基于Isograph事故树分析在自动报警系统中的应用

夏青耐　戴晓江　徐丹

摘要：为了在我国现代电力中更好的应用新技术新工艺，以达到自动化生产与安全管理的目的。以某一大型火力发电厂为例，在充分认识到电厂火灾自动报警系统的基础上，利用Isograph软件，建立事故树和进行事故树分析，详细介绍了Isograph软件基于事故树分析的过程和方法，分析研究的结果显示了系统的可靠性和事故树分析技术在电厂消防安全中所体现的重要价值。

关键词：火灾自动报警系统； 事故树分析； Isograph； 火电厂

中图分类号：TN964?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2013）02?0168?03

由于近年来，越来越先进的技术特别是在中国电力行业的保护系统使用，更多、更复杂的内部结构，自动化的程度也越来越高，因此，火灾自动报警系统的安全性和可靠性也受到了更多的关注。事故树分析（FTA）技术，是安全性分析和系统可靠性工程设计的最佳手段【1】。

从20世纪60年代初，事故树分析技术诞生，特别是在最近几年的发展，影响了许多先进国家的工程师和可靠性专家。工程中的理论研究结果已经被非常广泛的应用，使它成为国际上公认的最为简单有效的故障诊断分析和可靠性分析方法之一。它可以引导的优化系统设计，维修作业和薄弱环节的分析是一个非常强大的工具。Isograph可靠性软件是隶属于英国Isograph公司下的软件产品，广泛应用于工业，能源，电子，航空航天，船舶，铁路，电力，教育，医药等12个大的行业。事故树FaultTree+是 Isograph公司的事故树分析工具，软件的贡献为可以快速检索的定位逻辑门或事件，可以在图形和数据进行了动态管理，进行精确的计算和简化计算，并提供更多的优化功能[2]。

1 事故树分析技术

事故树分析的基本程序，往往会因为分析的目的不同、不同的评价对象而不同，但一般可按如图1进行。

1.1 确定顶事件

创建一个熟悉的系统的事故树，必须首先要确定顶事件。顶事件可以选择取决于分析目的而考虑系统的技术性能，经济，安全和可靠性的重大故障事件。火灾自动报警系统的可靠性，安全性分析，将一个更高层次的风险事件作为顶事件，如湿式自动喷水灭火系统，预作用自动喷水灭火系统，水幕系统和雨淋系统等，这些事件的风险会有一个显著的影响。

1.2 建立事故树

首先应该熟悉系统的事故树明确的建立目标，分析，以确定事故的标准，确定该系统的边界，不感兴趣或事件没有成熟的原因，可以直接用来作为底事件，而不进行分析。创建事故树应更全面地了解该系统的功能和结构原则，对事故原因的分析会更准确，事故树的建立将更加全面[3]。

火灾自动报警系统的主要功能如下：火灾发生时，探测器将发射信号传输到报警控制器，通过声、光信号表现，在控制面板上显示火灾发生位置，以达到预期报警目的，或手动报警。火灾自动报警系统的组成如下：

（1）探测器。烟雾探测器，火焰探测器，感温探测器。

（2）手动报警装置。手动报警按钮。

（3）控制报警探测系统。集中报警，区域报警，控制中心报警。

火灾自动报警条件为：探测器探测到火警信号，并且传输到报警控制器，此时有声音的表现和光信号出现，然后控制面板显示屏显示火灾位置。正常情况下，没有异常。本文运用Isograph软件，如图2所示，建立火灾自动报警系统的事故树，所有的事件均在表1显示。Isograph可以建立庞大而复杂的事故树，并有显示功能和分页编辑功能。

1.3 定性分析

事故树的定性分析，首先就是求最小割集。其基本目的是找出所有可能发生的事故，导致顶事件的出现，因此，帮助确定事故隐患，避免遗漏重要的事故，以帮助指导事故的诊断，进行维修计划。

求最小割集通常会用下行法或者是上行法，但是利用Isograph软件可以不简化事故树就能直接求得最小割集[4]。图2中，事故树的最小割集结果为：X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，因此，可以看出底事件发生的直接结果，将会导致顶事件的发生。底事件X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7对顶事件的影响具有同等的重要性。

1.4 定量分析

事故树的最小割集确定以后，可以使用事故数据进行定量分析。定量分析的内容为：计算顶事件概率和计算底事件的重要度。

1.4.1 顶事件发生概率计算

图2火灾自动报警系统

在软件对话框中，输入故障率和修复率。如果没有修复率数据，就输入惟一的故障率相关数据，是系统默认的不可修部件的一部分。底事件的故障率应用到软件中后可以在定量风险评估的故障频率的基础上得到顶事件的故障频率。

1.4.2 重要度的分析

重要度：故障事件中的一个组件或者是系统的割集的顶事件所发生概率的影响，是时间的函数，是组件和系统结构的可靠性参数。它对于预测和分配系统的可靠性，操作和维护，以及存储管理的重要程度，起到了指导作用[6]。例如，元件的可靠性参数的变化，可以引起系统的可靠度变化；按照组件的重要顺序来检查，修理，发现故障和较大的元件的重要性改善，从而提高了系统的可靠性。

Isograph软件可以用来计算以下重要度：

（1）Birnbaum重要度（概率重要度）。概率重要度被定义为：从正常情况下到故障发生的第i个组成部分，系统从正常然后到故障状态的概率。它反映的是基本概率事件得变化对系统变化的可能性影响[7]。

（2）福塞尔和维斯利重要性（FV重要度）。福塞尔和维斯利的重要研究发现：只有在关键状态下的组件是不够的，还必须掌握组成部分在非关键时刻的重要度。所谓非关键状态，是指当组件从正常到故障状态，顶事件不会发生，但组件对顶事件发生的概率有一定的影响的状态。

（3）BarlowProschan（BP重要度）。BP重要度，是指组件在过去一段时间里发生故障对顶事件发生概率的影响。

1.5 分析结果

从分析结果可以看出，底事件X1（烟雾探测器故障），X2（感温检测器故障），X3（火焰探测器故障），X4（手动报警按钮故障），X5的（区域报警故障），X6（集中报警故障），X7（控制中心报警故障）对于顶事件的发生，其影响是非常大的。它可以从图2显示出，X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7任何一个发生，会导致顶事件发生，即火灾自动报警系统出现故障。因此，为了避免此类故障的发生，根据安装环境，选择适当的灵敏度探测器，在安装时，应避开风口和风速较大的渠道，定期检查，清洗和更换探测器视情况而定[8]。检查机器，故障排除，或按照下面的方法，由一个外部表或诊断程序检查，以确定故障。损坏后如果及时更换，将不会影响系统的运作。用表检查绝缘水平，检查连接器，布线，采用焊接，塑封和其他技术手段。这将会减少顶事件发生的概率，达到降低风险的最终目的[9]。

2 结 语

本文介绍了使用Isograph建立事故树和事故树分析的方法，特别是对软件的故障率和重要度的计算方法的解释。使用Isograph软件进行事故树分析，可以大大的提高故事树分析的效率，同时，也提高了事故树分析的准确性[10]。事故树分析法简明，直观，图形化和易于理解，是对电厂火灾自动报警系统进行安全性、可靠性、部件重要度分析等的有效数学工具。用事故树分析危险事件之后，能够分析出危险事件的风险量化水平，并且提供一个更科学，更准确的评估结果。

参考文献

[1] [美]KUO W.最优可靠性设计：基础与应用[M].郭进利，阎春宁，译.北京：科学出版社，2011.

[2] 周正伐.可靠性工程技术问答200例[M].北京：中国宇航出版社，2011.

[3] 曾声奎.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2011.

[4] [美]PECHT M G.可靠性工程基础[M].北京：电子工业出版社，2011.

[5] 黄本功，戴晓江.火力发电厂特殊消防系统维护管理探析[J].中国科技纵横，2012（9）：73?74.

[6] 张长敏.电力生产过程中的人因失误分析[J].电力安全技术，2010，12（4）：34?36.

[7] 中华人民共和国公安部.GB50116?98火灾自动报警系统设计规范[S].北京：中国计划出版社，1999.

[8] 国防科工委.GJBz768A?98故障树分析指南[S].北京：国防科工委军标出版社，1998.

[9] 佚名.FaultTree+ll.2故障树中文使用手册[M].北京：北京世纪坐标科技有限公司，2009.

[10] 张丽娜，武彤，刘金安，等.基于Isograph的故障树分析技术在轨道客车中的应用[J].机车电传动，2011（6）：38?40.