船舶电气事故的故障树分析研究

孙新博 高大为 王启强 孙晓宇

摘要：海运领域正在随着全球化的发展不断壮大，而且作为国际贸易中应用最为广泛的货运形式，其安全性受到了全球的重点关注，安全与否也关系到了一个国家的经济发展。因此，船舶电气事故成为海运需要考虑的重点问题之一。本文旨在通过分析研究故障树分析理论，找到有效解决船舶电气事故的方法。

关键词：海运；船舶电气事故；故障树分析理论；技术

1故障树分析

所谓的故障树分析法，是指将最不希望发生的事件作为顶事件，可能导致顶事件发生的事件作为中间事件或者底事件，事件之间通过逻辑门进行连接的一种倒树状的安全可靠的逻辑图分析技术。其中的中间事件不仅是输入事件，还可以是其它事件的输出事件，囊括了系统中的各类信息传递关系。其理论基础就是描述可能会引发船舶电气系统故障的各种原因事件和相互联系的树状逻辑关系图。使用这种分析方法时，首先需要建立一个故障树模型，再确定各个环节在系统中存在的逻辑关系，确定薄弱点，最后升级改造系统，提高系统整体的可用性。这种分析方法对故障的发生程度和原因分析都较为直观，比其他的故障分析方法都更为实用。

故障树根据不同的依据可以分为二状态故障树、多状态故障树和规范化故障树、正规故障树与非正规故障树等一系列类型，逻辑关系可以用几何符号进行表示。

生成故障树的具体规则有三个：一是确定故障树的边界条件，这要求分析方法要以系统的假设条件为依据，合理确定，以确定建树范围；第二个是要正确严谨地定义所有的故障事件；第三个是按照故障树分析逻辑演绎出来的特征生成故障树。

同时，需要注意的是，建树过程不可能一次性完成，需要一次又一次的深化完善，直至达到预期效果。并且，建立故障树的意义是为了更加深刻的了解系统，能够在系统出现问题的环节提前发现问题并解决问题，所以建树过程中首先要考虑的是发生概率高、能够对系统产生较大影响力的故障事件，并且事件的定义需要明确严谨，忌讳模棱两可。事件之间的逻辑关系也要清楚明白，不可自相矛盾。其大致流程图可以参考图一。

2船舶电气设备故障分析

如果电气设备在系统运行时出现故障，即使只是一小部分的故障，也可能会导致整个系统的瘫痪。而我们会希望系统永远不要出现故障，持续正常工作。但是在现实中，这种期望却不可能发生。根据电气设备故障发生的部位不同，可以分为五种故障：发电机驱动设备一一原动机发生的故障；发电机内部发生的故障；配电装置发生的故障；船舶电缆电线发生的故障；船舶负载发生的故障。

其中原动机发生故障的原因可以是滑油压力低于正常压力、滑油温度较高、冷却水的压力过低或者温度过高、排气高温、柴油机超速、主轴高温和启动失败等。

发电机发生故障的原因可能是不能够正常建立电压、电压异常、发电机出现逆功率、绝缘故障、内部短路、集电环发生故障等。

配电装置发生故障的原因有发电机主开关跳闸、主开关不闭合故障、绝缘材料使用寿命过长和发电机调节励磁系统故障等原因。

船舶电力网发生故障的原因有单相接地出现故障、电力系统绝缘电阻较低等原因。

船舶负载发生故障的原因有船舶接触器继电器发生故障、热继电器发生故障、电动机启动异常、电动机噪声大、轴承过热等原因。

但是，无论哪一种原因，只要故障发生，就会对船舶的安全行驶造成负面影响。

3船舶电气事故故障树分析

3.1故障树的建立方法

对于船舶电气事故故障树的建立，可以通过两种方法，一种是人工建树，另一种是计算机辅修建树。

人工建树的第一步是给最不希望发生的事件，即顶事件下定义，将其放在最顶端的位置，再根据系统要求把需要分析的顶事件写出；第二步是将第一步中事件发生的直接原因列举出来。其它事件，如中间事件，按照同样的方法逐级演绎，直到列举出系统中能够发生的所有故障事件和故障发生的直接原因，也就是分析到底事件为止。最后用逻辑符号按照事件之间正确的逻辑关系将他们连接，会形成一个类似于倒立树木逐级向下扩展的形状。

计算机辅修建树需要运用到弗赛欧提出的综合法（STM法）和DRAFT法，这些方法利用了计算机拥有的能够解决大型系统建树的复杂性、规模性、重复性的特性。

3.2故障樹建立的具体步骤

（1）加深对系统整体的理解。无论是系统的安全性和可靠性，根据特定的时间和不同的运用形式都会有所不同。所以这就对电气设备的安全技术人员提高了要求，需要他们整体理解把握所属对象系统，搞清系统如何运用以及如何管理。

（2）定义顶事件

这一步骤要求在满足分析目的的范围内，并能够预见其后的分析的基础上，对最不希望发生的或是对系统影响力最大的故障事件进行定义。如果进行了不恰当的定义，对于以后的工作也会有很大程度的影响，甚至分析无法进行，成为不可能。

（3）确定故障边界条件

系统的边界条件应当包括三项内容：分析对象，即顶事件；初始状态；必然事件。在边界条件的确定步骤中，很多小概率事件可以当做不容许事件进行处理，对其忽略。但这不等于将小部件的故障和小故障的事件也忽略掉，这是因为很多小部件的故障很容易相继出现，在蝴蝶效应的作用下产生巨大的危害后果，甚至导致系统的瘫痪，所以必须予以适当的重视。

同时，也应当注意互斥故障事件如何适当处理，才可以保证故障树分析的逻辑严谨。因为故障树的建树过程决定了各项事件之间的逻辑关系的严密性，必须要和系统的功能相一致，不出现矛盾，如此才能保证分析的顺利进行。

（4）故障树的编制

故障树可以通过缺陷事件的记号或者与门、或门、其他几种门与修正符号来简洁地表现出来。不过由于使用的记号过于复杂，在编制时，要多次检查系统中的遗漏和矛盾，保证分析的顺利进行。

对故障树进行结构分析。故障树的结构包含了系统的重要信息和关键信息，可以通过对树的全面和局部关系考察，总结出重要的中间事件。同时，在此需要引入一个相关概念一一共同模式，即树的多处出现的共同的原因事件称为共同模式，这种共同模式增强了事件的重要性，在分析过程中应当予以重视。

4总结

本文围绕着故障树分析方法提出了船舶电气事故的故障树分析，并对此进行了简单介绍和分析研究。因为船舶在海运中的作用越来越大，其安全性也应当越来越被重视，作用故障树分析方法可以有效的帮助工作人员发现故障并及时解决故障，使船舶的运行回归正常。