船舶電氣事故的故障樹分析研究

孫新博 高大為 王啟強 孫曉宇

摘要：海運領(lǐng)域正在隨著全球化的發(fā)展不斷壯大，而且作為國際貿(mào)易中應(yīng)用最為廣泛的貨運形式，其安全性受到了全球的重點關(guān)注，安全與否也關(guān)系到了一個國家的經(jīng)濟發(fā)展。因此，船舶電氣事故成為海運需要考慮的重點問題之一。本文旨在通過分析研究故障樹分析理論，找到有效解決船舶電氣事故的方法。

關(guān)鍵詞：海運；船舶電氣事故；故障樹分析理論；技術(shù)

1故障樹分析

所謂的故障樹分析法，是指將最不希望發(fā)生的事件作為頂事件，可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的事件作為中間事件或者底事件，事件之間通過邏輯門進行連接的一種倒樹狀的安全可靠的邏輯圖分析技術(shù)。其中的中間事件不僅是輸入事件，還可以是其它事件的輸出事件，囊括了系統(tǒng)中的各類信息傳遞關(guān)系。其理論基礎(chǔ)就是描述可能會引發(fā)船舶電氣系統(tǒng)故障的各種原因事件和相互聯(lián)系的樹狀邏輯關(guān)系圖。使用這種分析方法時，首先需要建立一個故障樹模型，再確定各個環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中存在的邏輯關(guān)系，確定薄弱點，最后升級改造系統(tǒng)，提高系統(tǒng)整體的可用性。這種分析方法對故障的發(fā)生程度和原因分析都較為直觀，比其他的故障分析方法都更為實用。

故障樹根據(jù)不同的依據(jù)可以分為二狀態(tài)故障樹、多狀態(tài)故障樹和規(guī)范化故障樹、正規(guī)故障樹與非正規(guī)故障樹等一系列類型，邏輯關(guān)系可以用幾何符號進行表示。

生成故障樹的具體規(guī)則有三個：一是確定故障樹的邊界條件，這要求分析方法要以系統(tǒng)的假設(shè)條件為依據(jù)，合理確定，以確定建樹范圍；第二個是要正確嚴謹?shù)囟x所有的故障事件；第三個是按照故障樹分析邏輯演繹出來的特征生成故障樹。

同時，需要注意的是，建樹過程不可能一次性完成，需要一次又一次的深化完善，直至達到預(yù)期效果。并且，建立故障樹的意義是為了更加深刻的了解系統(tǒng)，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)提前發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，所以建樹過程中首先要考慮的是發(fā)生概率高、能夠?qū)ο到y(tǒng)產(chǎn)生較大影響力的故障事件，并且事件的定義需要明確嚴謹，忌諱模棱兩可。事件之間的邏輯關(guān)系也要清楚明白，不可自相矛盾。其大致流程圖可以參考圖一。

2船舶電氣設(shè)備故障分析

如果電氣設(shè)備在系統(tǒng)運行時出現(xiàn)故障，即使只是一小部分的故障，也可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。而我們會希望系統(tǒng)永遠不要出現(xiàn)故障，持續(xù)正常工作。但是在現(xiàn)實中，這種期望卻不可能發(fā)生。根據(jù)電氣設(shè)備故障發(fā)生的部位不同，可以分為五種故障：發(fā)電機驅(qū)動設(shè)備一一原動機發(fā)生的故障；發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生的故障；配電裝置發(fā)生的故障；船舶電纜電線發(fā)生的故障；船舶負載發(fā)生的故障。

其中原動機發(fā)生故障的原因可以是滑油壓力低于正常壓力、滑油溫度較高、冷卻水的壓力過低或者溫度過高、排氣高溫、柴油機超速、主軸高溫和啟動失敗等。

發(fā)電機發(fā)生故障的原因可能是不能夠正常建立電壓、電壓異常、發(fā)電機出現(xiàn)逆功率、絕緣故障、內(nèi)部短路、集電環(huán)發(fā)生故障等。

配電裝置發(fā)生故障的原因有發(fā)電機主開關(guān)跳閘、主開關(guān)不閉合故障、絕緣材料使用壽命過長和發(fā)電機調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)故障等原因。

船舶電力網(wǎng)發(fā)生故障的原因有單相接地出現(xiàn)故障、電力系統(tǒng)絕緣電阻較低等原因。

船舶負載發(fā)生故障的原因有船舶接觸器繼電器發(fā)生故障、熱繼電器發(fā)生故障、電動機啟動異常、電動機噪聲大、軸承過熱等原因。

但是，無論哪一種原因，只要故障發(fā)生，就會對船舶的安全行駛造成負面影響。

3船舶電氣事故故障樹分析

3.1故障樹的建立方法

對于船舶電氣事故故障樹的建立，可以通過兩種方法，一種是人工建樹，另一種是計算機輔修建樹。

人工建樹的第一步是給最不希望發(fā)生的事件，即頂事件下定義，將其放在最頂端的位置，再根據(jù)系統(tǒng)要求把需要分析的頂事件寫出；第二步是將第一步中事件發(fā)生的直接原因列舉出來。其它事件，如中間事件，按照同樣的方法逐級演繹，直到列舉出系統(tǒng)中能夠發(fā)生的所有故障事件和故障發(fā)生的直接原因，也就是分析到底事件為止。最后用邏輯符號按照事件之間正確的邏輯關(guān)系將他們連接，會形成一個類似于倒立樹木逐級向下擴展的形狀。

計算機輔修建樹需要運用到弗賽歐提出的綜合法（STM法）和DRAFT法，這些方法利用了計算機擁有的能夠解決大型系統(tǒng)建樹的復(fù)雜性、規(guī)模性、重復(fù)性的特性。

3.2故障樹建立的具體步驟

（1）加深對系統(tǒng)整體的理解。無論是系統(tǒng)的安全性和可靠性，根據(jù)特定的時間和不同的運用形式都會有所不同。所以這就對電氣設(shè)備的安全技術(shù)人員提高了要求，需要他們整體理解把握所屬對象系統(tǒng)，搞清系統(tǒng)如何運用以及如何管理。

（2）定義頂事件

這一步驟要求在滿足分析目的的范圍內(nèi)，并能夠預(yù)見其后的分析的基礎(chǔ)上，對最不希望發(fā)生的或是對系統(tǒng)影響力最大的故障事件進行定義。如果進行了不恰當(dāng)?shù)亩x，對于以后的工作也會有很大程度的影響，甚至分析無法進行，成為不可能。

（3）確定故障邊界條件

系統(tǒng)的邊界條件應(yīng)當(dāng)包括三項內(nèi)容：分析對象，即頂事件；初始狀態(tài)；必然事件。在邊界條件的確定步驟中，很多小概率事件可以當(dāng)做不容許事件進行處理，對其忽略。但這不等于將小部件的故障和小故障的事件也忽略掉，這是因為很多小部件的故障很容易相繼出現(xiàn)，在蝴蝶效應(yīng)的作用下產(chǎn)生巨大的危害后果，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓，所以必須予以適當(dāng)?shù)闹匾暋?/p>

同時，也應(yīng)當(dāng)注意互斥故障事件如何適當(dāng)處理，才可以保證故障樹分析的邏輯嚴謹。因為故障樹的建樹過程決定了各項事件之間的邏輯關(guān)系的嚴密性，必須要和系統(tǒng)的功能相一致，不出現(xiàn)矛盾，如此才能保證分析的順利進行。

（4）故障樹的編制

故障樹可以通過缺陷事件的記號或者與門、或門、其他幾種門與修正符號來簡潔地表現(xiàn)出來。不過由于使用的記號過于復(fù)雜，在編制時，要多次檢查系統(tǒng)中的遺漏和矛盾，保證分析的順利進行。

對故障樹進行結(jié)構(gòu)分析。故障樹的結(jié)構(gòu)包含了系統(tǒng)的重要信息和關(guān)鍵信息，可以通過對樹的全面和局部關(guān)系考察，總結(jié)出重要的中間事件。同時，在此需要引入一個相關(guān)概念一一共同模式，即樹的多處出現(xiàn)的共同的原因事件稱為共同模式，這種共同模式增強了事件的重要性，在分析過程中應(yīng)當(dāng)予以重視。

4總結(jié)

本文圍繞著故障樹分析方法提出了船舶電氣事故的故障樹分析，并對此進行了簡單介紹和分析研究。因為船舶在海運中的作用越來越大，其安全性也應(yīng)當(dāng)越來越被重視，作用故障樹分析方法可以有效的幫助工作人員發(fā)現(xiàn)故障并及時解決故障，使船舶的運行回歸正常。