基于故障模式的架空输电线路故障树分析模型

基于故障模式的架空输电线路故障树分析模型

刘豪

国网山东省电力公司临沂供电公司山东临沂276000

摘要：故障树分析法是指通过对所有可能造成系统故障的各种原因进行分析，然后建立运行状态的故障树，反过来通过故障树来确定系统故障原因的各种组合方式以及发生的概率。架空输电线路不同于其它电力设施，其线路路径较长，线路途经环境复杂，而且容易受到各种气象条件以及自然灾害的影响。为此，本文研究了架空输电线路故障类型、故障原因、故障影响及维修措施，讨论了故障树分析，对架空输电线路故障有效运维具有重要意义。

关键词：故障树分析法；故障树；架空输电线路

1架空输电线路故障模式分析

1.1故障模式分析方法研究

故障模式及影响分析，是对设备故障模式及影响进行全面描述的定性分析方法，能够在设备的设计、制造、运行各阶段有效消除可能导致严重后果的故障隐患。故障模式及影响分析以归纳的方式得到有关设备故障模式的系统描述结果，找出设备的薄弱环节，为设备故障诊断和维修指导工作服务。其分析结果明晰，具有良好的扩展性，是收集各方专家知识的良好途径。故障模式及影响分析是一种利用表格逐一分析设备中每种可能发生的故障模式对设备所产生的影响，并把每种可能发生的故障模式按其危害程度予以评价的分析方法。故障模式及影响分析分析过程，首先是定义系统，通过构建系统的可靠性逻辑框图，分清系统中各部件的层次和关系，然后是针对各子系统分析常见的故障模式，及故障原因、故障影响分析项目。通过归纳故障模式以及下级(元、部件等)故障对上级(设备、系统)的影响，得到有关设备或系统的层次关系的概貌，并可在故障模式及影响分析基础上对各故障模式进行定量的危害性评价。对架空输电线路设备进行故障模式与影响分析的步骤如图1所示。首先需要收集设备的结构、功能、运行条件、维护措施等多方信息，了解其部件的结构和功能，收集典型故障，为故障模式、原因和影响分析积累素材。其后的主要任务是：(1)对设备进行系统定义，建立可靠性逻辑框图；(2)针对逻辑框图中各子系统列举典型故障模式；(3)对各故障模式的具体项目进行分析。最后，列出架空输电线路设备各子系统的故障模式及影响分析结果。

1.2架空输电线路故障模式分析项目情况

故障模式分析项目主要包括故障类型、故障原因、故障影响、维修措施等4项内容。(1)故障类型：雷击故障。输电杆塔发生直击或者反击故障，导致绝缘子串发生闪络后，绝缘子伞裙边缘有呈直线分布烧伤印记，一般绝缘子串两侧的绝缘子烧伤最为严重，金具间的联接点也会有烧伤痕迹，悬垂线夹和均压环上均有明显的银色烧伤亮斑；风偏故障。风偏故障是指大风导致导线与大地或者杆塔之间发生放电的故障，分为导线对杆塔放电故障、导地线线间放电故障和导线对周边物体放电故障。其中导线对杆塔放电故障又分导线对杆塔构件放电和跳线对杆塔放电两种情况；污闪故障。污闪故障主要特点是在绝缘子表面发生沿面放电，而且烧伤痕迹不规则的分布在绝缘子的表面。污闪故障一般容易发生在工业发达的盐密值偏高的重污区，瓷质绝缘子和玻璃绝缘子相比复合绝缘子易发生污闪。(2)故障原因：故障原因是指导致设备可能发生故障或无法达到期望的性能标准的所有可能因素，可能属于制造方面的因素，可能属于运行维护不当，也可能是系统或环境等外界因素；(3)故障影响：故障影响是在假设不进行预防性维修情况下对故障后果的描述，包括对上一级及其整个设备的危害。通过对故障后果的分析，可以在故障预防过程中集中主要力量避免或降低影响严重的故障模式；(4)维修措施：维修措施是指发生故障时应该采取怎样的处理措施，针对不同的故障模式可采用的维修和故障排除方案。

2故障树分析法

2.1故障树分析法的基本原理。故障树分析法是指通过对可能造成产品故障的各种因素进行分析，建立故障树，确定产品的故障原因及其可能的组合方式，并确定发生的概率。通过故障树分析可以帮助判断所有可能发生的故障类别及原因；当发生重大故障或者事故以后，故障树分析法是故障调查的一种行之有效的手段，可以进行系统全面地分析事故的原因，并能指导故障的诊断、改进、使用和维修方案等。故障树分析法通常可以按照以下步骤进行：确定顶事件、建立故障树、进行定性分析、定量分析、进行重要度分析及得出分析结论并确定改进措施。

2.2故障树的定性分析。故障树的定性分析主要包括以下三方面：(1)确定故障树的最小割集。最小割集是指所有可能导致顶事件发生（即系统故障）的部件故障的组合，故障树的最小割集是定性评价的结果，同时也是故障树定量评价的基础。(2)定性部件的重要度。定性重要度主要是给出各个元件对顶事件发生的影响大小、等级等。其方法是：在求出故障树的最小割集后，按阶数从小到大顺序依次排列，从而确定元件的定性重要度。(3)确定共因故障的敏感性。元件的重要度和共因故障的敏感性正相关。各个元件的共因故障敏感性高、阶数高的最小割集的重要度不一定比阶数低的最小割集的重要度小。

2.3故障树的定量分析。故障树的定量分析是指求系统可靠性的定量结果的过程，可分为以下三方面：(1)确定系统故障概率。故障树是以顶事件的定量数据（故障率、失效率等）来做最后评价的。在求出最小割集后，可以根据元件的故障概率求出最小割集发生的概率，然后计算顶事件发生的概率。(2)元件与最小割集的定量重要度在故障树中，不同的底事件对顶事件发生的贡献大小、等级都是不同的，而这可以使用底事件的重要度来描述。通过底事件的重要度可以确定系统需要监控的关键部件、改善系统设计以及确定系统故障诊断的方案。定量重要度可以给出特定元件或者特定最小割集引起的系统发生故障次数的百分比。重要度可分为概率重要度和结构重要度：概率重要度。概率重要度是指由于底事件发生概率变化而引起的顶事件发生概率变化的程度，部件的不可靠度变化引起系统的不可靠度变化的程度；结构重要度。结构重要度指的是元件在系统中所处位置的重要程度，并且与元件本身故障率无关。(3)元件的灵敏度。元件的灵敏度指元件数据变化或者模型偏差对于顶事件发生概率的影响。

3结束语

本文通过故障模式研究方法，首先介绍了架空输电线路设备进行故障模式与影响分析的步骤，其次分析了故障模式的内容，主要包括故障类型、故障原因、故障影响、维修措施等4项内容，最后对故障树分析模式进行了探究。期望能为有关部门提供参考，从而保障架空输电线路更稳定的发展。

参考文献

[1]基于故障树分析法的变电站自动化系统可靠性评估软件设计[J].李红,杨剑锋.自动化与仪器仪表.2016(02)

[2]基于故障树分析法的立体车库可靠性分析[J].吕二蒙,刘楠嶓,吴立辉,武照云.科技创新与生产力.2015(11)

[3]架空输电线路检修问题分析[J].吴翔.电子世界.2016(17)