故障樹分析法在觸電事故分析中的應用

摘 要：風險評價與控制的前提是對系統各類事故危險正確的辨識。觸電事故是電廠中較為常見的事故之一，故障樹分析法簡單明晰，既可以做定性評價也可以做定量評價。本文首先介紹了故障樹分析法的分析原則及其具體的實施步驟。最后應用故障樹分析法對風電場觸電事故進行了分析，結果可以辨識出影響較大的危險因素。

關鍵詞：風險辨識；觸電事故；故障樹分析

中圖分類號：X934 文獻標識碼：A

1 概述

故障樹分析法（FTA）是由貝爾電話研究所的H.A.WaTson于1961～1962年間提出的，并且在以后的核電站概率危險評價（PSA）技術發展中起到了里程碑的作用。自從20世紀70年代初期發展了以計算機為基礎的分析技術以來，故障樹方法得到了廣泛的應用。故障樹分析又稱為事故樹分析，是一種演繹的系統風險分析方法。它是從要分析的特定事故或故障開始層層分析其發生原因，一直分析到不能再分解為止。將特定的事故和各層原因之間的邏輯門符號連接起來，得到形象、簡潔地表達其邏輯關系的邏輯樹圖形，即故障樹。通過對故障樹簡化、計算達到分析、評價的目的。

2 故障樹分析法的分析原則

故障樹分析法的關鍵點是故障樹的建立，其編制過程是一個嚴密的邏輯推理過程，應遵循以下基本原則。

（1）確定頂上事件應優先考慮風險大的事故事件，能否正確選擇頂上事件，直接關系到分析結果，是故障樹分析的關鍵。在系統危險分析的結果中，不希望發生是非常多的，并且每個不希望發生的事件都可以成為頂上事件。此時，對所有不希望的事件存在一個篩選的過程，應當把易于發生且后果嚴重的事件優先作為分析對象，即頂上事件。當然，也可將發生頻率不高但后果雖不太嚴重但發生非常頻繁的事故作為頂上事件。

（2）確定邊界條件的原則。在確定了頂上事件之后，為了不導致故障樹過于繁瑣和龐大，應明確規定被分析系統與其他系統的界面，以及以下必要的合理的假設條件。

（3）循序漸進的原則。故障樹分析是一種演繹的方法，在確定了頂上事件之后，要逐級展開。首先分析導致頂上事件的直接原因，然后無遺漏的列出這一級的邏輯門的全部輸入時間，之后再對這些輸入事件放入發生原因進行分析，以此類推，直至列出導致頂上事件的所有事件為止。

（4）禁止門與門之間直接相連的原則。在編制故障樹時，任何一個邏輯門的輸出都必須有一個結果事件，不允許不經過結果事件而將門與門直接相連。這樣做的目的是為了保證邏輯關系的準確性。

（5）明確事故與事件定義的原則。明確地給出事故與事件發生的定義及其發生的條件是確定事故事件發生原因的前提。所以，在編制故障樹時，對各事故事件必須用簡單明了的語句表達清楚。

故障樹分析法是一種描述事故因果關系的有方向的“樹”，是系統安全工程中的重要分析方法之一。它簡單明了，既可以定性分析，又可以定量分析，體現了以系統工程方法研究安全問題的系統性、準確性和預測性。故障樹分析方法的最大特點是它不僅能分析出事故的直接原因，而且能深入提示事故的潛在原因，因此在工程和設備設計階段，故障樹分析法的應用非常低廣泛。

3 故障分析法的步驟

故障樹分析可以從結果到原因找出與本事故有關的各種因素間因果關系和邏輯關系，將各邏輯關系用不同的邏輯門連接起來后，應用布爾代數邏輯運算法則進行簡化運算和分析，確定各因素對事故影響的大小，從而掌握和制定事故控制的要點。通過定量分析，計算出頂上事件發生的概率。故障樹分析方法能比較詳細地檢查出系統中固有的、潛在的危險因素，為制定安全技術對策措施、管理措施和事故分析提供依據。

故障樹分析方法的基本步驟如下：

（1）確定分析對象系統和要分析的各對象事件（頂上事件）。

（2）確定系統事故發生概率、事故損失的安全目標值。

（3）調查事件原因。調查與事故有關的所有直接原因和各種因素（設備故障、人員失誤和環境不良因素）。

（4）編制故障樹。從頂上事件開始，一級級往下找出所有原因事件，直到最基本的原因事件為止，按其邏輯關系畫出故障樹。

（5）定性分析。按故障數結構進行簡化，求出最小割集和最小徑集，確定各基本事件的結構重要度。

（6）定量分析。找出各基本事件的發生概率，計算出頂上事件的發生概率，求出概率重要度和臨界重要度。

（7）結論。當事故發生概率超過預定目標值時，從最小割集著手研究降低事件發生概率的所有可能方案，利用最小徑集找出消除事故的最佳方案，通過重要度分析確定采取對策措施的重點和先后順序，從而得出分析、評價的結論。

4 故障樹分析法應用示例

T=A1A2

=（B1+X4）A2

=（X1+X2+X3+X4）（X5+X6+X7）

=X1X5+X1X6+X1X7+X2X5+X2X6+X2X7+X3X5+X3X6+X3X7+X4X5+X4X6+X4X7 （1）

以風電場中作業人員觸電事故為例，通過繪制觸電事故故障樹，如圖1所示。求出導致事故發生的基本事件，最終確定其結構重要度，判別哪些基本事件對事故的影響最大。

各基本事件的組合稱為最小割集，式（1）中共有12個最小割集：K1={X1，X5}，K2={X1，X6}，K3={X1，X7}，K4={X2，X5}，K5={X2，X6}，K6={X2，X7}，K7={X3，X5}，K8={X3，X6}，K9={X3，X7}，K10={X4，X5}，K11={X4，X6}，K12={X4，X7}。只要負荷一組割集，就能導致觸電事故即頂上事件的發生。在求取結構重要度時，為每個最小割集都賦予1，其中每個基本事件都平均得到一份，最后進行累積。通過計算得到個基本事件的分值為：X1=X2=X3=X4=1.5，X5=X6=X7 =2。因此系統的結構重要度的關系如式2所示。

由式2可見，基本事件X5、X6、X7的結構重要度大于基本事件X1、X2、X3、X4。在進行風險控制時，應該優先治理X5、X6、X7事件。

結語

觸電事故時風電場中最常見的事故之一，故障樹分析法可以清晰的對風電場觸電事故進行辨識分析。通過繪制故障樹分析圖可以明確各事故因素之間的聯系。應用邏輯代數法可以定量辨識出不同事故因素影響程度。故障樹分析法在風電場風險辨識中具備進一步推廣的前景。

參考文獻

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