基于故障树的高压开关故障排查优化处理对策

闫廷俊

摘 要：本文基于高压开关的组成部件各自独立发生故障条件下的故障成因。，构建了一个可以全面描述故障发生成因的故障树，并对故障树进行简化。最后，分析当故障发生后，从底层到顶层的故障概率及其相关关系，得到了造成顶层故障原因的重要程度判据。依据此判据可以形成故障排查最优路径，实现故障成因的及时发现。

关键词：故障树；最优路径

1 绪论

故障树是一种基于特定逻辑思路的图，按照已知结果，分析原因的思维逻辑，故障树提供了一种因果倒置的分析流程。在树状结构中，树干，树枝和树叶可以看作故障推理的级别，当一个故障发生后，将其设定为故障树的根，按照干枝叶的预先设定逻辑，逐级推理，直至在叶节点发现故障成因。

在定性的故障诊断技术中，Caceres等最早利用了树的概念，根据系统结构特性建立了清晰分析故障成因的故障树。将故障树应用于系统可靠性分析，根据相关评价导则，总结了各故障模式与故障特征量之间的对应关系，并根据各故障特征的特点，提出了故障概率的综合评价方法。应用故障树实现故障诊断已经被广泛应用于城轨供电系统，油罐火灾成因分析，发动机故障分析，船舶电力系统失电等多种故障成因中。

2 故障树的基本原理

故障树可以把高压开关系统的故障与组成系统各个单元的故障结合起来，可以找出造成某一特定故障的可能原因，从而帮助现场人员找到造成某种故障最有可能的故障成因。

故障树用一些与门，或门符号，表征事件之间的因果关联和逻辑关系。同时故障树用一些事件符号，表征逻辑推理的级别和顺序。

上表所示是故障树中这些符号的逻辑意义。其中，顶事件表示对全局有最不利影响的故障事件。在电网运行过程中，顶事件是对输电安全，供热安全有最不利影响的事件。在高压开关运行过程中，顶事件是类似开关爆炸，燃烧的事件。底事件是单个元部件组成的故障事件，在高压开关运行过程中，底事件是各种故障类型。中间事件是由单个元部件组成的有限混合故障类型，通常可以表示为底事件。

3 建立故障树及其分析方法

故障树建立的基本原则：应该明确树的根枝叶层次和界限，为了便于分析，尽量采用简化逻辑关系。树的根枝叶层次代表了故障事件的推理逻辑的层次，这个层级应该尽可能的少。同时按照故障→成因的順序，从上到下建立故障树。建立过程中，逻辑门直接和事件相连，不允许逻辑门之间的级联。

故障树建立的方法：结合需要，了解高压开关柜系统的各种工作状态和涉及的各种参数，进行故障统计，注意收集小概率事件的故障案例。将要分析的最极端故障设为顶事件。确定顶事件对所要研究的故障进行深入分析，结合现场实际，找出对电网生产运行最不利的故障后果。结合故障分类模式，确定明确选择树枝的数目和树叶的数目，确定故障树的规模。明确底事件，中间事件和顶事件的关系，避免出现逻辑矛盾和逻辑混乱。

故障树建好后，需要利用故障树，分析当顶事件发生时，故障成因及其解决对策。这需要应用故障树的定性和定量分析策略。下图为利用故障树形成故障判别的流程图。

故障树建立流程图

4 故障处理案例分析

某220kV站母线接地所造成短路，从而产生电弧光导致了开关柜爆炸。结合故障树来分析造成母线接地的几种可能概率。首先依据工作经验，明确最小割集。并依据最小割集，将构成割集的独立底事件，依据生产过程中发生的故障比率，构造了各个底事件的故障概率。依据专家经验，构造了底事件发生能引起顶事件发生的条件概率，可以排列出最小割集和母线短路之间的重要度关系，其中绝缘件老化和柜内进水故障的重要度=0.05×0.11+0.1×0.36=0.091，排在第一位。绝缘件破裂和污染物增多的重要度=0.1×0.45+0.07×0.18=0.0676，排在第二位。在进行故障排查时要优先以上四种故障。

5 结论

以故障类别为依据，构建了故障树。以设备故障最为故障顶层，以故障成因为故障树底层，分析了故障和故障成因之间的相关性。将故障差别度作为设计故障树的优化目标。最后，本文结合实际案例，以爆炸故障为分析材料介绍了基于故障树的分析方法。这两种方法相互辅助，可以有效分析故障成因。

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