故障树在故障分析中的运用

2019-01-15阳咏梅张桂成

现代工业经济和信息化 2018年17期

阳咏梅，张桂成，侯涛

（中车永济电机，陕西西安 710016）

引言

近几十年来，故障树分析（FTA技术）在我国得到迅速发展，特别是在核工业、航空航天、机械、电子、船舶、化工等领域已得到广泛的应用。随着RAMS/LCC技术在轨道交通领域的推广运用，FTA技术为铁路运行的可靠性和安全性也发挥着越来越大的作用。

了解故障树分析的人都知道，它可以帮助我们对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式及其发生的概率。发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的一种有效手段，可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零”提供支持，同时，指导故障诊断、改进使用和维修方案等。本文将通过一个故障案例，介绍故障树在故障分析中的具体运用[1]。

1 故障描述

故障现场情况是电力机车在线运行时6A系统火灾报警，停车后发现B节2轴牵引变流器出现明火，司乘人员喷灭火器灭火，机车回段检查后，发现斩波电阻烧损，且柜体内残存大量灭火剂液体。变流器返厂后，进过清洁、整修重新装车运行。该变流器在后续运行过程中，多次报四象限2硬件故障，四象限2B下桥臂故障后机破。

2 故障分析

故障牵引变流器返厂后除故障四象限模块外，目测变流器状态，变流器轴2滤波电容、铜排、紧固螺栓等多处有腐蚀痕迹。

2.1 建立故障树

为对本次的故障进行机理分析及失效过程还原，以“四象限功率模块故障”为顶事件进行故障树分析，见图1。

图1 四象限功率模块故障树

2.2 底事件排查

从上述故障树可以看出，导致顶事件“四象限功率模块故障”发生的因素有19个。通过对底事件逐项排查，初步确定引起本次故障的原因，见下页表1：

表1 “四象限功率模块故障”影响因素分析表

根据本次拆解分析，除E8、E13、E14以外，其余底事件皆可初步排除，详见表1分析。

2.3 最小割集分析

根据故障树最小割集计算方法，可以得到图1所示故障树的最小割集有：

{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与E12为与门关系，结合表1的分析结果，E12已排除，因此初步确定本次故障原因为E13、E14。

2.4 主要因素验证

在根据上述分析及排查测试，确定了主要因素为E13“灭火器残留物导致绝缘电阻低”、E14“短路保护失效”后，进行了以下验证工作。

1）轴2压接铜排的红色绝缘板上板，任意取两个位置测量绝缘电阻，其值为11.9 MΩ；将该处表面用抛光纸打磨后，再在原位置测量绝缘电阻，其值为200 GΩ；取同型号新绝缘板相同位置测量绝缘电阻，其值为200 GΩ。该验证工作说明：故障变流器轴2压接铜排的绝缘板表面存在一层导致绝缘降低的物质。

2）取与机车所用相同灭火器喷淋同型号新绝缘板，其绝缘电阻值为2.34 MΩ；静置1天后，测试绝缘电阻，阻值为0.03 MΩ；用灭火器喷过的绝缘板经过40～50℃烘箱烘8 h后，绝缘测试值为3.82 MΩ；从故障变流器轴2上拆下的绝缘板经过40～50℃烘箱烘8 h后，绝缘测试值为1.45 GΩ；以上绝缘板放置湿热箱中，温度为40～50℃，湿度80%～90%，6 h后取出，绝缘测试值为183 MΩ。该验证工作说明：机车上灭火器液剂残留物覆盖在绝缘器件表面，会导致其绝缘电阻降低，经过擦拭、干燥，其绝缘电阻将回升，但在潮湿环境下，又将导致绝缘电阻急剧下降。

3 故障原因分析

故障变流器在第一次轴2斩波电阻着火时，司乘人员使用机车所配灭火器灭火，灭火器泡沫喷溅在轴2的器件上。后经过返厂整修，对变流器进行了清理，部分器件进行了更换，并通过出厂试验，变流器交出后重新上线运行。但由于铜排接线板上残留有灭火器液剂，并连接成片，虽然肉眼不可见，但在经过夏天雨季潮湿环境后，导致绝缘板整个表面实际的绝缘电阻值大大降低，从而造成连接在其上的铜排直接短接。根据原理图可知，当起机时，铜排短接，将会有瞬间大电流直接通过四象限模块，造成四象限模块烧损。