故障樹分析法在水電站機組檢修轉子吊裝中的安全分析與應用

王科

(映秀灣水力發電總廠，四川都江堰 611830)

1 概述

在水電站機組檢修過程中，轉子吊裝事故發生的可能性較低，但事故后果非常嚴重，往往伴隨著機毀人亡，是不可接受的重大風險。筆者采用故障樹分析法，找出了轉子吊裝作業起重傷害事故發生的基本原因，提出了防止事故發生的人員控制和其他安全對策措施，從而為水電站轉子吊裝工序工藝安全設計標準化和科學化提供依據。

鑒于水電站機組檢修轉子吊裝作業通常使用單臺橋式起重機或雙臺橋式起重機，因轉子吊裝工序工藝需求，目前還不能夠完全杜絕作業人員進入吊物危險區，主要有以下兩種情況:

(1)轉子吊出或吊入機坑過程中，因轉子與定子之間的間隙偏小，為防止定子和轉子發生意外擦傷或碰撞，作業配合人員一般分布于定子四周，每人雙手懸吊5～10 mm 厚的木條并將其伸入轉子與定子的空氣間隙內上下左右移動。若木條不能自由移動時立即告之起重指揮人員及時糾偏，以防止轉子與定子直接接觸而損壞絕緣層。

(2)轉子吊出或吊入安裝間存放坑時，待轉子懸吊一定高度停穩后，起吊作業配合人員需搬運固定轉子的伸縮式支撐墩、懸轉轉子校對螺栓孔等，均需短暫時間進入吊裝危險區。

2 故障樹分析

故障樹分析法是從結果到原因找出與該事故有關的各種因素之間的因果關系和邏輯關系的分析方法，這種方法是把系統可能發生的事故放在圖的最上面，按系統構成要素之間的關系，分析與事故有關的原因，直到找到基本原因為止。將圖1中各種因果關系用不同的邏輯門聯接起來，然后應用布爾邏輯運算法則進行簡化運算和分析。通過定性分析，確定各種因素對事故影響的大小，從而可以掌握和制定事故的控制要點;通過定量分析，則能計算出頂上事件發生的概率。故障樹分析得出的結論可為實現系統安全目標提供依據。

通過橋式起重機起重傷害故障樹分析，達到了以下目的:

(1)識別了導致該類事故發生的基本事件(基本的設備故障)與人為失誤的組合;

(2)對導致災害事故發生的各種因素及邏輯關系做出全面、簡潔和形象的描述;

(3)便于查明該類事故系統內固有的或潛在的各種危險因素，為設計、施工和管理提供科學依據;

(4)使有關人員、作業人員全面了解和掌握各項防災要點;

(5)便于進行邏輯運算，進行定性、定量分析和系統評價。

2.1 橋式起重機起重傷害故障樹分析

(1)構建橋式起重機起重傷害故障樹圖(圖1)。

(2)求最小割集。

圖1 橋式起重機起重傷害故障樹圖

最小割集表明系統的危險性。每個最小割集都是頂上事件發生的一種可能渠道，最小割集的數目越多，系統越危險。

根據故障樹最小割集最多個數判別方法，可以判定該故障樹最小割集最多為18個，表征系統危險度較高。

(3)求最小徑集。

最小徑集表示系統的安全性，也就是頂上事件不發生所需的最低限度的徑集。最小徑集的求法是利用它與最小割集的對偶性，做出與故障樹對偶的成功樹(圖2)。

圖2 橋式起重機起重傷害成功樹圖

利用布爾代數化簡法求成功樹的最小割集:

得3個最小徑集，分別為:

最小徑集最多為3個。對最小徑集表示的故障樹等效圖進行分析得知，只要控制一個最小徑集不發生，頂上事件就不發生，故可以選擇控制事故的最佳方案，對少事件最小徑集加以控制較為有利，即控制X12(人躲閃不及)。

(4)結構重要度分析。

結構重要度分析是從故障樹結構上分析各基本事件的重要程度。即在不考慮各種基本事件的發生概率或者說假定各種基本事件的發生概率都相等的情況下，分析各種基本事件的發生對頂上事件的發生所產生的影響程度，這是一種定性的重要度分析。結構重要度分析可以采用以下兩種方法。一種是利用最小割集或最小徑集判斷重要度;一種是求結構重要系數。在此，筆者推薦采用最小割集或最小徑集判斷重要度。

根據結構重要度判別原則可知，X12是單個基本事件最小徑集中的事件，其結構重要度最大;其次為X10和X11，為兩個基本事件最小徑集中的事件，結構重要度次之;而X1～X9是9個基本事件組成的最小徑集的事件，其結構重要度最小。結構重要度排序如下:

(5)結論。

該故障樹有18個最小割集，3個最小徑集，說明發生事故的可能有18種途徑，因此是較為危險的。首先，只要X12(人躲閃不及)這個基本事件不發生，就可以保障無擠、壓、碰撞傷害事故的發生;其次，只要因吊物作業進行時，X10(危險區有人)和X11(有人經過危險區)兩個基本事件不發生，亦可保障不發生擠、壓、碰撞傷害事故。

2.2 人員控制措施

故障樹分析結論說明，為了防止起重傷害事故的發生，必須控制人的行為。因此，必須注意以下幾點。

2.2.1 作業人員分配合理

從事吊運工作的配合人員，在重物起吊前應迅速脫離起吊作業危險區，并密切注意吊物經過的危險區內是否有偶然的不安全因素出現，發現不安全因素時應及時發出警告，盡量減少作業人員暴露于危險環境的頻次。

2.2.2 作業人員進入吊裝危險區的時機選擇

(1)轉子從發電機機坑吊入安裝間存放坑。

在轉子吊出、轉子磁極下阻尼環露出定子線棒上端部時，定子線棒周圍的作業配合人員應全部撤離吊裝危險區;當轉子平移到安裝間、大軸法蘭基本在存放坑中部位置時，將轉子垂直下放到一定高度停穩后，起吊作業配合人員迅速搬運伸縮式支撐墩并將其均布在轉子剎車環下，上升鎖定并預留間隙1～2 cm 后，派兩人進入轉子存放坑內，其他配合人員旋轉懸吊著的轉子校對螺栓孔并做好其它設備保護措施。

(2)轉子從安裝間存放坑吊入發電機機坑。

2人進入轉子存放坑內，解除固定螺母，待轉子垂直起升到一定高度停穩后，起吊作業配合人員上升伸縮式支撐墩鎖定并撤離，轉子存放坑內的2人在清理法蘭面后迅速撤離，并由該2人搬移轉子吊運路線上的支撐墩，其他人員禁止進入吊運危險區;將轉子平移到定子線棒上方并垂直下移，當轉子磁極下阻尼環與定子線棒上端部基本平行時停穩，起吊作業配合人員迅速分布于定子四周每人雙手懸吊5～10 mm 厚的木條并將其伸入轉子與定子的空氣間隙內上下左右移動，轉子緩慢下移并糾偏，直到轉子垂直下移吊裝到位。

2.3 其他安全對策

(1)起重量在30 t 及以上的橋式起重機，對其起升機構的每一套獨立驅動裝置應設兩套制動器，且每一套制動器均具有能單獨支持額定起重量的制動能力。

(2)檢修單位應按照《橋式起重機電氣部分檢修技術規程》和《橋式起重機檢修技術規程》在每年機組大修前開展行車例行檢修，確保設備完好。

(3)轉子起吊前，檢修單位應組織檢查橋式起重機并在其合格后方能進行轉子吊運作業，填寫“橋式起重機吊運重要部件檢查表”，將責任落實到人。

(4)起吊轉子至一定高度后，起落三次，檢查橋式起重機起升機構動作是否可靠。

3 結語

筆者采用故障樹分析方法，找出了轉子吊裝作業起重傷害事故發生的原因，提出了防止事故發生的多重預防措施并在實際中應用，效果良好，值得推廣。