統(tǒng)中的應用

夏青耐　戴曉江　徐丹

摘要：為了在我國現(xiàn)代電力中更好的應用新技術新工藝，以達到自動化生產與安全管理的目的。以某一大型火力發(fā)電廠為例，在充分認識到電廠火災自動報警系統(tǒng)的基礎上，利用Isograph軟件，建立事故樹和進行事故樹分析，詳細介紹了Isograph軟件基于事故樹分析的過程和方法，分析研究的結果顯示了系統(tǒng)的可靠性和事故樹分析技術在電廠消防安全中所體現(xiàn)的重要價值。

關鍵詞：火災自動報警系統(tǒng)； 事故樹分析； Isograph； 火電廠

中圖分類號：TN964?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2013）02?0168?03

由于近年來，越來越先進的技術特別是在中國電力行業(yè)的保護系統(tǒng)使用，更多、更復雜的內部結構，自動化的程度也越來越高，因此，火災自動報警系統(tǒng)的安全性和可靠性也受到了更多的關注。事故樹分析（FTA）技術，是安全性分析和系統(tǒng)可靠性工程設計的最佳手段【1】。

從20世紀60年代初，事故樹分析技術誕生，特別是在最近幾年的發(fā)展，影響了許多先進國家的工程師和可靠性專家。工程中的理論研究結果已經被非常廣泛的應用，使它成為國際上公認的最為簡單有效的故障診斷分析和可靠性分析方法之一。它可以引導的優(yōu)化系統(tǒng)設計，維修作業(yè)和薄弱環(huán)節(jié)的分析是一個非常強大的工具。Isograph可靠性軟件是隸屬于英國Isograph公司下的軟件產品，廣泛應用于工業(yè)，能源，電子，航空航天，船舶，鐵路，電力，教育，醫(yī)藥等12個大的行業(yè)。事故樹FaultTree+是 Isograph公司的事故樹分析工具，軟件的貢獻為可以快速檢索的定位邏輯門或事件，可以在圖形和數(shù)據進行了動態(tài)管理，進行精確的計算和簡化計算，并提供更多的優(yōu)化功能[2]。

1 事故樹分析技術

事故樹分析的基本程序，往往會因為分析的目的不同、不同的評價對象而不同，但一般可按如圖1進行。

1.1 確定頂事件

創(chuàng)建一個熟悉的系統(tǒng)的事故樹，必須首先要確定頂事件。頂事件可以選擇取決于分析目的而考慮系統(tǒng)的技術性能，經濟，安全和可靠性的重大故障事件。火災自動報警系統(tǒng)的可靠性，安全性分析，將一個更高層次的風險事件作為頂事件，如濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，預作用自動噴水滅火系統(tǒng)，水幕系統(tǒng)和雨淋系統(tǒng)等，這些事件的風險會有一個顯著的影響。

1.2 建立事故樹

首先應該熟悉系統(tǒng)的事故樹明確的建立目標，分析，以確定事故的標準，確定該系統(tǒng)的邊界，不感興趣或事件沒有成熟的原因，可以直接用來作為底事件，而不進行分析。創(chuàng)建事故樹應更全面地了解該系統(tǒng)的功能和結構原則，對事故原因的分析會更準確，事故樹的建立將更加全面[3]。

火災自動報警系統(tǒng)的主要功能如下：火災發(fā)生時，探測器將發(fā)射信號傳輸?shù)綀缶刂破?，通過聲、光信號表現(xiàn)，在控制面板上顯示火災發(fā)生位置，以達到預期報警目的，或手動報警?；馂淖詣訄缶到y(tǒng)的組成如下：

（1）探測器。煙霧探測器，火焰探測器，感溫探測器。

（2）手動報警裝置。手動報警按鈕。

（3）控制報警探測系統(tǒng)。集中報警，區(qū)域報警，控制中心報警。

火災自動報警條件為：探測器探測到火警信號，并且傳輸?shù)綀缶刂破?，此時有聲音的表現(xiàn)和光信號出現(xiàn)，然后控制面板顯示屏顯示火災位置。正常情況下，沒有異常。本文運用Isograph軟件，如圖2所示，建立火災自動報警系統(tǒng)的事故樹，所有的事件均在表1顯示。Isograph可以建立龐大而復雜的事故樹，并有顯示功能和分頁編輯功能。

1.3 定性分析

事故樹的定性分析，首先就是求最小割集。其基本目的是找出所有可能發(fā)生的事故，導致頂事件的出現(xiàn)，因此，幫助確定事故隱患，避免遺漏重要的事故，以幫助指導事故的診斷，進行維修計劃。

求最小割集通常會用下行法或者是上行法，但是利用Isograph軟件可以不簡化事故樹就能直接求得最小割集[4]。圖2中，事故樹的最小割集結果為：X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，因此，可以看出底事件發(fā)生的直接結果，將會導致頂事件的發(fā)生。底事件X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7對頂事件的影響具有同等的重要性。

1.4 定量分析

事故樹的最小割集確定以后，可以使用事故數(shù)據進行定量分析。定量分析的內容為：計算頂事件概率和計算底事件的重要度。

1.4.1 頂事件發(fā)生概率計算

圖2火災自動報警系統(tǒng)

在軟件對話框中，輸入故障率和修復率。如果沒有修復率數(shù)據，就輸入惟一的故障率相關數(shù)據，是系統(tǒng)默認的不可修部件的一部分。底事件的故障率應用到軟件中后可以在定量風險評估的故障頻率的基礎上得到頂事件的故障頻率。

1.4.2 重要度的分析

重要度：故障事件中的一個組件或者是系統(tǒng)的割集的頂事件所發(fā)生概率的影響，是時間的函數(shù)，是組件和系統(tǒng)結構的可靠性參數(shù)。它對于預測和分配系統(tǒng)的可靠性，操作和維護，以及存儲管理的重要程度，起到了指導作用[6]。例如，元件的可靠性參數(shù)的變化，可以引起系統(tǒng)的可靠度變化；按照組件的重要順序來檢查，修理，發(fā)現(xiàn)故障和較大的元件的重要性改善，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

Isograph軟件可以用來計算以下重要度：

（1）Birnbaum重要度（概率重要度）。概率重要度被定義為：從正常情況下到故障發(fā)生的第i個組成部分，系統(tǒng)從正常然后到故障狀態(tài)的概率。它反映的是基本概率事件得變化對系統(tǒng)變化的可能性影響[7]。

（2）福塞爾和維斯利重要性（FV重要度）。福塞爾和維斯利的重要研究發(fā)現(xiàn)：只有在關鍵狀態(tài)下的組件是不夠的，還必須掌握組成部分在非關鍵時刻的重要度。所謂非關鍵狀態(tài)，是指當組件從正常到故障狀態(tài)，頂事件不會發(fā)生，但組件對頂事件發(fā)生的概率有一定的影響的狀態(tài)。

（3）BarlowProschan（BP重要度）。BP重要度，是指組件在過去一段時間里發(fā)生故障對頂事件發(fā)生概率的影響。

1.5 分析結果

從分析結果可以看出，底事件X1（煙霧探測器故障），X2（感溫檢測器故障），X3（火焰探測器故障），X4（手動報警按鈕故障），X5的（區(qū)域報警故障），X6（集中報警故障），X7（控制中心報警故障）對于頂事件的發(fā)生，其影響是非常大的。它可以從圖2顯示出，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7任何一個發(fā)生，會導致頂事件發(fā)生，即火災自動報警系統(tǒng)出現(xiàn)故障。因此，為了避免此類故障的發(fā)生，根據安裝環(huán)境，選擇適當?shù)撵`敏度探測器，在安裝時，應避開風口和風速較大的渠道，定期檢查，清洗和更換探測器視情況而定[8]。檢查機器，故障排除，或按照下面的方法，由一個外部表或診斷程序檢查，以確定故障。損壞后如果及時更換，將不會影響系統(tǒng)的運作。用表檢查絕緣水平，檢查連接器，布線，采用焊接，塑封和其他技術手段。這將會減少頂事件發(fā)生的概率，達到降低風險的最終目的[9]。

2 結 語

本文介紹了使用Isograph建立事故樹和事故樹分析的方法，特別是對軟件的故障率和重要度的計算方法的解釋。使用Isograph軟件進行事故樹分析，可以大大的提高故事樹分析的效率，同時，也提高了事故樹分析的準確性[10]。事故樹分析法簡明，直觀，圖形化和易于理解，是對電廠火災自動報警系統(tǒng)進行安全性、可靠性、部件重要度分析等的有效數(shù)學工具。用事故樹分析危險事件之后，能夠分析出危險事件的風險量化水平，并且提供一個更科學，更準確的評估結果。

參考文獻

[1] [美]KUO W.最優(yōu)可靠性設計：基礎與應用[M].郭進利，閻春寧，譯.北京：科學出版社，2011.

[2] 周正伐.可靠性工程技術問答200例[M].北京：中國宇航出版社，2011.

[3] 曾聲奎.可靠性設計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

[4] [美]PECHT M G.可靠性工程基礎[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[5] 黃本功，戴曉江.火力發(fā)電廠特殊消防系統(tǒng)維護管理探析[J].中國科技縱橫，2012（9）：73?74.

[6] 張長敏.電力生產過程中的人因失誤分析[J].電力安全技術，2010，12（4）：34?36.

[7] 中華人民共和國公安部.GB50116?98火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，1999.

[8] 國防科工委.GJBz768A?98故障樹分析指南[S].北京：國防科工委軍標出版社，1998.

[9] 佚名.FaultTree+ll.2故障樹中文使用手冊[M].北京：北京世紀坐標科技有限公司，2009.

[10] 張麗娜，武彤，劉金安，等.基于Isograph的故障樹分析技術在軌道客車中的應用[J].機車電傳動，2011（6）：38?40.