船舶電氣事故的故障樹分析研究

孫新博 高大為 王啟強(qiáng) 孫曉宇

摘要：海運(yùn)領(lǐng)域正在隨著全球化的發(fā)展不斷壯大，而且作為國(guó)際貿(mào)易中應(yīng)用最為廣泛的貨運(yùn)形式，其安全性受到了全球的重點(diǎn)關(guān)注，安全與否也關(guān)系到了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，船舶電氣事故成為海運(yùn)需要考慮的重點(diǎn)問題之一。本文旨在通過分析研究故障樹分析理論，找到有效解決船舶電氣事故的方法。

關(guān)鍵詞：海運(yùn)；船舶電氣事故；故障樹分析理論；技術(shù)

1故障樹分析

所謂的故障樹分析法，是指將最不希望發(fā)生的事件作為頂事件，可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的事件作為中間事件或者底事件，事件之間通過邏輯門進(jìn)行連接的一種倒樹狀的安全可靠的邏輯圖分析技術(shù)。其中的中間事件不僅是輸入事件，還可以是其它事件的輸出事件，囊括了系統(tǒng)中的各類信息傳遞關(guān)系。其理論基礎(chǔ)就是描述可能會(huì)引發(fā)船舶電氣系統(tǒng)故障的各種原因事件和相互聯(lián)系的樹狀邏輯關(guān)系圖。使用這種分析方法時(shí)，首先需要建立一個(gè)故障樹模型，再確定各個(gè)環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中存在的邏輯關(guān)系，確定薄弱點(diǎn)，最后升級(jí)改造系統(tǒng)，提高系統(tǒng)整體的可用性。這種分析方法對(duì)故障的發(fā)生程度和原因分析都較為直觀，比其他的故障分析方法都更為實(shí)用。

故障樹根據(jù)不同的依據(jù)可以分為二狀態(tài)故障樹、多狀態(tài)故障樹和規(guī)范化故障樹、正規(guī)故障樹與非正規(guī)故障樹等一系列類型，邏輯關(guān)系可以用幾何符號(hào)進(jìn)行表示。

生成故障樹的具體規(guī)則有三個(gè)：一是確定故障樹的邊界條件，這要求分析方法要以系統(tǒng)的假設(shè)條件為依據(jù)，合理確定，以確定建樹范圍；第二個(gè)是要正確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囟x所有的故障事件；第三個(gè)是按照故障樹分析邏輯演繹出來的特征生成故障樹。

同時(shí)，需要注意的是，建樹過程不可能一次性完成，需要一次又一次的深化完善，直至達(dá)到預(yù)期效果。并且，建立故障樹的意義是為了更加深刻的了解系統(tǒng)，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)提前發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，所以建樹過程中首先要考慮的是發(fā)生概率高、能夠?qū)ο到y(tǒng)產(chǎn)生較大影響力的故障事件，并且事件的定義需要明確嚴(yán)謹(jǐn)，忌諱模棱兩可。事件之間的邏輯關(guān)系也要清楚明白，不可自相矛盾。其大致流程圖可以參考圖一。

2船舶電氣設(shè)備故障分析

如果電氣設(shè)備在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)故障，即使只是一小部分的故障，也可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。而我們會(huì)希望系統(tǒng)永遠(yuǎn)不要出現(xiàn)故障，持續(xù)正常工作。但是在現(xiàn)實(shí)中，這種期望卻不可能發(fā)生。根據(jù)電氣設(shè)備故障發(fā)生的部位不同，可以分為五種故障：發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備一一原動(dòng)機(jī)發(fā)生的故障；發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生的故障；配電裝置發(fā)生的故障；船舶電纜電線發(fā)生的故障；船舶負(fù)載發(fā)生的故障。

其中原動(dòng)機(jī)發(fā)生故障的原因可以是滑油壓力低于正常壓力、滑油溫度較高、冷卻水的壓力過低或者溫度過高、排氣高溫、柴油機(jī)超速、主軸高溫和啟動(dòng)失敗等。

發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的原因可能是不能夠正常建立電壓、電壓異常、發(fā)電機(jī)出現(xiàn)逆功率、絕緣故障、內(nèi)部短路、集電環(huán)發(fā)生故障等。

配電裝置發(fā)生故障的原因有發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘、主開關(guān)不閉合故障、絕緣材料使用壽命過長(zhǎng)和發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)故障等原因。

船舶電力網(wǎng)發(fā)生故障的原因有單相接地出現(xiàn)故障、電力系統(tǒng)絕緣電阻較低等原因。

船舶負(fù)載發(fā)生故障的原因有船舶接觸器繼電器發(fā)生故障、熱繼電器發(fā)生故障、電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)異常、電動(dòng)機(jī)噪聲大、軸承過熱等原因。

但是，無論哪一種原因，只要故障發(fā)生，就會(huì)對(duì)船舶的安全行駛造成負(fù)面影響。

3船舶電氣事故故障樹分析

3.1故障樹的建立方法

對(duì)于船舶電氣事故故障樹的建立，可以通過兩種方法，一種是人工建樹，另一種是計(jì)算機(jī)輔修建樹。

人工建樹的第一步是給最不希望發(fā)生的事件，即頂事件下定義，將其放在最頂端的位置，再根據(jù)系統(tǒng)要求把需要分析的頂事件寫出；第二步是將第一步中事件發(fā)生的直接原因列舉出來。其它事件，如中間事件，按照同樣的方法逐級(jí)演繹，直到列舉出系統(tǒng)中能夠發(fā)生的所有故障事件和故障發(fā)生的直接原因，也就是分析到底事件為止。最后用邏輯符號(hào)按照事件之間正確的邏輯關(guān)系將他們連接，會(huì)形成一個(gè)類似于倒立樹木逐級(jí)向下擴(kuò)展的形狀。

計(jì)算機(jī)輔修建樹需要運(yùn)用到弗賽歐提出的綜合法（STM法）和DRAFT法，這些方法利用了計(jì)算機(jī)擁有的能夠解決大型系統(tǒng)建樹的復(fù)雜性、規(guī)模性、重復(fù)性的特性。

3.2故障樹建立的具體步驟

（1）加深對(duì)系統(tǒng)整體的理解。無論是系統(tǒng)的安全性和可靠性，根據(jù)特定的時(shí)間和不同的運(yùn)用形式都會(huì)有所不同。所以這就對(duì)電氣設(shè)備的安全技術(shù)人員提高了要求，需要他們整體理解把握所屬對(duì)象系統(tǒng)，搞清系統(tǒng)如何運(yùn)用以及如何管理。

（2）定義頂事件

這一步驟要求在滿足分析目的的范圍內(nèi)，并能夠預(yù)見其后的分析的基礎(chǔ)上，對(duì)最不希望發(fā)生的或是對(duì)系統(tǒng)影響力最大的故障事件進(jìn)行定義。如果進(jìn)行了不恰當(dāng)?shù)亩x，對(duì)于以后的工作也會(huì)有很大程度的影響，甚至分析無法進(jìn)行，成為不可能。

（3）確定故障邊界條件

系統(tǒng)的邊界條件應(yīng)當(dāng)包括三項(xiàng)內(nèi)容：分析對(duì)象，即頂事件；初始狀態(tài)；必然事件。在邊界條件的確定步驟中，很多小概率事件可以當(dāng)做不容許事件進(jìn)行處理，對(duì)其忽略。但這不等于將小部件的故障和小故障的事件也忽略掉，這是因?yàn)楹芏嘈〔考墓收虾苋菀紫嗬^出現(xiàn)，在蝴蝶效應(yīng)的作用下產(chǎn)生巨大的危害后果，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓，所以必須予以適當(dāng)?shù)闹匾暋?/p>

同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)注意互斥故障事件如何適當(dāng)處理，才可以保證故障樹分析的邏輯嚴(yán)謹(jǐn)。因?yàn)楣收蠘涞慕溥^程決定了各項(xiàng)事件之間的邏輯關(guān)系的嚴(yán)密性，必須要和系統(tǒng)的功能相一致，不出現(xiàn)矛盾，如此才能保證分析的順利進(jìn)行。

（4）故障樹的編制

故障樹可以通過缺陷事件的記號(hào)或者與門、或門、其他幾種門與修正符號(hào)來簡(jiǎn)潔地表現(xiàn)出來。不過由于使用的記號(hào)過于復(fù)雜，在編制時(shí)，要多次檢查系統(tǒng)中的遺漏和矛盾，保證分析的順利進(jìn)行。

對(duì)故障樹進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。故障樹的結(jié)構(gòu)包含了系統(tǒng)的重要信息和關(guān)鍵信息，可以通過對(duì)樹的全面和局部關(guān)系考察，總結(jié)出重要的中間事件。同時(shí)，在此需要引入一個(gè)相關(guān)概念一一共同模式，即樹的多處出現(xiàn)的共同的原因事件稱為共同模式，這種共同模式增強(qiáng)了事件的重要性，在分析過程中應(yīng)當(dāng)予以重視。

4總結(jié)

本文圍繞著故障樹分析方法提出了船舶電氣事故的故障樹分析，并對(duì)此進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹和分析研究。因?yàn)榇霸诤＿\(yùn)中的作用越來越大，其安全性也應(yīng)當(dāng)越來越被重視，作用故障樹分析方法可以有效的幫助工作人員發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)解決故障，使船舶的運(yùn)行回歸正常。