摘要：运用FTA技术分析法对EPS应急电源常见故障进行分析研究，进而找出故障的根本原因，对故障原因诊断及控制提供帮助。
关键词：故障树理论，EPS应急电源
1.引言
EPS是一种以弱电控制强电输出的储能式电能变换型备用电源装置，主要应用于消防行业的电气设备，给市电做热备份或者冷起动备用的应急电源，也应用于工业、商业、国防、民用等领域，作自切换的第二或第三电源使用。基本原理如图：
2、故障树（FTA）分析
故障树分析（Fault Tree Analysis，简称FTA）技术是从要分析的特定事故或故障开始（顶上事件），逐步分析其发生原因（中间事件）和无需再分的基本原因（底事件），再利用符号（逻辑门）将事件间的逻辑关系表达为倒树型结构，为确定安全对策提供可靠依据，以达到预测与预防事故发生的目的。
2.1构建EPS故障树
步骤1：把系统不希望发生的事件（失效状态）作为故障树的顶事件（TOP Event），确定系统的分析边界，定议范围和成功与失败的准则。
步骤2：用规定的逻辑符号表示找出导致这一不希望事件所有可能发生的直接因素和原因，它们是牌过渡状态的中间事件。
步骤3：逐步深入分析，直到找出 事故的基本原因。即故障树的底事件为止，底事件又叫基本事件，它们的数据是已知的，或已有统计或实验的结果。
步骤4：通过对已收集的技术资料建造故障树，确立各中间事件及底事件间的逻辑关系，
设EPS系统故障有K个基本事件（x1，x2，…xk）组成，各基本事件发生的概率为p（x1），p（x2），…p（xk）EPS故障树最小割集为C1，C2…Ci，…Cn，。则EPS发生故障的总概率为：P（T）＝
，通过对EPS应急电源原理及可能的故障分析，其故障树结构如下图（由于元器件为整套外购件，其内部质量问题需用单独产品故障分析法，不在本系统设备故障分析范围内）。
顶上事件T：EPS故障。中间事件（T1－T2）：T1元器件问题；T2环境问题。
底事件（X1-X10）：X1设计缺陷；X2设置错误；X3安装或转接等人为故障；X4双电源故障，X5充电器故障；X6逆变器故障；X7电池组故障；X8控制器故障；X9馈出断路器故障；X10二次元件故障；X11自然环境（温度/湿度/粉尘）；X12人为环境（二次破坏） 故障树如上图。
2.2.评定EPS故障树
（1）定性分析：
定性分析目的是分析该类事故的发生规律及特点，通过求取最小割集（或最小经集），找出控制事故的可行方案，并从故障树结构上、发生概率上分析各基本事件的重要程度，以便按轻重缓急分别采取对策。割集是故障树的若干底事件的集合，如果这些底事件都发生，则顶事件必然发生。最小割集是底事件数目不能再减少的割集，即在最小割集中任意去掉一个底事件之后，剩下的底事件集合就不是割集。一个最小割集代表引起故障树顶事件发生的一种故障模式，研究最小割集可以找出故障树的薄弱环节。求最小割集的方法通常有三种：上行法、下行法和布尔割集法。本文根据上行法，对EPS故障树定性分析如下：
T=T1+T2+X1+X2+X3 T1=X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10 T2=X11+X12
T= X1+X2+X3 +X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+ X11+X12
根据上述分析，可知EPS故障树的全部最小割集为
K1：｛X1｝；K2：｛X2｝；K3：｛X3｝；K4：｛X4｝；K5：｛X5｝；K6：｛X6｝；K7：｛X7｝；K8：｛X8｝；
K9：｛X9｝；K10：｛X10｝；K11：｛X11｝；K12：｛X12｝；
（2）定量分析：
定量分析主要有两方面的内容：一是由输入系统各单元（顶事件）的失效概率求出系统的失效概率；二是求出各单元（顶事件）的结构重要度，概率重要度和关键重要度，最后可根据关键重要度的大小排序找出最佳故障诊断和修理顺序，同时也可作为首先改善相对不大可靠的单元的数据。本文只计算评价故障树的顶事件出现的概率值及相关可靠性参数。
现假设上述故障树图中的全部底事件之间相互独立；且底事件和顶事件都只考虑二种状态，即发生或不发生，也就是说元部件和系统都是只有二种状态——正常或故障。一般情况下，故障分布都假定为指数分布。P（Xi）= i=1，2，…，12
EPS发生故障的总概率为：P（T）＝
＝P（X1+X2+X3）+P（X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10）+ P（X11+X12）＝0.414
EPS的可靠度R（T）＝1-P（T）＝0.586
EPS的平均无故障工作时间
0.049（次/台年）
由此可见EPS平均无故障工作时间MTTFT＝＝＝20.41年
3、案例应用（定性分析）
某市地铁站EPS电源设备发生烧毁故障，现场观察到EPS系统主要为主机柜的上半部分过火，EPS系统的逆变器、静态开关、变压器及输出配电基本保持完好，没有过火。EPS设备已经开通运行一个多月，但整个工程未正式开通运行。经现场勘察结合FTA逐条分析知：
该项目属于标准设计，其他各参数设置均符合要求。有专门电气室有保安，未发现人为破坏迹象。从事故现场看EPS系统一直工作在市电状态，由电池供电的逆变环路处于备用状态，火灾现场电池柜及逆变器过火状态较轻，逆变器内部完好，可以排除电池柜或逆变器引发的火灾。从现场图片上看，二次回路是安全可靠的。事故发生时馈线检测单元检测到ASCO双电源开关发生切换并将信息传输到后台BAS监控。说明EPS主机系统及通信系统正常工作
但从现场看在双电源控制器部位呈现扇形过火面积，火焰能量较高，很有可能就是起火点。可双电源本身又没有问题，只能寻找其他原因。
在现场另一处的EPS设备主机柜内部，可以看到逆变器上盖处及走线端子上大量附着的因机柜顶部刻槽掉落的铁屑，而且本EPS设备柜顶部也有施工方违规刻槽；另外由于工程尚未全面开通，地下空间潮湿度、粉尘较大。进一步分析可知，虽然系统已正常运行一段时间，但随着时间的推移，系统内可导电灰尘累积，铁屑受震动影响，使双电源内电气间隙、爬电距离减少，进而造成开关发热、打火拉弧放电引发火灾。此故障问题原因可归集为安装或转接等人为故障（X3）或自然环境（温度/湿度/粉尘）故障（X11）底事件
4、结论
运用FTA分析法，结合工程现场情况，可对EPS应急电源系统故障的原因进行定位，得到影响系统可靠性的薄弱环节，进而加以控制和改进，提高产品的可靠性。运用统计概率分析的方法，可获得产品可靠性基本参数，为产品使用及选型提供指导和帮助。
参考文献：
[1]杨瑞波.事故树分析法在电力事故分析中的应用.《云南电力技术》2015.8.
[2]杨晓庆，谢庆华，基于故障树的模糊诊断方法[N] ．同济大学学报．2001（9）：58-60.
[3]朱继洲.故障树原理和应用[M] 西安交通大学出版社 1989.
[4] GB/T21562-2008/IEC 62278：2002 轨道交通可靠性/可用性/可维修性和安全性规范及示例
作者简介：
王勇（1968.8-），男，本科，主要从事电气技术及管理工作。
论文作者:王勇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：故障论文; 事件论文; 发生论文; 概率论文; 系统论文; 最小论文; 逆变器论文; 《电力设备》2018年第24期论文;