故障樹在故障分析中的運(yùn)用

陽詠梅，張桂成，侯 濤

（中車永濟(jì)電機(jī)，陜西 西安 710016）

引言

近幾十年來，故障樹分析（FTA技術(shù)）在我國得到迅速發(fā)展，特別是在核工業(yè)、航空航天、機(jī)械、電子、船舶、化工等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。隨著RAMS/LCC技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的推廣運(yùn)用，F(xiàn)TA技術(shù)為鐵路運(yùn)行的可靠性和安全性也發(fā)揮著越來越大的作用。

了解故障樹分析的人都知道，它可以幫助我們對可能造成產(chǎn)品故障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析，畫出故障樹，從而確定產(chǎn)品故障原因的各種可能組合方式及其發(fā)生的概率。發(fā)生重大故障或事故后，F(xiàn)TA是故障調(diào)查的一種有效手段，可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因，為故障“歸零”提供支持，同時，指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)使用和維修方案等。本文將通過一個故障案例，介紹故障樹在故障分析中的具體運(yùn)用[1]。

1 故障描述

故障現(xiàn)場情況是電力機(jī)車在線運(yùn)行時6A系統(tǒng)火災(zāi)報警，停車后發(fā)現(xiàn)B節(jié)2軸牽引變流器出現(xiàn)明火，司乘人員噴滅火器滅火，機(jī)車回段檢查后，發(fā)現(xiàn)斬波電阻燒損，且柜體內(nèi)殘存大量滅火劑液體。變流器返廠后，進(jìn)過清潔、整修重新裝車運(yùn)行。該變流器在后續(xù)運(yùn)行過程中，多次報四象限2硬件故障，四象限2B下橋臂故障后機(jī)破。

2 故障分析

故障牽引變流器返廠后除故障四象限模塊外，目測變流器狀態(tài)，變流器軸2濾波電容、銅排、緊固螺栓等多處有腐蝕痕跡。

2.1 建立故障樹

為對本次的故障進(jìn)行機(jī)理分析及失效過程還原，以“四象限功率模塊故障”為頂事件進(jìn)行故障樹分析，見圖1。

圖1 四象限功率模塊故障樹

2.2 底事件排查

從上述故障樹可以看出，導(dǎo)致頂事件“四象限功率模塊故障”發(fā)生的因素有19個。通過對底事件逐項排查，初步確定引起本次故障的原因，見下頁表1：

表1 “四象限功率模塊故障”影響因素分析表

根據(jù)本次拆解分析，除E8、E13、E14以外，其余底事件皆可初步排除，詳見表1分析。

2.3 最小割集分析

根據(jù)故障樹最小割集計算方法，可以得到圖1所示故障樹的最小割集有：

{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與E12為與門關(guān)系，結(jié)合表1的分析結(jié)果，E12已排除，因此初步確定本次故障原因為E13、E14。

2.4 主要因素驗證

在根據(jù)上述分析及排查測試，確定了主要因素為E13“滅火器殘留物導(dǎo)致絕緣電阻低”、E14“短路保護(hù)失效”后，進(jìn)行了以下驗證工作。

1）軸2壓接銅排的紅色絕緣板上板，任意取兩個位置測量絕緣電阻，其值為11.9 MΩ；將該處表面用拋光紙打磨后，再在原位置測量絕緣電阻，其值為200 GΩ；取同型號新絕緣板相同位置測量絕緣電阻，其值為200 GΩ。該驗證工作說明：故障變流器軸2壓接銅排的絕緣板表面存在一層導(dǎo)致絕緣降低的物質(zhì)。

2）取與機(jī)車所用相同滅火器噴淋同型號新絕緣板，其絕緣電阻值為2.34 MΩ；靜置1天后，測試絕緣電阻，阻值為0.03 MΩ；用滅火器噴過的絕緣板經(jīng)過40～50℃烘箱烘8 h后，絕緣測試值為3.82 MΩ；從故障變流器軸2上拆下的絕緣板經(jīng)過40～50℃烘箱烘8 h后，絕緣測試值為1.45 GΩ；以上絕緣板放置濕熱箱中，溫度為40～50℃，濕度80%～90%，6 h后取出，絕緣測試值為183 MΩ。該驗證工作說明：機(jī)車上滅火器液劑殘留物覆蓋在絕緣器件表面，會導(dǎo)致其絕緣電阻降低，經(jīng)過擦拭、干燥，其絕緣電阻將回升，但在潮濕環(huán)境下，又將導(dǎo)致絕緣電阻急劇下降。

3 故障原因分析

故障變流器在第一次軸2斬波電阻著火時，司乘人員使用機(jī)車所配滅火器滅火，滅火器泡沫噴濺在軸2的器件上。后經(jīng)過返廠整修，對變流器進(jìn)行了清理，部分器件進(jìn)行了更換，并通過出廠試驗，變流器交出后重新上線運(yùn)行。但由于銅排接線板上殘留有滅火器液劑，并連接成片，雖然肉眼不可見，但在經(jīng)過夏天雨季潮濕環(huán)境后，導(dǎo)致絕緣板整個表面實(shí)際的絕緣電阻值大大降低，從而造成連接在其上的銅排直接短接。根據(jù)原理圖可知，當(dāng)起機(jī)時，銅排短接，將會有瞬間大電流直接通過四象限模塊，造成四象限模塊燒損。

4 建議措施

根據(jù)故障樹分析結(jié)果，對目前關(guān)注的主要因素進(jìn)行整改。在最小割集{E13、E14}中，只要有效控制因素E13“滅火器殘留物導(dǎo)致絕緣電阻低”，類似故障將不再發(fā)生，建議措施如下：第一，清潔變流器器件，更換絕緣件；第二，建議用戶慎重使用具有較強(qiáng)腐蝕性且對絕緣性能影響較大的滅火器液劑。

5 結(jié)語

故障樹分析這種圖形化的方法清楚易懂，使人們既可以對所關(guān)心的頂事件進(jìn)行發(fā)散思維，查找多方面的原因（底事件），同時由于有邏輯門的存在，可以理清思路，對所描述的事件之間的邏輯關(guān)系一目了然，從而達(dá)到快速對眾多因素進(jìn)行排查，找出主因，尋求應(yīng)對措施，解決問題。