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基于Isograph事故樹分析在自動報警系統(tǒng)中的應(yīng)用

文檔作者：夏青耐戴曉江徐丹文檔來源：昆明理工大學(xué)		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月17日
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現(xiàn)代電子技術(shù)
Modern Electronics Technique 2013年1月15日
第36卷第2期Jan.2013
Vol.36 No.2
由于近年來，越來越先進(jìn)的技術(shù)特別是在中國電力
行業(yè)的保護(hù)系統(tǒng)使用，更多、更復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，自動化
的程度也越來越高，因此，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的安全性和
可靠性也受到了更多的關(guān)注。事故樹分析（FTA）技術(shù)，
是安全性分析和系統(tǒng)可靠性工程設(shè)計的最佳手段【1】。
從20世紀(jì)60年代初，事故樹分析技術(shù)誕生，特別是
在最近幾年的發(fā)展，影響了許多先進(jìn)國家的工程師和可
靠性專家。工程中的理論研究結(jié)果已經(jīng)被非常廣泛的
應(yīng)用，使它成為國際上公認(rèn)的最為簡單有效的故障診斷
分析和可靠性分析方法之一。它可以引導(dǎo)的優(yōu)化系統(tǒng)
設(shè)計，維修作業(yè)和薄弱環(huán)節(jié)的分析是一個非常強大的工
具。Isograph可靠性軟件是隸屬于英國Isograph公司下
的軟件產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)，能源，電子，航空航天，船
舶，鐵路，電力，教育，醫(yī)藥等12個大的行業(yè)。事故樹
FaultTree+是Isograph公司的事故樹分析工具，軟件的
貢獻(xiàn)為可以快速檢索的定位邏輯門或事件，可以在圖形
和數(shù)據(jù)進(jìn)行了動態(tài)管理，進(jìn)行精確的計算和簡化計算，
并提供更多的優(yōu)化功能[2]。
1 事故樹分析技術(shù)
事故樹分析的基本程序，往往會因為分析的目的不
同、不同的評價對象而不同，但一般可按如圖1進(jìn)行。
圖1 事故樹分析基本程序
1.1 確定頂事件
創(chuàng)建一個熟悉的系統(tǒng)的事故樹，必須首先要確定頂
事件。頂事件可以選擇取決于分析目的而考慮系統(tǒng)的
基于Isograph事故樹分析在自動報警系統(tǒng)中的應(yīng)用
夏青耐，戴曉江，徐丹
（昆明理工大學(xué)，云南昆明650093）
摘要：為了在我國現(xiàn)代電力中更好的應(yīng)用新技術(shù)新工藝，以達(dá)到自動化生產(chǎn)與安全管理的目的。以某一大型火力發(fā)電
廠為例，在充分認(rèn)識到電廠火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用Isograph軟件，建立事故樹和進(jìn)行事故樹分析，詳細(xì)介紹了Iso?
graph軟件基于事故樹分析的過程和方法，分析研究的結(jié)果顯示了系統(tǒng)的可靠性和事故樹分析技術(shù)在電廠消防安全中所體
現(xiàn)的重要價值。
關(guān)鍵詞：火災(zāi)自動報警系統(tǒng)；事故樹分析；Isograph；火電廠
中圖分類號：TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004?373X（2013）02?0168?03
Application of fault tree analysis based on Isograph in automatic fire alarm system of
power plant
XIA Qing?nai，DAI Xiao?jiang，XU Dan
（Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）
Abstract：In order to better apply new technologies and new processes in Chinese modern electricity system，and achieve
the automation and security management，taking a large?scale thermal power plant as an example，the fault tree was made and
the fault tree analysis was conducted with Isograph software. The process and methods of the fault tree analysis the analysis
based on Isograph software is introduced in detail. The analysis result shows the important value of fault tree analysis techniques
embodied in the power plant fire safety and system reliability.
Keywords：automatic fire alarm system；fault tree analysis；Isograph；thermal power plant
收稿日期：2012?09?27
168
第2期夏青耐，等：基于Isograph事故樹分析在自動報警系統(tǒng)中的應(yīng)用
技術(shù)性能，經(jīng)濟(jì)，安全和可靠性的重大故障事件?；馂?zāi)
自動報警系統(tǒng)的可靠性，安全性分析，將一個更高層次
的風(fēng)險事件作為頂事件，如濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，預(yù)
作用自動噴水滅火系統(tǒng)，水幕系統(tǒng)和雨淋系統(tǒng)等，這些
事件的風(fēng)險會有一個顯著的影響。
1.2 建立事故樹
首先應(yīng)該熟悉系統(tǒng)的事故樹明確的建立目標(biāo)，分
析，以確定事故的標(biāo)準(zhǔn)，確定該系統(tǒng)的邊界，不感興趣或
事件沒有成熟的原因，可以直接用來作為底事件，而不
進(jìn)行分析。創(chuàng)建事故樹應(yīng)更全面地了解該系統(tǒng)的功能
和結(jié)構(gòu)原則，對事故原因的分析會更準(zhǔn)確，事故樹的建
立將更加全面[3]。
火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的主要功能如下：火災(zāi)發(fā)生時，
探測器將發(fā)射信號傳輸?shù)綀缶刂破?，通過聲、光信號
表現(xiàn)，在控制面板上顯示火災(zāi)發(fā)生位置，以達(dá)到預(yù)期報
警目的，或手動報警?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的組成如下：
（1）探測器。煙霧探測器，火焰探測器，感溫探測器。
（2）手動報警裝置。手動報警按鈕。
（3）控制報警探測系統(tǒng)。集中報警，區(qū)域報警，控制
中心報警。
火災(zāi)自動報警條件為：探測器探測到火警信號，并
且傳輸?shù)綀缶刂破?，此時有聲音的表現(xiàn)和光信號出
現(xiàn)，然后控制面板顯示屏顯示火災(zāi)位置。正常情況下，
沒有異常。本文運用Isograph軟件，如圖2所示，建立火
災(zāi)自動報警系統(tǒng)的事故樹，所有的事件均在表1顯示。
Isograph可以建立龐大而復(fù)雜的事故樹，并有顯示功能
和分頁編輯功能。
1.3 定性分析
事故樹的定性分析，首先就是求最小割集。其基本
目的是找出所有可能發(fā)生的事故，導(dǎo)致頂事件的出現(xiàn)，
因此，幫助確定事故隱患，避免遺漏重要的事故，以幫助
指導(dǎo)事故的診斷，進(jìn)行維修計劃。
求最小割集通常會用下行法或者是上行法，但是利
用Isograph軟件可以不簡化事故樹就能直接求得最小
割集[4]。圖2中，事故樹的最小割集結(jié)果為：X1，X2，X3，
X4，X5，X6，X7，因此，可以看出底事件發(fā)生的直接結(jié)果，
將會導(dǎo)致頂事件的發(fā)生。底事件X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7
對頂事件的影響具有同等的重要性。
1.4 定量分析
事故樹的最小割集確定以后，可以使用事故數(shù)據(jù)進(jìn)
行定量分析。定量分析的內(nèi)容為：計算頂事件概率和計
算底事件的重要度。
1.4.1 頂事件發(fā)生概率計算
Isograph尋求頂事件發(fā)生的概率和不可用度有多個
模型率模型[5]，本文采用故障率和維修率模型，維修率和
故障率參數(shù)在已知的條件下使用。這個模型是用來表
示事故立即發(fā)生，并假設(shè)維修率及故障率是指數(shù)分布。
組件的故障率和維修率模型表示為不可用度和故障頻
度如下：
Q(t)= λ
λ+ u
[1 - e-(λ+ u)t]
ω(t)= λ[1 - Q(t)]
式中：Q（t）為部件不可用度；w（t）為部件故障頻率；λ為
部件故障率；u為部件修復(fù)率。
表1 事故樹事件表
代表符號
D
Z1
Z2
Z3
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
含義
火災(zāi)自動報警系統(tǒng)
探測器
手動報警裝置
控制報警探測系統(tǒng)
煙霧探測器
火焰探測器
感溫探測器
手動報警按鈕
區(qū)域報警
集中報警
控制中心報警
事件的類型
頂事件
中間事件
中間事件
中間事件
底事件
底事件
底事件
底事件
底事件
底事件
底事件
圖2火災(zāi)自動報警系統(tǒng)
在軟件對話框中，輸入故障率和修復(fù)率。如果沒有
修復(fù)率數(shù)據(jù)，就輸入惟一的故障率相關(guān)數(shù)據(jù)，是系統(tǒng)默
認(rèn)的不可修部件的一部分。底事件的故障率應(yīng)用到軟
件中后可以在定量風(fēng)險評估的故障頻率的基礎(chǔ)上得到
頂事件的故障頻率。
1.4.2 重要度的分析
重要度：故障事件中的一個組件或者是系統(tǒng)的割集
的頂事件所發(fā)生概率的影響，是時間的函數(shù)，是組件和
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性參數(shù)。它對于預(yù)測和分配系統(tǒng)的可
靠性，操作和維護(hù)，以及存儲管理的重要程度，起到了指
導(dǎo)作用[6]。例如，元件的可靠性參數(shù)的變化，可以引起系
統(tǒng)的可靠度變化；按照組件的重要順序來檢查，修理，發(fā)
現(xiàn)故障和較大的元件的重要性改善，從而提高了系統(tǒng)的
可靠性。
169
現(xiàn)代電子技術(shù)2013年第36卷
Isograph軟件可以用來計算以下重要度：
（1）Birnbaum重要度（概率重要度）。概率重要度被
定義為：從正常情況下到故障發(fā)生的第i 個組成部分，系
統(tǒng)從正常然后到故障狀態(tài)的概率。它反映的是基本概
率事件得變化對系統(tǒng)變化的可能性影響[7]。
（2）福塞爾和維斯利重要性（FV重要度）。福塞爾和
維斯利的重要研究發(fā)現(xiàn)：只有在關(guān)鍵狀態(tài)下的組件是不夠
的，還必須掌握組成部分在非關(guān)鍵時刻的重要度。所謂非
關(guān)鍵狀態(tài)，是指當(dāng)組件從正常到故障狀態(tài)，頂事件不會發(fā)
生，但組件對頂事件發(fā)生的概率有一定的影響的狀態(tài)。
（3）BarlowProschan（BP重要度）。BP重要度，是指組
件在過去一段時間里發(fā)生故障對頂事件發(fā)生概率的影響。
1.5 分析結(jié)果
從分析結(jié)果可以看出，底事件X1（煙霧探測器故
障），X2（感溫檢測器故障），X3（火焰探測器故障），X4（手
動報警按鈕故障），X5的（區(qū)域報警故障），X6（集中報警
故障），X7（控制中心報警故障）對于頂事件的發(fā)生，其影
響是非常大的。它可以從圖2顯示出，X1，X2，X3，X4，X5，
X6，X7任何一個發(fā)生，會導(dǎo)致頂事件發(fā)生，即火災(zāi)自動報
警系統(tǒng)出現(xiàn)故障。因此，為了避免此類故障的發(fā)生，根
據(jù)安裝環(huán)境，選擇適當(dāng)?shù)撵`敏度探測器，在安裝時，應(yīng)避
開風(fēng)口和風(fēng)速較大的渠道，定期檢查，清洗和更換探測
器視情況而定[8]。檢查機器，故障排除，或按照下面的方
法，由一個外部表或診斷程序檢查，以確定故障。損壞
后如果及時更換，將不會影響系統(tǒng)的運作。用表檢查絕
緣水平，檢查連接器，布線，采用焊接，塑封和其他技術(shù)
手段。這將會減少頂事件發(fā)生的概率，達(dá)到降低風(fēng)險的
最終目的[9]。
2 結(jié)語
本文介紹了使用Isograph建立事故樹和事故樹分
析的方法，特別是對軟件的故障率和重要度的計算方法
的解釋。使用Isograph軟件進(jìn)行事故樹分析，可以大大
的提高故事樹分析的效率，同時，也提高了事故樹分析
的準(zhǔn)確性[10]。事故樹分析法簡明，直觀，圖形化和易于
理解，是對電廠火災(zāi)自動報警系統(tǒng)進(jìn)行安全性、可靠性、
部件重要度分析等的有效數(shù)學(xué)工具。用事故樹分析危
險事件之后，能夠分析出危險事件的風(fēng)險量化水平，并
且提供一個更科學(xué)，更準(zhǔn)確的評估結(jié)果。
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作者簡介：夏青耐女，1987年出生，陜西榆林人，在讀碩士研究士。研究方向為安全管理。
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（上接第167頁）
算機軟件，經(jīng)實例計算和曲線的繪制，可用于水冷散熱
器設(shè)計時參考。要注意的是本公式的精確性受到多重
因素的影響，存在一定的誤差，且本文中所用的散熱器
熱阻公式只適合水冷散熱器。
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作者介紹：羅冰洋女，1970年出生，湖南湘鄉(xiāng)人，博士，副教授。研究方向為電力電子技術(shù)及自動控制。
170

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