断路器故障原因分析

断路器故障原因分析

洪安建

福建省万维新能源电力有限公司 福建福州 350003

摘要：在现代社会中，电力的发展水平越来越高，其现代化程度也越来越完善，结构也就越来越复杂精密。与之同时存在的还有故障判断、检测、维修等各方面的问题。因此，如何能有效预防故障，及时准确检测故障并排除故障，是保障电力供应稳定、可靠的关键所在。

关键词：断路器 故障 电力系统

电力已然成为关乎国民经济发展和人民生活的关键能源之一，没有安全稳定的电力供应，别说国民经济发展寸步难行，就连人民的生活、工作、学习都会受到严重的影响。因此，在现代社会中，电力的发展水平越来越高，其现代化程度也越来越完善，结构也就越来越复杂精密。当然，与之同时存在的还有故障判断、检测、维修等各方面的问题。因此，如何能有效预防故障，及时准确检测故障并排除故障，是保障电力供应稳定、可靠的关键所在。

电力系统中断路器有着重要位置，但断路器内部构件复杂，出现故障的原因众多，很难判断和分析。因此，引入故障树分析法，了解相关知识和表示方法，能够为诊断断路器故障提供理论基础，为进一步研究断路器相关故障打下夯实的基础。本文首先分析了故障树分析法的基本理论内容，对故障树的构建、数学模型的建立、分析等进行了分析，并分析了断路器的可靠度和不可靠度，这就为判断和分析断路器故障提供一定的参考。

一、故障树理论

一是故障树构建。当今，业内流行以分析、判断系统可靠性和可用性为基础的故障树法被人们普遍应用。其主要针对硬件、软件、环境、人为等可能造成失效的各类因素加以分析预测来建造相对应的故障树，并从这些方面来判断系统失灵原因及其发生的几率，实际上，这么做的主要目的还是为了更好的预防、纠正故障发生的可能性，以此来提高整个电力供应系统的稳定性和有效性。分析问题的关键是要正确的构建故障树。而在构建故障树过程中，又分为顶事件、中间事件和底事件三种类型。在构造过程中，为了简化工作量，简洁表达故障因果，会用相应的符号和逻辑门把三者绘成树形逻辑图的形态，这就是故障树。其中，顶事件是指逻辑分析的目标为系统最不希望发生的故障；中间事件是指在顶事件发生后继续找出故障发生的所有原因；而底事件则是继续再跟踪寻找导致中间故障的直接原因，直至引起事件发生的全部的内部件所有状态。选择和确定顶事件、分析顶事件、分析每一个与顶事件直接相联系的输入事件及重复前三项的工作等共同组成了构造故障树的四个完整步骤。其中第一项是系统最不想发生的事件或者指定性的逻辑分析故障事件；第二项是引起事件发生的各类原因及其逻辑关系；第三项是继续的分析输出事件，解决问题；而第四项是对前三项的重复及补充，然后再逐级向下分解，直接最后不需要再分解或不能再分解为止。至此，一个倒置的故障树形成，这四个步骤在构造故障树过程中缺一不可。

二是故障树数学模型构建。假设：xi(t)为底事件，Mi(i＝1，2…n)处于时刻t的状态，用亮点取值表示，则底事件可如下表示：

（1）处于t时刻发生底事件的概率就等于Bi这类随机事件的期望值。

（2）由于底事件Bi必然是顶事件M的函数值，那么对于故障树来讲，用M[X(t)]来表示处于t时刻顶事件的状态。

（3）顶事件M处于t时刻发生的几率pi＝E{M[X(t)]}＝p[{M[X(t)]＝1}] (4)，这其中X(t)＝{x1(t)，x2(t)…xn(t)}是时间向量

一般用结构函数来叙述故障树，这样的话，任何已知故障树都可以找到其相应的结构函数，方便对故障树的定性分析和定量计算，而且更可以简单的看成与门和或门的组合，如图1

T4＝B5＋B6

T3＝B3＋B4

T2＝B2＋B1

T1＝T2T3T4

三是故障树的定性分析。找出防止顶事件发生的原因并加以评价，为改善系统而采取相应措施，使顶事件发生的数目降到最少即出现最小割级，是建立故障树的重要目标之一。在理论上，顶事件恒不发生是最好的状态，这也就要求找到使每个最小割集至少有一个底事件恒不发生。如果这种状态实现，那么系统的最小割集则对于整个系统来说具有重要意义，必须找到。而用等效的布尔代数表达式中的上行法和下行法是求最小割集的最有效方法。据研究，断路器故障是由 2 个一阶最小割集、3 个二阶最小割集、1 个三阶最小割集共同组成。然而在实际操作过程中，这种情况是几乎不可能发生的。

四是故障树的定量分析。故障分析时，不仅要对顶事件发生的各类事物进行分析还要利用底事件的发生几率来评测顶事件的发生几率，这样做的目的是可以更好的做出风险评价，以此来准确的断定每一个最小割集的发生几率，使系统达到安全可靠性。因此，定量分析的内容也就包括评定顶事件发生的概率、底事件发生的概率、系统的可靠度和不可靠度等这几项。

(1)顶事件概率。设此时最小割集是相互独立，则

式中Φ———全部对象系统

Y(t)———整个系统底事件的总数

m———最小割集数

Fk(t)———底事件 k 发生的不可靠程度

式中 λk———基本单元发生故障几率

(2)可靠度和不可靠度。在规定时间(或者操作次数)内完成规定功能的概率就是产品的可靠度，它是时间的函数，通常用R(t)表示。断路器故障和系统失效分布均服从指数分布，准确的指数分布由函数表示

式中λ———故障率，为常数（指数分布）

F(t)———不可靠度

故障树中基本事件的发生几率是得出顶事件发生几率的基本立足点，而与之不同的是底事件的几率则是依据经验数据得到的，因此底事件具有模糊性和不确定性，这也是需要故障树分析法和专家分析相结合的原因，也只有这样做才能有效的保障整个电力系统的安全性、稳定性和可靠性。

二、断路器的可靠度和不可靠度

众所周知，故障树中底事件发生几率是通过经验值、专家评测及模糊理论相结合的方法取得，这样综合测评得到的结果较为准确。以此就可得到顶事件的发生几率。而凭借其可靠度和不可靠度两层关系，可以进一步研究分析出整个系统的可靠度与不可靠度。

三、结语

故障树分析法的安全性和可靠性使它在业内广为流行。人们不但利用故障树分析法这种方法来判断断路器的故障发生路径，还能为故障发生找到原因并能为制定相关措施找到依据，这样有极大的提高了断路器工作的稳定性和可靠性。当然除了故障树分析法之外，相关领域的专家也发挥着重要的作用，尤其是在处理故障树分析法无法确定原因的，带有不确定因素的底事件时，大多是在采用模糊集理论的基础上加之专家的判断检测，可大大减少因“防护措施不当”这类底事件发生的几率。故障树分析法和模糊集理论二者相结合的处理方法为处理故障树拓宽了思路，也为研究了近10年断路器的有关可靠度与否及其检修工作提供了重要的理论依据。

参考文献：

[1]周岩,董菲菲.高压变电站高压电气设备状态检修策略分析[J].科技视界,2017

[2]赵雨希.变电站高压运行中电气设备的状态检修[J].通讯世界,2017