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基于二元事故樹電氣系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)方法

文檔作者：趙群文檔來源：渤海船舶職業(yè)學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月17日
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基于二元事故樹電氣系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)方法
趙群
!渤海船舶職業(yè)學(xué)院遼寧葫蘆島!"#$$%
"
摘要!以電氣系統(tǒng)中二極管元件受溫度與時(shí)間影響產(chǎn)生故障率為例#建立二元事故樹描述多因素影響下的電氣系統(tǒng)
故障情況#進(jìn)而描述多個(gè)元件組成系統(tǒng)故障概率分布情況$ 從而調(diào)整元件減小電氣系統(tǒng)故障概率#應(yīng)用到較為實(shí)際應(yīng)
用中$
關(guān)鍵詞!二元事故樹%系統(tǒng)故障%可靠性評(píng)價(jià)%電氣系統(tǒng)
中圖分類號(hào)!
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) 文章編號(hào)! !(*+!("%(
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電氣系統(tǒng)是現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中最常見的系統(tǒng)# 其可靠性
直接影響著所在系統(tǒng)的整體性能$ 從系統(tǒng)角度分析#其可靠
性可分為兩個(gè)部分進(jìn)行研究$ 一是組成系統(tǒng)的基本元件#這
些元件的性質(zhì)作用到自身的可靠性#進(jìn)而影響這個(gè)電氣系統(tǒng)
的可靠性$ 二是系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)#就是基本元件的組成方式#
組成方式的不同將直接決定元件影響系統(tǒng)可靠性的作用程
度$ 整個(gè)系統(tǒng)的可靠性是兩者的有機(jī)結(jié)合$ 但是這些研究并
沒有考慮在多因素影響的條件下# 元件本身的故障概率分
布#更沒有研究這些元件所構(gòu)成系統(tǒng)的故障概率分布情況$
對(duì)于電器系統(tǒng)中的二極管元件# 它的故障概率就與工
作時(shí)間的長(zhǎng)短%工作溫度的大小%通過電流及電壓等有直接
關(guān)系$ 假設(shè)系統(tǒng)故障是由于元件損壞引起的#且通過更換元
件進(jìn)行故障排除$ 那么元件的使用時(shí)間將成為影響元件可靠
性的關(guān)鍵因素#這個(gè)因素影響故障概率的程度服從指數(shù)表達(dá)
式$ 另一個(gè)因素就是工作溫度#明顯地#對(duì)于電氣元件溫度過
高和過低都會(huì)導(dǎo)致其可靠性的下降和故障率的上升#基本服
從余弦曲線$ 首先構(gòu)建電器元件的基于使用時(shí)間!
0
"和工作
溫度!
8
"的故障概率空間#然后運(yùn)用事故樹對(duì)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
進(jìn)行描述#進(jìn)而化簡(jiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)#最后根據(jù)各個(gè)原件的故障概
率空間繪制整個(gè)系統(tǒng)的故障概率空間$ 表明#經(jīng)典事故樹無(wú)
法表示多因素影響條件下#單個(gè)元件的故障情況$ 只能使用
二元甚至多元事故樹才能描述多因素影響下的元件故障情
況#進(jìn)而描述多個(gè)元件組成系統(tǒng)的故障概率的分布$
9 電氣元件可靠性分析
為更好的進(jìn)行描述# 這里設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電器系統(tǒng)進(jìn)行論
述#該系統(tǒng)由二極管組成#二極管的額定工作狀態(tài)受很多因
素影響#其中主要的是0 和8
$ 針對(duì)由這兩個(gè)因素影響的電器
系統(tǒng)作為研究對(duì)象$ 系統(tǒng)中有五個(gè)基本元件9
!
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"
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+
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#
#
并設(shè)為受0 和8 有明顯影響的元件#其經(jīng)典事故樹圖! 所示$
該系統(tǒng)的事故樹化簡(jiǎn)得;
%
O038P
#其中
%!
!3"3%3+3
" #
# 同下#是0 和8 作為自變量的函數(shù)$ 當(dāng)0 和8 兩
方面之一故障時(shí)元件就發(fā)生故障# 根據(jù)邏輯或的概念>
%
O038P
如下式&amp;amp; 收稿日期!
"$!%,!",!% 稿件編號(hào)!
"$!%!"$Q+
作者簡(jiǎn)介!趙群!
!Q*Q
&amp;amp;"#男#遼寧葫蘆島人#碩士#講師$ 研究方向'船舶電氣技術(shù)(檢測(cè)技術(shù)$
電子設(shè)計(jì)工程
C8:>;9427> <:F7H2 C2H72::972H
第"" 卷
R48J""
第"$ 期
'4J"$
"$!+ 年!$ 月
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圖! 電氣系統(tǒng)的事故樹
I7HJ ! C8:>;97>68 F@F;:A 5618; ;9::
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!必須先確定%
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!#'和%
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$
!$'
" 設(shè)系統(tǒng)中單個(gè)元
件發(fā)生故障后不可修! 系統(tǒng)排除故障是通過更換元件實(shí)現(xiàn)
的" 則%
#
"
!#'可以認(rèn)為是不可修系統(tǒng)的單元故障概率!并設(shè)故
障達(dá)到()*** * 元件應(yīng)該更換#這個(gè)數(shù)據(jù)可以通過給定系統(tǒng)
故障率反分析得到!通常比這個(gè)值小得多$!如式+,'所示% 對(duì)
于%
"
$
!$'
!電器元件的正常工作都要有一定的工作溫度范圍!
高于或低于該溫度范圍元件就發(fā)生故障!將該規(guī)律表示為余
弦曲線!如式!-'所示"
&amp;amp;
"
#
!#'$()****$%&amp;amp;'
&amp;amp;!#
.!#$*),%( - +,'
&amp;amp;
"
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,
+-#
式中&amp;amp;
! 為單元故障率!
( 為溫度變化范圍%
實(shí)際上不同類型的元件有不同的使用時(shí)間壽命和適宜
工作溫度的范圍!假設(shè)了他們的使用范圍!研究的工作時(shí)間
范圍##4("%((5天!工作溫度區(qū)間$#4("6(5 !7
% 并根據(jù)式#
,
$
和式#
-
$計(jì)算得到&amp;amp;
"
#
!#'和&amp;amp;
"
$
!$'在各個(gè)范圍內(nèi)的表達(dá)函數(shù)關(guān)
系%
&amp;amp;
"
#
!#'和&amp;amp;
"
$
!$'在各自研究范圍內(nèi)不是連續(xù)的!而是分段函
數(shù)% 各函數(shù)的分段表示如表% 所示%
表! !
"
#
$#%和&amp;amp;
"
'
$'%在研究區(qū)域內(nèi)的表達(dá)式
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"
#
$#% ( &amp;amp;
"
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$'%
'
) &amp;amp;'()&amp;amp;**+,- +- ./&amp;amp; *.012 ")&amp;amp;"
由表, 和公式(
%
$可構(gòu)造出系統(tǒng)元件的故障概率空間
分布及其等值曲線!如圖, 所示%
圖, 中!
)
%"6 的故障概率空間分布及其等值曲線都是不
一樣的!這是由于其# 和* 的影響造成的% 就工作時(shí)間# 而言
在各元件的研究時(shí)間區(qū)域內(nèi)!故障概率空間分布圖中有兩個(gè)
或- 個(gè)區(qū)域的故障概率明顯降低!是由于元件達(dá)到故障概率
()*** * 時(shí)更換新元件造成的% 實(shí)際上這個(gè)更換時(shí)的故障概
率可以通過設(shè)定整個(gè)系統(tǒng)的故障概率!使用多元事故樹空間
理論反演得到!實(shí)際計(jì)算得到的故障概率要小得多% 就工作
溫度* 而言!由于使用余弦曲線作為表示函數(shù)!故障概率最
小的位置在適應(yīng)溫度范圍的中間處% 從圖像上看!元件故障
概率較小的部位集中在溫度范圍的中間區(qū)域% 但是!元件事
故概率可以接受的范圍在圖上是較少的!這是由于使用二元
事故樹表示元件故障概率的必然結(jié)果% 兩個(gè)概率的疊加使元
件總體故障概率增加了!這種現(xiàn)象使用經(jīng)典事故樹是無(wú)法分
析的% 當(dāng)然!也有元件更換周期過長(zhǎng)的原因%
3 電氣系統(tǒng)可靠性分析
由圖% 系統(tǒng)事故樹化簡(jiǎn)得!式(
8
$如下&amp;amp;
+$,
%
,
,
,
-
3,
%
,
8
3,
-
,
6
!8'
由經(jīng)典事故樹理論得到系統(tǒng)故障(頂上事件$發(fā)生概率!
如式(
6
$所示&amp;amp;
&amp;amp;
+
!#"*'$&amp;amp;
%
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-
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-
&amp;amp;
8
&amp;amp;
6
!6'
由式(
6
$可知!
&amp;amp;
+
!#"*'是反映電氣系統(tǒng)故障概率的函數(shù)!
該函數(shù)由9
%"6
!#
!
*'決定!又由式(
%
$!可知&amp;amp;
+
!#"*'是由&amp;amp;
%"6
#
!#'和
&amp;amp;
%"6
*
!*'
!即&amp;amp;
+
!#"*'是由# 和*的函數(shù)!由&amp;amp;
+
!#"*'
)
# 和* 構(gòu)成的三
維概率空間分布及其等值曲線如圖- 所示"
4 結(jié)果分析
從圖- 上圖可知!系統(tǒng)故障概率在#$( 時(shí)刻附近最低!主
趙群基于二元事故樹電氣系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)方法
#%8-#
圖! !
"!# 的故障概率空間分布及其等值曲線
$%&amp;amp;' ! !
"!#
()*+%*, -%(+.%/0+%12 13 3*%,0.4 ).1/*/%,%+5 *2- 460%7*,42+ 80.74
圖9 系統(tǒng)故障三維概率空間分布及其等值曲線
$%&amp;amp;' 9 :;.44<-%=42(%12*, ()*+%*, -%(+.%/0+%12 13 +;4 ).1/*/%,%+5
13 (5(+4= 3*%,0.4 *2- >+( 460%7*,42+ 80.74
要原因是系統(tǒng)中所有元件在"?@ 時(shí)刻同時(shí)進(jìn)入使用狀態(tài)!這
段時(shí)間各個(gè)元件的故障概率都很低!使整個(gè)系統(tǒng)的故障概率
降低" 在使用溫度方面!多數(shù)元件的使用溫度都在!@ "A 到
9@ "A
!所以系統(tǒng)在這個(gè)溫度區(qū)間工作的故障概率較低" 但是
隨著時(shí)間的發(fā)展!元件的故障概率不斷增大!開始有元件被
替換掉!同時(shí)其他元件還維持原有故障概率曲線趨勢(shì)繼續(xù)發(fā)
展!使更換的新元件對(duì)系統(tǒng)故障概率減小的作用被抵消" 各
元件的更換周期不同導(dǎo)致新元件提高系統(tǒng)可靠性的能力相
互抵消! 使除"?@ 附近外其他區(qū)域的系統(tǒng)故障率很高" 圖9
下圖可看出!各個(gè)故障概率形成孤島!除上面分析的特點(diǎn)外!
各孤島的在溫度上的中心并不一致!這也反映了在該時(shí)刻更
換了元件并且這些元件的適應(yīng)溫度范圍都不一樣"
! 結(jié)論
實(shí)際上!二元事故樹對(duì)系統(tǒng)故障概率的分析!得到的空
間概率分布圖!完全可以應(yīng)用到更為廣泛的實(shí)際問題分析"
比如可以根據(jù)上文中的分布結(jié)果! 調(diào)整各個(gè)元件的更換周
期! 使在時(shí)間連續(xù)的范圍內(nèi)系統(tǒng)故障概率一直保存小于某
個(gè)值!這個(gè)值可能是外界對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求" 進(jìn)一步!可
以通過滿足這個(gè)外界對(duì)系統(tǒng)要求的可靠性的所有更換元件
的方案中! 找出更換周期最長(zhǎng)! 即更換頻率最小的一組方
案!從而節(jié)省開支" 這對(duì)實(shí)際的系統(tǒng)也是重要的" 上述分析
證明二元或多元事故樹對(duì)電氣系統(tǒng)的分析是全面的! 具體
的!可以看出各個(gè)元件和整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于工作時(shí)間" 和使用溫
!電子設(shè)計(jì)工程"
!@"B 年第!@ 期
#"BB#
度! 的分布關(guān)系!從而應(yīng)用到較為現(xiàn)實(shí)的問題中"
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討大會(huì)論文集!
'((P&amp;amp;
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6C [@FD?D;; 8DB[6FK BDA486?6>?@A5B@68 6C H5A4!
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!*# 趙春玲&amp;amp;&amp;amp;2 W N平臺(tái)下開發(fā)三層架構(gòu)g@8U6FT應(yīng)用程序簡(jiǎn)
介!%#&amp;amp;信息技術(shù)與信息化$'(""+*,-))0)*&amp;amp;
3R=Z Y4780?@8<&amp;amp;N4D @8BF6I7AB@68 B6 IDED?6> 5 B4FDD0 B@DF
g@8U6FT 5>>?@A5B@68 H5;DI 68 &amp;amp;2WN >?5BC6FT!%#&amp;amp; 18C6FT5B@68
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趙群基于二元事故樹電氣系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)方法
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