(毕业论文 页数:6 字数:4778) 摘要：变电站综合自动化系统在保障变电站的安全可靠供电方面具有极其重要的作用，必须具有高度的可靠性。故障树分析法作为系统可靠性分析的有力工具，可用于变电站自动化系统的可靠性分析与评估。本文首先介绍了可靠性的基本理论和故障树分析法的基本原理及其分析方法。结合变电站自动化系统的特点，建立了变电站自动化系统失效的故障树模型，采用故障树最小割集分析法得到了变电站自动化系统失效的故障树结构函数，定量分析计算得出了变电站自动化系统有效度这一可靠性的重要指标。最后通过对系统可靠性的灵敏度分析，确定了影响变电站自动化系统有效度的主要因素，得出了一些有益的结论。
关键词：故障树分析 (FTA)；可靠性；有效度；灵敏度分析；变电站综合自动化系统

目录

0 引言
1 可靠性的基本概念
2 可靠性的故障树分析法
3 变电站综合自动化系统的故障树模型
4 变电站综合自动化系统可靠性分析
5 结论

0 引言
随着电子技术、计算机和网络通讯等高新技术在电力系统的广泛应用，变电站监控系统发生了巨大的变化，日益朝着全面数字化、综合化、网络化、信息化和自动化等方向发展，这些为电力系统的安全、稳定和经济运行作出了巨大的贡献。今后，110kV甚至220kV变电站将会逐步实现无人值守，人们必将更加关注变电站的供电可靠性，这给变电站综合自动化系统的性能（特别是可靠性）提出了新的、更高的要求。但长期以来，对变电站可靠性研究主要集中在一次系统上[1]，对变电站综合自动化系统这些二次方面的可靠性研究不仅很少，而且都停留在定性的分析和经验的总结上[2,3]，如何正确分析并有效提高变电站综合自动化可靠性就成了人们比较关心的问题，具有重要的理论意义和实际价值。
故障树分析法(Fault Tree Analysis)是系统安全和可靠性分析研究中一种有效的分析方法。利用故障树可以寻找潜在故障或进行故障诊断，还可以进一步预测系统故障发生的概率。应用故障树分析法对系统（包括复杂大系统）进行可靠性分析与预测，已广泛用于航空、航天、核能核电等诸多工业领域[4]。对于由多个环节和层次结构所构成的变电站综合自动化系统，也可以应用该方法定量研究其可靠性。

1 可靠性的基本概念
可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内，在规定的条件下完成规定功能的能力。
可靠性工程涉及元件失效数据的统计和处理，系统可靠性的定量评定，运行维护，可靠性和经济性的协调等各个方面[5]。
一般组成变电站综合自动化系统的元件/设备都属于可修复元件。所以该系统属于可修复系统。有关可靠性[4~6]的概念和指标如下：
(1) 可靠度　 指设备或系统在规定的条件下，在时间区间(0，t)内不发生故障的概率，记作R (t) ；
(2) 故障率　 设备或系统从起始时刻直至时刻t 的完好条件下，在时刻t 以后单位时间内发生故障的概率，记作λ(t)；
(3) 平均无故障工作时间 MTTF(Mean Time to Failure)表示设备寿命的数学期望值。当考虑修复效果后，MTTF可用平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure, MTBF) 表示；
(4) 修复率 　设备或系统在任意时刻t，尚未修复的产品在单位时间内被修复的概率，记作μ(t)；
(5) 平均修复时间　 指故障后修复时间的平均值，记作MTTR；
(6) 有效度 设备或系统在起始时刻正常工作的条件下，在时刻t 正常工作的概率。它是时间的函数，记作A(t)。
(7) 失效度 设备或系统在起始时刻正常工作的条件下，在时刻t 不能正常工作的概率，记作Q(t)。显然，Q(t)=1- A(t)。
当故障率和修复率均为常数，即λ(t ) =λ，μ(t) =μ时，可靠性指标间有如下关系：
MTBF = 1/λ (1)
MTTR = 1/μ (2)
并可以导出系统的有效度A(t)为
A(t) = + (3)
当t 趋于无穷大时的系统有效度A(∞)，称为平稳状态有效度，即
A(∞)= = / ( + )
= (4)
2 可靠性的故障树分析法
故障树分析法是研究引起系统发生故障这一事件的各种直接的或间接的原因(例如硬件、软件、环境、人为等因素)，在这些原因间建立逻辑关系，并用逻辑框图(即故障树)表示的一种方法。故障树以图形化的方式表示在一个系统内故障和其它事件之间的交互关系。在故障树中，底事件(Basic Event)通过一些逻辑符号(如与门和或门)连接到一个或多个顶事件(Top Event)。顶事件一般指危及系统的事件或是不希望发生的系统故障。底事件通常指部件故障或者是人员的错误操作。
故障树分析法的基本步骤是：
①建造故障树。故障树建造过程，就是寻找所研究系统故障和导致系统故障的诸因素之间逻辑关系的过程，并且用故障树的图形符号（事件符号与逻辑符号），抽象表示实际系统故障组合和传递的逻辑关系。
②建立故障树的数学模型。为了便于对故障树作定性和定量分析，通常采用结构函数对故障树进行数学描述。系统顶事件的结构函数是底事件状态变量的函数，是表示系统状态的一种布尔函数。
③故障树的定性和定量分析。
对故障树进行定性分析的主要目的是找出它的所有最小割集或最小路集。割集是故障树中一些底事件的集合，当这些底事件同时发生时，顶事件必然发生。若将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集，这样的割集就是最小割集[4]。最小割集的求解方法有下形法和上行法[4]。