1、基于故障樹的智能故障診斷基于故障樹的智能故障診斷 故障樹分析法故障樹分析法 最小割集的求法最小割集的求法 基于故障樹的電力系統失電故障診斷基于故障樹的電力系統失電故障診斷故障樹故障樹 故障樹也稱為事故樹，是一種描述事故因故障樹也稱為事故樹，是一種描述事故因果關系的有方向的果關系的有方向的“樹樹”，是安全系統的重要，是安全系統的重要分析方法之一，它能對各種系統的危險性進行分析方法之一，它能對各種系統的危險性進行識別評價，既適用于定性分析，又能進行定量識別評價，既適用于定性分析，又能進行定量分析。分析。故障樹分析法故障樹分析法 故障樹分析法（FTA）又叫因果樹分法它是目前國際上公認的一種簡單、有效

2、的可靠性分析和故障診斷方法，是指導系統最優化設計、薄弱環節分析和運行維修的有力工具。 故障樹分析法首先要在一定環境與工作條件下，找到一個系統最不希望發生的事件最不希望發生的事件，通常以人們所關心的影響人員、裝備使用安全和任務完成的系統故障為分析目標，再按照系統的組成、結構及功能關系，由上而下，逐層分析導致該系統故障發生的所有直接原因，并用一個邏輯門邏輯門的形式將這些故障和相應的原因事件連接起來，建立分析系統的故故障樹模型障樹模型，從而，形象地表達出系統各功能形象地表達出系統各功能單元故障和系統故障之間的內在邏輯因果關單元故障和系統故障之間的內在邏輯因果關系系。 從概率上說，要最快確定系統故障原

3、因，可通過求解各功能單元的關鍵重要關鍵重要度度或者平均故障檢測時間平均故障檢測時間加以排序來實現關鍵重要度關鍵重要度：單元的失效概率變化率所引起的系統失效概率的變化率，其定義表達式為：(t)0(t)(t)( )(t)(t)lim(t)(t)( )(t)icriiiQiigQg tQIQgQ tg 式中： 為頂事件的發生概率，即系統的不可靠度； 為單元的失效概率，則 為當且僅當單元失效時系統失效的概率； 為單元觸發系統失效的概率，其值越大，說明由單元觸發系統失效的可能性就越大。因而，一旦系統發生了故障，應首先考慮是由關鍵重要度最大的單元觸發了這次故障，對該單元作快速修復或更換，就可使系統恢復正常

4、工作 平均故障檢測時間平均故障檢測時間MTTDMTTD：11kkiijijijjjMTTDMTTD( )g t( )iQ t)()(tQtgi)()()(tQtQtgii 從單位故障檢測時間診斷效果看，此時若依照關鍵重要度排序的順序表，首先檢查關鍵重要度略大的單元，平均單位檢測時間內確定故障的概率就會較低，單位時間花費診斷效果就差因而，當單元相差較大時，仍用關鍵重要度確定故障排除的先后順序是不合適的 而故障判明效時比故障判明效時比：關鍵重要度關鍵重要度與平均故障檢平均故障檢測時間測時間的比值按從大到小的順序來確定故障診斷先后次序以最小的時間代價換取最佳診斷效果所以這是最小的時間代價換取最佳診斷

5、效果所以這是最優的方案。最優的方案。(t)(t)crcriiiRIMTTD 如果同一時間內系統僅有單個故障發生時，采用以上方法進行故障診斷即可。若某一時間系統同時發生多重故障時，則需將多重故障當作一個整體來處理。方法是把多重故障事件作為一棵新故障樹的頂事件，將所包含的各單故障的故障樹作為子樹，并聯到這個頂事件下方，建立一個新的故障樹模型，并對其采取與單故障相同的方法處理即可。 事實上，當多重故障同時發生時，需要首先考慮是由共同誘因導致的，即反映在故障樹模型中是由共同最小割集最小割集引的。 以左圖為例介紹：以左圖為例介紹：1 1行列法行列法2 2結構法結構法3 3布爾代數化簡法布爾代數化簡法我們

6、看到，頂上事件T與中間事件A1、A2是用“或門”連接的，所以，應當成列擺開，即A1、A2與下一層事件B1、B2、X1、X2、X4的連結均為“與門”，所以成行排列：以此類推： 即 ： 1.1.行列法行列法下面對這四組集合用布爾代數化簡， 根據AAA，則X1X1X1，X4X4X4，即又根據AABA，則X1X2X1X2X3X1X2，即得到三個最小割集X1，X2， X4，X5， X4，X6。事故樹等效圖2.2.結構法結構法理論根據是：事故樹的結構完全可以用最小割集來表示。A1A2X1B1X2X4B2 X1(X1X3)X2X4(CX6)X1X2X1X3X2X4(X4X5X6) X1X2X1X2X3X4X

7、4X5X4X6 X1X2X1X2X3X4X5X4X6 X X1 1XX2 2X X4 4XX5 5X X4 4XX6 6 這樣，得到的三個最小割集 X1，X2、X4，X5、X4，X6完全與上例用行列法得到的結果一致。3.3.布爾代數化簡法布爾代數化簡法這種方法的理論依據是：上述結構法完全和布爾代數化簡事故樹法相似，所不同的只是“”與“+”的問題。總的來說，三種求法都可應用，而以第三種算法最為簡單，較為普遍采用。故障樹分析法基本步驟：故障樹分析法基本步驟：1.1.熟悉系統：熟悉系統：要詳細了解系統狀態及各種參數，繪出工藝流程圖或布置圖。 2.2.調查事故調查事故：收集事故案例，進行事故統計，設想

8、給定系統可能發生的事故。 3.3.確定頂上事件確定頂上事件：要分析的對象即為頂上事件。對所調查的事故進行全面分析，從中找出后果嚴重且較易發生的事故作為頂上事件。 4.4.確定目標值確定目標值：根據經驗教訓和事故案例，經統計分析后，求解事故發生的概率(頻率)，以此作為要控制的事故目標值。 三、基于故障樹的電力系統失電故障診斷三、基于故障樹的電力系統失電故障診斷5.5.調查原因事件調查原因事件：調查與事故有關的所有原因事件和各種因素。 6.6.畫出故障樹：畫出故障樹：從頂上事件起，逐級找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其邏輯關系，畫出故障樹。 7.7.分析分析：按故障樹結構進行簡化，確定各

9、基本事件的結構重要度。故障診斷流程故障診斷流程設某船在工作100小時后突然發生電力系統失電故障，現要在最短時間內排除故障，試確定故障診斷程序根據該船的內部結構及功能關系以及故障診斷的流程，建立如圖2所示的故障樹模型。現求得系統的共有14個，分別為：主配電板故障，電力分電箱故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，80 A整流器故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，充放電板故障)，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，手搖泵故障，燃油泵故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，滑油泵故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，海水泵故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，淡水泵故障，應急電源蓄

10、電池組故障，電源開關故障，熱交換器故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，膨脹水箱故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，輔機蓄電池組故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，柴油機故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，發電機故障，應急電源蓄電池組故障，電源開關故障，變壓器故障。若已知各底事件的故障數據MTBFi/h(平均故障間隔時間)及MTTDi/h（平均故障檢測時間），求得相關數據如表1所示。按R(t)由大到小排序，確定該船故障診斷的最優順序為：主配電板一電力分電箱一電源轉換開關一應急電源蓄電池組一發電機一柴油機一膨脹水箱一輔機蓄電池組一充放電板一淡水泵一海水泵一滑油泵一變壓器一熱交換器一80A整流器一手搖泵一燃油泵。 采用基于故障樹的故障診斷方法進行系統故障診斷時，根據底事件發生概率，可確定系統各故障模式的發生概率；對故障模式發生概率排序，可確定各故障模式對系統故障的影響大小；對最小割集發生概率排序，可確定各故障模