西门子EEA—22电站系统可靠性分析研究

尹文刚

摘 要 本文主要通过对EEA-22船舶电站自动控制系统的发电机控制系统SGA-23，以及柴油机自动控制系统SDA-22采用可靠性计数法进行可靠性预测，用科学的数据给出系统的可靠度及失效率预算，最后确定出系统的薄弱环节。

关键词 船舶电站 可靠性 计数法 失效率

中图分类号：TM621 文献标识码：A

0引言

船舶电站自动控制系统长期在高温、湿热和振动等不利环境下工作，故障率远远高于陆地电力系统，系统发生故障时，如果不能及时排除，将直接影响船舶的安全航行。确保船舶电力系统安全、可靠、优质、经济地运行是船舶运营的一项最基本任务。因此需要快速精准地对船舶电站自动化系统进行故障排查。可见，开展对船舶电站自动化系统可靠性方面的研究，特别是通过可靠性预计，找出系统的薄弱环节，确定系统设计过程中的漏洞，从而具体问题具体分析并采取相应的措施，将有助于提高船舶电站自动控制系统的可靠性。

1船舶电站系统

1.1船舶电站的组成

作为船舶电力系统的核心，船舶电站按其结构可分为三大主要功能板块，分别是：原动机、发电机组和配电板，为全船的所有电气设备输送高效、连续地、高品质的电能。主发电机组是船舶的主电源，应急发电机和蓄电池只作为应急电源，配置其的主要目的是提高船舶整体的安全性，一旦当主发电机出现故障，应急电源能及时地为船舶重要的设备供电，保证船员生命以及船舶的安全。

1.2西门子EEA-22电站系统

西门子生产的EEA-22船舶电站自动控制系统，该系统设备精良、功能齐全、可靠性高，是比较理想的电站自动化设备。EEA-22系统的主要功能包括：允许三次自动起动；手动/自动起停柴油机组；自动预调频及自动并网运行；自动调频调载等。SGA-23发电机自动控制装置广泛地应用于船舶电站的自动控制，该系统的组成主要以数字电路为主，该系统全部采用插入式组件，各套配置相同，对应组件可以互换，这与半导体全继电器式发电机自动控制系统有很大的不同，系统在给维护和保养工作带来方便的同时，也极大地提高了系统的可靠性水平。

2系统可靠性建模

2.1可靠性建模概述

可靠性模型包含两项内容：一是绘制可靠性方框图或网络图；二是建立相应的可靠性数学模型。

可靠性方框图是用简明扼要的直观方法表明各功能单元间的可靠性逻辑关系。其中方框代表功能单元，方框间的连线不代表任何功能单元，产品间的导线、连接器应作为功能单元放入方框内。

可靠性数学模型是计算产品可靠性的概率表达式。可靠性数学模型建立的方法有：普通概率法、布尔真值表法、状态图示法、最小路集法、最小割集法、蒙特卡罗模拟法等。

2.2可靠性预计方法

进行可靠性预计时，以往的工程经验、故障数据、当前的技术水平、以及零件、元器件的故障率都是可供参照的依据。可靠性预计的方法有许多种，产品在不同的研制阶段，由于掌握的资料、数据的详尽程度不同、预计的目的不同，所采用的方法也不同。对电气设备进行可靠性预计时，需要考虑电气设备可靠性的特点。

3西门子EEA-22电站系统可靠性预计

3.1发电机SGA-23可靠性预计及薄弱环节确定

基于前面所述元件计数法的特点，本文运用元件计数法来对EEA-22船舶电站自动控制系统中的SGA-23发电机自动控制系统进行可靠性预计。该方法预计的基础是系统中所以元器件的失效率，对给定的设备而言，式中： 为总设备的失效率；Ni为第i种通用元器件的数量； q为第i种通用元器件的质量系数； G为第i种通用元器件的通用失效率；n为不同的元器件种类数。

3.2柴油机SDA-22可靠性预计及薄弱环节确定

由于柴油机自动控制系统SDA-22有10个组件，系统复杂而且涉及到的元器件数量巨大，因此仍采用元件计数法对柴油机自动控制系统SDA-22的可靠性进行预计。我们对一个系统所能做出的最简单和最保守的假定就是，单个部件的失效将导致整个系统的失效，列出所有元件及其失效概率的估值，再将这些估值相加，其和便是系统失效概率的上限。

4西门子EEA-22电站系统可靠性结论与分析

通过对系统的分析与计算，得到了失效率较高的单元，那么对于这些薄弱单元，元件在备件的数量上以及事先维修和维护方面，应给予特别充分的准备和重视。从系统总体角度看，在所有单元电路中，可变电阻、继电器等元件由于自身失效率较高，因此对组件的失效率影响较大，要想提高整个系统的可靠性，首要的就是提高这些元件的可靠性，而它们的固有可靠性在相同的环境等的因素下基本是保持不变的。所以，要提高可靠性，除了要改善使用环境外，还要适当增加备件。

5结论

船舶电站是船舶的重要组成设备之一，它是控制电能分配的核心，其安全可靠运行对于保障船员人身安全以及船舶安全运行起着越来越重要的作用，随着船舶自动化水平的不断提高，对于机舱操作人员的技术水平要求越发严格，为了将危险系数降低，减少事故的发生率，并保证经济效益，对于研究船舶电站的可靠性水平是十分必要的。

参考文献

[1] 金碧辉.系统可靠性工程[M].北京：国防工业出版社，2010（6）.

[2] 吴志良，潘渝伯.船舶柴油机自动控制系统SDA-22原理及可靠性分析[J].航海技术，2012，7（3）：42-44.

[3] 马明伟.船舶动力发展的方向——综合电力系统[J].海军工程大学学报，2012，14（12）：53-59.