故障樹在故障分析中的運用

陽詠梅，張桂成，侯 濤

（中車永濟電機，陜西 西安 710016）

引言

近幾十年來，故障樹分析（FTA技術）在我國得到迅速發展，特別是在核工業、航空航天、機械、電子、船舶、化工等領域已得到廣泛的應用。隨著RAMS/LCC技術在軌道交通領域的推廣運用，FTA技術為鐵路運行的可靠性和安全性也發揮著越來越大的作用。

了解故障樹分析的人都知道，它可以幫助我們對可能造成產品故障的硬件、軟件、環境、人為因素進行分析，畫出故障樹，從而確定產品故障原因的各種可能組合方式及其發生的概率。發生重大故障或事故后，FTA是故障調查的一種有效手段，可以系統而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持，同時，指導故障診斷、改進使用和維修方案等。本文將通過一個故障案例，介紹故障樹在故障分析中的具體運用[1]。

1 故障描述

故障現場情況是電力機車在線運行時6A系統火災報警，停車后發現B節2軸牽引變流器出現明火，司乘人員噴滅火器滅火，機車回段檢查后，發現斬波電阻燒損，且柜體內殘存大量滅火劑液體。變流器返廠后，進過清潔、整修重新裝車運行。該變流器在后續運行過程中，多次報四象限2硬件故障，四象限2B下橋臂故障后機破。

2 故障分析

故障牽引變流器返廠后除故障四象限模塊外，目測變流器狀態，變流器軸2濾波電容、銅排、緊固螺栓等多處有腐蝕痕跡。

2.1 建立故障樹

為對本次的故障進行機理分析及失效過程還原，以“四象限功率模塊故障”為頂事件進行故障樹分析，見圖1。

圖1 四象限功率模塊故障樹

2.2 底事件排查

從上述故障樹可以看出，導致頂事件“四象限功率模塊故障”發生的因素有19個。通過對底事件逐項排查，初步確定引起本次故障的原因，見下頁表1：

表1 “四象限功率模塊故障”影響因素分析表

根據本次拆解分析，除E8、E13、E14以外，其余底事件皆可初步排除，詳見表1分析。

2.3 最小割集分析

根據故障樹最小割集計算方法，可以得到圖1所示故障樹的最小割集有：

{1}，{2}，{3}，{4，12}，{5，12}，{6，12}，{7，12}，{8，12}，{9，12}，{10，12}，{11，12}，{13，14}，{15}，{16}，{17}，{18}，{19}。

由于E8與E12為與門關系，結合表1的分析結果，E12已排除，因此初步確定本次故障原因為E13、E14。

2.4 主要因素驗證

在根據上述分析及排查測試，確定了主要因素為E13“滅火器殘留物導致絕緣電阻低”、E14“短路保護失效”后，進行了以下驗證工作。

1）軸2壓接銅排的紅色絕緣板上板，任意取兩個位置測量絕緣電阻，其值為11.9 MΩ；將該處表面用拋光紙打磨后，再在原位置測量絕緣電阻，其值為200 GΩ；取同型號新絕緣板相同位置測量絕緣電阻，其值為200 GΩ。該驗證工作說明：故障變流器軸2壓接銅排的絕緣板表面存在一層導致絕緣降低的物質。

2）取與機車所用相同滅火器噴淋同型號新絕緣板，其絕緣電阻值為2.34 MΩ；靜置1天后，測試絕緣電阻，阻值為0.03 MΩ；用滅火器噴過的絕緣板經過40～50℃烘箱烘8 h后，絕緣測試值為3.82 MΩ；從故障變流器軸2上拆下的絕緣板經過40～50℃烘箱烘8 h后，絕緣測試值為1.45 GΩ；以上絕緣板放置濕熱箱中，溫度為40～50℃，濕度80%～90%，6 h后取出，絕緣測試值為183 MΩ。該驗證工作說明：機車上滅火器液劑殘留物覆蓋在絕緣器件表面，會導致其絕緣電阻降低，經過擦拭、干燥，其絕緣電阻將回升，但在潮濕環境下，又將導致絕緣電阻急劇下降。

3 故障原因分析

故障變流器在第一次軸2斬波電阻著火時，司乘人員使用機車所配滅火器滅火，滅火器泡沫噴濺在軸2的器件上。后經過返廠整修，對變流器進行了清理，部分器件進行了更換，并通過出廠試驗，變流器交出后重新上線運行。但由于銅排接線板上殘留有滅火器液劑，并連接成片，雖然肉眼不可見，但在經過夏天雨季潮濕環境后，導致絕緣板整個表面實際的絕緣電阻值大大降低，從而造成連接在其上的銅排直接短接。根據原理圖可知，當起機時，銅排短接，將會有瞬間大電流直接通過四象限模塊，造成四象限模塊燒損。

4 建議措施

根據故障樹分析結果，對目前關注的主要因素進行整改。在最小割集{E13、E14}中，只要有效控制因素E13“滅火器殘留物導致絕緣電阻低”，類似故障將不再發生，建議措施如下：第一，清潔變流器器件，更換絕緣件；第二，建議用戶慎重使用具有較強腐蝕性且對絕緣性能影響較大的滅火器液劑。

5 結語

故障樹分析這種圖形化的方法清楚易懂，使人們既可以對所關心的頂事件進行發散思維，查找多方面的原因（底事件），同時由于有邏輯門的存在，可以理清思路，對所描述的事件之間的邏輯關系一目了然，從而達到快速對眾多因素進行排查，找出主因，尋求應對措施，解決問題。