西門子EEA—22電站系統(tǒng)可靠性分析研究

尹文剛

摘 要 本文主要通過對EEA-22船舶電站自動控制系統(tǒng)的發(fā)電機控制系統(tǒng)SGA-23，以及柴油機自動控制系統(tǒng)SDA-22采用可靠性計數(shù)法進行可靠性預測，用科學的數(shù)據(jù)給出系統(tǒng)的可靠度及失效率預算，最后確定出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞 船舶電站 可靠性 計數(shù)法 失效率

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A

0引言

船舶電站自動控制系統(tǒng)長期在高溫、濕熱和振動等不利環(huán)境下工作，故障率遠遠高于陸地電力系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)生故障時，如果不能及時排除，將直接影響船舶的安全航行。確保船舶電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行是船舶運營的一項最基本任務。因此需要快速精準地對船舶電站自動化系統(tǒng)進行故障排查?？梢?，開展對船舶電站自動化系統(tǒng)可靠性方面的研究，特別是通過可靠性預計，找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，確定系統(tǒng)設計過程中的漏洞，從而具體問題具體分析并采取相應的措施，將有助于提高船舶電站自動控制系統(tǒng)的可靠性。

1船舶電站系統(tǒng)

1.1船舶電站的組成

作為船舶電力系統(tǒng)的核心，船舶電站按其結(jié)構(gòu)可分為三大主要功能板塊，分別是：原動機、發(fā)電機組和配電板，為全船的所有電氣設備輸送高效、連續(xù)地、高品質(zhì)的電能。主發(fā)電機組是船舶的主電源，應急發(fā)電機和蓄電池只作為應急電源，配置其的主要目的是提高船舶整體的安全性，一旦當主發(fā)電機出現(xiàn)故障，應急電源能及時地為船舶重要的設備供電，保證船員生命以及船舶的安全。

1.2西門子EEA-22電站系統(tǒng)

西門子生產(chǎn)的EEA-22船舶電站自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)設備精良、功能齊全、可靠性高，是比較理想的電站自動化設備。EEA-22系統(tǒng)的主要功能包括：允許三次自動起動；手動/自動起停柴油機組；自動預調(diào)頻及自動并網(wǎng)運行；自動調(diào)頻調(diào)載等。SGA-23發(fā)電機自動控制裝置廣泛地應用于船舶電站的自動控制，該系統(tǒng)的組成主要以數(shù)字電路為主，該系統(tǒng)全部采用插入式組件，各套配置相同，對應組件可以互換，這與半導體全繼電器式發(fā)電機自動控制系統(tǒng)有很大的不同，系統(tǒng)在給維護和保養(yǎng)工作帶來方便的同時，也極大地提高了系統(tǒng)的可靠性水平。

2系統(tǒng)可靠性建模

2.1可靠性建模概述

可靠性模型包含兩項內(nèi)容：一是繪制可靠性方框圖或網(wǎng)絡圖；二是建立相應的可靠性數(shù)學模型。

可靠性方框圖是用簡明扼要的直觀方法表明各功能單元間的可靠性邏輯關(guān)系。其中方框代表功能單元，方框間的連線不代表任何功能單元，產(chǎn)品間的導線、連接器應作為功能單元放入方框內(nèi)。

可靠性數(shù)學模型是計算產(chǎn)品可靠性的概率表達式?？煽啃詳?shù)學模型建立的方法有：普通概率法、布爾真值表法、狀態(tài)圖示法、最小路集法、最小割集法、蒙特卡羅模擬法等。

2.2可靠性預計方法

進行可靠性預計時，以往的工程經(jīng)驗、故障數(shù)據(jù)、當前的技術(shù)水平、以及零件、元器件的故障率都是可供參照的依據(jù)?？煽啃灶A計的方法有許多種，產(chǎn)品在不同的研制階段，由于掌握的資料、數(shù)據(jù)的詳盡程度不同、預計的目的不同，所采用的方法也不同。對電氣設備進行可靠性預計時，需要考慮電氣設備可靠性的特點。

3西門子EEA-22電站系統(tǒng)可靠性預計

3.1發(fā)電機SGA-23可靠性預計及薄弱環(huán)節(jié)確定

基于前面所述元件計數(shù)法的特點，本文運用元件計數(shù)法來對EEA-22船舶電站自動控制系統(tǒng)中的SGA-23發(fā)電機自動控制系統(tǒng)進行可靠性預計。該方法預計的基礎是系統(tǒng)中所以元器件的失效率，對給定的設備而言，式中： 為總設備的失效率；Ni為第i種通用元器件的數(shù)量； q為第i種通用元器件的質(zhì)量系數(shù)； G為第i種通用元器件的通用失效率；n為不同的元器件種類數(shù)。

3.2柴油機SDA-22可靠性預計及薄弱環(huán)節(jié)確定

由于柴油機自動控制系統(tǒng)SDA-22有10個組件，系統(tǒng)復雜而且涉及到的元器件數(shù)量巨大，因此仍采用元件計數(shù)法對柴油機自動控制系統(tǒng)SDA-22的可靠性進行預計。我們對一個系統(tǒng)所能做出的最簡單和最保守的假定就是，單個部件的失效將導致整個系統(tǒng)的失效，列出所有元件及其失效概率的估值，再將這些估值相加，其和便是系統(tǒng)失效概率的上限。

4西門子EEA-22電站系統(tǒng)可靠性結(jié)論與分析

通過對系統(tǒng)的分析與計算，得到了失效率較高的單元，那么對于這些薄弱單元，元件在備件的數(shù)量上以及事先維修和維護方面，應給予特別充分的準備和重視。從系統(tǒng)總體角度看，在所有單元電路中，可變電阻、繼電器等元件由于自身失效率較高，因此對組件的失效率影響較大，要想提高整個系統(tǒng)的可靠性，首要的就是提高這些元件的可靠性，而它們的固有可靠性在相同的環(huán)境等的因素下基本是保持不變的。所以，要提高可靠性，除了要改善使用環(huán)境外，還要適當增加備件。

5結(jié)論

船舶電站是船舶的重要組成設備之一，它是控制電能分配的核心，其安全可靠運行對于保障船員人身安全以及船舶安全運行起著越來越重要的作用，隨著船舶自動化水平的不斷提高，對于機艙操作人員的技術(shù)水平要求越發(fā)嚴格，為了將危險系數(shù)降低，減少事故的發(fā)生率，并保證經(jīng)濟效益，對于研究船舶電站的可靠性水平是十分必要的。

參考文獻

[1] 金碧輝.系統(tǒng)可靠性工程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010（6）.

[2] 吳志良，潘渝伯.船舶柴油機自動控制系統(tǒng)SDA-22原理及可靠性分析[J].航海技術(shù)，2012，7（3）：42-44.

[3] 馬明偉.船舶動力發(fā)展的方向——綜合電力系統(tǒng)[J].海軍工程大學學報，2012，14（12）：53-59.