故障树分析(FTA)技术在机车安全性评估中的应用

作者:张彦华;张奕奕 刊名:电力机车与城轨车辆 上传者:张燕

【摘要】阐述FTA分析程序以及定性和定量的分析方法及目的;以某蓄电池电力机车为例,选择触电危险作为顶事件,说明触电故障树的构建过程。通过定性与定量分析,得出导致触电安全事故发生的最小割集和概率,由此评估机车的运用安全性;指出了FTA技术在机车安全性评估中的重要作用及其分析过程中需注意的问题。

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0引言20世纪60年代,故障树分析FTA(faulttreeanaly-sis)技术首先在航空航天领域内得到重视和发展,成为一种评价系统安全性的有力工具。目前,该方法在轨道交通行业中逐步得到广泛应用。FTA技术采用逻辑的方法,形象地进行危险分析工作,思路清晰,逻辑性强,既可做定性分析,也可做定量分析,体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、正确性和预测性,是安全系统工程的主要分析方法之一。随着中国铁路的高速发展,提供安全可靠的轨道交通装备已成为非常迫切的需求,因此,机车安全性分析与评估越来越得到重视。在机车研制过程中持续进行FTA工作,找出各种故障模式组合,可查找设计上的可靠性和安全性薄弱环节,在研制阶段进行机车安全风险评估,确保机车运用安全;通过实施设计改进和控制措施,分析和评估机车是否满足可靠性和安全性要求,从而及时改进设计,同时降低机车全寿命周期成本,具有很好的经济效益和社会效益。1FTA的主要程序故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图,它用规定的事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系。逻辑门的输入事件是输出事件的“因”,逻辑门的输出事件是输入事件的“果”。FTA的主要程序如图1所示。1.1确定顶事件一般情况下,将不希望发生的、显著影响机车技术性能、经济性、可靠性和安全性的故障事件作为顶事件,对机车整车进行安全性评估。根据《铁路交通事故调查处理规则》的规定以及机车运用的特点,结合机车故障模式、影响及危害性分析(FMECA)、初步危险分析(PHA)的分析结果,因机车导致一般事故的顶事件主要包括脱轨、碰撞、失火、触电、爆炸、延误等安全性事件,误操作及管理缺陷与机车无关,此处不做分析。1.2构建故障树构建故障树时,应明确建树边界条件,可采用功能图和边界图进行辅助分析。根据FMECA报告,去除对于顶事件不重要的事件,同时严格定义故障事件,减少树的规模,突出重点。构建故障树实际上是自上而下逐层寻找原因事件直至基本原因事件的过程。原因事件的一般查找流程如图2所示。1.3定性分析定性分析的目的是寻找导致顶事件发生的原因事件及原因事件的组合,即找出故障树所有最小割集。通过定性分析发现当前系统中可靠性和安全性薄弱环节,采取改进措施,提高产品可靠性和安全性。定性分析的结果可用于指导机车故障诊断,改进使用和维修方案。1.4定量分析故障树定量分析是量化风险评估的重要方法,目的是在底事件相互独立和已知其发生概率的条件下,计算顶事件发生概率和底事件重要度等定量指标,从而评价系统的可靠度,并对安全性及风险做出评价。一般来说,复杂系统的定量计算比较困难,需要借助软件进行。通过定量分析,可预测机车的安全性指标,定量评估机车的安全性,这对合同中有安全性量化指标要求的项目尤为重要。2FTA技术在机车安全性评估中的应用本文以某蓄电池电力机车为例,选择触电危险作为顶事件,说明FTA技术在机车安全性评估中的实际应用。2.1触电故障树的构建触电事故的发生,主要是由于绝缘失效、接地不良等原因导致漏电,使操作人员触电或维修人员触电。在该型机车中,通过两个轴端回流接地装置进行接地,只要其中一个轴端接地装置正常,则机车接地正常。构建的以触电为顶事件的故障树模型见图3。2.2触电故障树的定性分析故障树定性分析的基本结果是求得的全部最小割集。使用下行法求出触电故障树的所有割集,其过程如表1所示。从表1分析得出,触电故障树共有5个割集,都是最小割集,即{E1,E2},{E1,E7},{E1,E8},{E3,E4},{E5,E6},最小割集的阶数(底事件数目)均为2。一般情

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