基于故障樹的礦用防爆電器故障查詢

王慶海

（江蘇徐州機電工程高等職業學校采礦工程系，江蘇 徐州221011）

故障樹分析法（Fault Tree Analysis，FTA）簡稱FTA，是故障查詢處理常用的方法之一，它采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析，是安全系統工程的主要分析方法之一，在現場應用中具有較為實際的意義。

1 故障樹分析法的原理簡述

故障樹分析法是一種從系統到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它從系統開始，通過由邏輯符號繪制出的一個逐漸展開成樹狀的分枝圖，來分析故障事件（又稱頂端事件）發生的概率。同時也可以用來分析零件、部件或子系統故障對系統故障的影響，其中包括人為因素和環境。它對系統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件所引起的系統故障，而且也可以分析多個構件不同模式故障而產生的系統故障情況。故障樹分析法的基本結構及組成見圖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）假設主回路電壓正常，真空接觸器主觸頭無接觸不良現象，電動機正常。各疑似故障點（基本事件）相互獨立。在此條件下，對礦用隔爆電器常見的不啟動故障進行分析。

礦用隔爆電器常見的不啟動故障主要有兩種可能，一種是機械故障，一種是電氣故障；所以把機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備故障，本文以QJZ系列礦用隔爆啟動器為例進行展開。QJZ系列礦用隔爆啟動器常見的機械故障主要有：按鈕機械卡阻故障、隔離換向開關卡阻、接觸器觸頭機械卡阻；電氣故障的疑似點比較多，按工作原理圖各回路模塊來分析，主要有：先導組件故障、綜合保護器故障、電源故障（此處是指控制變壓器一、二次故障）、本安回路故障、控制與延時回路故障。把這些故障作為第二級中間事件，分別用A、B、C、D、E來表示。故障符號與事件原因如表1所示。

圖1 故障樹分析法的基本結構及組成

表1 符號與事件對照

3）建立故障樹

故障樹常用的邏輯符號如表2所示，根據啟動器不啟動故障的因果關系建立的故障樹如圖2所示。

表2 本故障樹所用邏輯符號

圖2 啟動器不啟動故障樹

3 故障樹的分析

3.1 故障樹的定性分析

事件狀態函數：

頂事件狀態：

頂事件的狀態取決于各基本事件，y＝Φ（X1，X2，…，X18），Φ（X）為系統的結構函數。

也可用下式表示：

式中：K為最小割集數。

采用下行法又稱富塞爾（Fussell）算法對基本事件進行最小割集的求解。

簡化吸收結果：最小割集為：｛X1｝、｛X2｝、｛X3｝、｛X4｝…｛X18｝，一個最小割集代表系統的一種故障模式，是引起頂事件T發生的充分必要條件。

3.2 故障樹的定量分析

設事件X1、X2、…X18的發生概率分別為P1、P2、…P18。

（1）當X1、X2、…X18為相互獨立的事件時，有：

（2）當X1、X2、…X18為相容事件時，有：

要求隔爆磁力起動器不啟動事件發生的概率，就是求使的概率，用下面公式進行求解：

4 結語

盡管大多數礦用防爆電器的面板上都有顯示裝置，在發生故障時也具有故障顯示功能，但其只是一個大范圍的故障顯示，對具體故障原因無法在元件細節上體現。對現場的維修人員來說只能直到一個縮小維修范圍的作用。用故障樹分析法對煤礦井下防爆電氣設備的診斷具有較重要的意義，它能夠較快速地定位故障點，縮短故障排除時間。

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