基于故障樹的礦用防爆電器故障查詢

王慶海

（江蘇徐州機(jī)電工程高等職業(yè)學(xué)校采礦工程系，江蘇 徐州221011）

故障樹分析法（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）簡(jiǎn)稱FTA，是故障查詢處理常用的方法之一，它采用邏輯的方法，形象地進(jìn)行危險(xiǎn)的分析工作，特點(diǎn)是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強(qiáng)，可以做定性分析，也可以做定量分析，是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中具有較為實(shí)際的意義。

1 故障樹分析法的原理簡(jiǎn)述

故障樹分析法是一種從系統(tǒng)到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統(tǒng)開始，通過由邏輯符號(hào)繪制出的一個(gè)逐漸展開成樹狀的分枝圖，來分析故障事件（又稱頂端事件）發(fā)生的概率。同時(shí)也可以用來分析零件、部件或子系統(tǒng)故障對(duì)系統(tǒng)故障的影響，其中包括人為因素和環(huán)境。它對(duì)系統(tǒng)故障不但可以做定性的而且還可以做定量的分析；不僅可以分析由單一構(gòu)件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個(gè)構(gòu)件不同模式故障而產(chǎn)生的系統(tǒng)故障情況。故障樹分析法的基本結(jié)構(gòu)及組成見圖1。

2 故障樹的建立

1）頂端事件的選取

礦用隔爆電器常見的故障作為頂端事件，用T來表示。

2）假設(shè)主回路電壓正常，真空接觸器主觸頭無接觸不良現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)正常。各疑似故障點(diǎn)（基本事件）相互獨(dú)立。在此條件下，對(duì)礦用隔爆電器常見的不啟動(dòng)故障進(jìn)行分析。

礦用隔爆電器常見的不啟動(dòng)故障主要有兩種可能，一種是機(jī)械故障，一種是電氣故障；所以把機(jī)械故障和電氣故障作為中間事件，分別用M1和M2來表示。為更加清晰地分析礦用電氣設(shè)備故障，本文以QJZ系列礦用隔爆啟動(dòng)器為例進(jìn)行展開。QJZ系列礦用隔爆啟動(dòng)器常見的機(jī)械故障主要有：按鈕機(jī)械卡阻故障、隔離換向開關(guān)卡阻、接觸器觸頭機(jī)械卡阻；電氣故障的疑似點(diǎn)比較多，按工作原理圖各回路模塊來分析，主要有：先導(dǎo)組件故障、綜合保護(hù)器故障、電源故障（此處是指控制變壓器一、二次故障）、本安回路故障、控制與延時(shí)回路故障。把這些故障作為第二級(jí)中間事件，分別用A、B、C、D、E來表示。故障符號(hào)與事件原因如表1所示。

圖1 故障樹分析法的基本結(jié)構(gòu)及組成

表1 符號(hào)與事件對(duì)照

3）建立故障樹

故障樹常用的邏輯符號(hào)如表2所示，根據(jù)啟動(dòng)器不啟動(dòng)故障的因果關(guān)系建立的故障樹如圖2所示。

表2 本故障樹所用邏輯符號(hào)

圖2 啟動(dòng)器不啟動(dòng)故障樹

3 故障樹的分析

3.1 故障樹的定性分析

事件狀態(tài)函數(shù)：

頂事件狀態(tài)：

頂事件的狀態(tài)取決于各基本事件，y＝Φ（X1，X2，…，X18），Φ（X）為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)。

也可用下式表示：

式中：K為最小割集數(shù)。

采用下行法又稱富塞爾（Fussell）算法對(duì)基本事件進(jìn)行最小割集的求解。

簡(jiǎn)化吸收結(jié)果：最小割集為：｛X1｝、｛X2｝、｛X3｝、｛X4｝…｛X18｝，一個(gè)最小割集代表系統(tǒng)的一種故障模式，是引起頂事件T發(fā)生的充分必要條件。

3.2 故障樹的定量分析

設(shè)事件X1、X2、…X18的發(fā)生概率分別為P1、P2、…P18。

（1）當(dāng)X1、X2、…X18為相互獨(dú)立的事件時(shí)，有：

（2）當(dāng)X1、X2、…X18為相容事件時(shí)，有：

要求隔爆磁力起動(dòng)器不啟動(dòng)事件發(fā)生的概率，就是求使的概率，用下面公式進(jìn)行求解：

4 結(jié)語

盡管大多數(shù)礦用防爆電器的面板上都有顯示裝置，在發(fā)生故障時(shí)也具有故障顯示功能，但其只是一個(gè)大范圍的故障顯示，對(duì)具體故障原因無法在元件細(xì)節(jié)上體現(xiàn)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的維修人員來說只能直到一個(gè)縮小維修范圍的作用。用故障樹分析法對(duì)煤礦井下防爆電氣設(shè)備的診斷具有較重要的意義，它能夠較快速地定位故障點(diǎn)，縮短故障排除時(shí)間。

〔1〕朱大奇，于生林.基于故障樹最小割集的故障診斷方法研究〔J〕.數(shù)據(jù)采集與與處理，2000，17（3）：341－344.

〔2〕賈育秦，張志剛，翟大鵬.基于故障樹的數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)研究〔J〕.太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，10（5）：401－404.

〔3〕劉繪珍，張 力，王以群，趙賀永.故障樹中最小割集和最小徑集的改進(jìn)算法〔J〕.工業(yè)安全與環(huán)保，2006，4：58－59.