故障树分析方法在低压成套设备系统可靠性中应用浅析

福建省产品质量检验研究院的研究人员许亮，在2015年第2期《电气技术》杂志上撰文，结合故障树的分析方法，讨论了低压成套设备系统的可靠性。以低压成套开关设备的控制柜为例，阐述了故障树状态函数、最小割集、重要度等基本概念，分析了引起控制柜失效的原因，并提出以计算机软件辅助分析故障树的展望。这对成套设备系统可靠性的提高，有着一定的现实指导意义。

1 故障树分析方法概述

低压成套设备是由一个或多个开关器件和与之相关的控制、测量、信号、保护、调节等设备，以及所有内部的电气和机械的连接及结构部件构成的组合体[1]。

随着输配电网络的建设，成套设备的需求越来越大。促进成套设备的可靠性程度的不断提高，对工业生产加工、基础设施建设、社会经济活动有着重大的意义。

纵观我国现有的低压成套设备，产品设计方案基本大同小异，模仿痕迹严重，产品性能差距不大，也基本无名牌产品。虽然成套设备被列入强制性认证目录已经有十余载，但是，通过监督抽查、委托检验的情况来看，不少成套设备存在防护等级、温升试验、分断能力等指标不满足要求，严重影响了成套开关设备投入使用后的可靠性。

故障树分析法，是一种可靠性分析的实用的方法，以故障状态作为顶事件，以导致顶事件发生的因素作为中间事件，通过深入分析，找到故障树的底事件为止。故障树是构成它的全部底事件的各种逻辑关系的集合，如图1所示。

故障树的分析的目的在于寻找导致顶事件发生的底事件的组合，识别导致顶事件发生的所有故障模式，进行故障诊断，从而改进设计，提高可靠性。

图1 故障树结构

在低压成套设备系统的设计过程中，通过对可能造成系统故障的各种因素进行分析，描绘出故障树，就可以全面理清引起系统故障的原因。因此，对成套设备系统中的故障，可以采用模糊树分析的诊断方式。

控制柜(MCC)是按照不同的功能设计成的抽屉单元,通常模数单元有1/2单元、1单元、2单元、3单元。每个功能单元之间，有隔离措施，具有较高的安全性，是比较可靠的配电网控制中心。在实际运用中，可根据需求来选用元器件和备用抽屉。在维修时，仅需对故障的抽屉进行维修或更换，最大程度保证了供电的连续性。

2故障分析

抽出式成套开关设备是含有利用功能单元实现连接和分离状态的抽出式部件的一种成套开关设备。[2]典型产品包括GCK、GCS、MNS等，主要由进线柜、馈线柜、控制柜组成。其系统原理图如图2所示。

下面，以某公司生产的MNS2.0控制柜为例,简单分析利用故障树分析方法的诊断过程。由控制柜的原理图得到，控制柜是七个抽屉组成，只要任何一个抽屉发生故障，系统就发生故障，通过对该控制柜的分析，建立以断路器故障、接触器故障、热继电器故障为底事件的故障树，如图3所示。故障树事件表的说明如表1所示。

图2低压成套开关设备MNS2.0原理图

图3MCC的故障树结构

表1MCC故障树事件的说明

3底事件的重要度分析（略）

由于用来分析的抽出式开关柜是CCC认证的样机，构造相对简单，其中涉及到的逻辑关系只有“或”门(ORgate)。在实际的生产中，MCC的逻辑关系也可能包含有“与”门(ANDgate)等其它故障树逻辑，我们要通过对最小割集与重要度的分析，来定量的研究分析低压成套设备系统的可靠性。

4故障树分析的软件实现

随着智能电网的不断发展，故障树可靠性分析在成套设备系统中的作用也越来越大，人工计算已经不能满足日益复杂化的分析过程，因此迫切需要计算机进行辅助分析。我们借助计算机进行故障树分析，可以大大减少人工因素对结果造成的影响，其整体构造如图4。

分析软件将用户给定的成套设备系统的各个基本底事件的进行采集，确认每个逻辑门及事件数，进而绘制出故障树，通过生成故障树的割集和算法，计算故障树顶事件的概率。

图4计算机辅助分析系统结构

5结论

本文结合低压成套系统可靠性的分析方法，选定以故障树理论方法对控制柜的可靠性进行了探讨，并提出了以计算机辅助分析软件来计算失效概率、重要度等反应可靠性的指标，得到影响可靠性的薄弱环节，进而提高低压成套系统的可靠性，有着一定的现实指导意义。