应用工业安全可靠性评价技术评价电力变压器的探讨
陈谷红 。李福兴 。高凯(1．上海达赫科技发展有限公司，上海200042；2．华东电力试验研究院，上海200437)
摘要：运用最新工业安全可靠性评价技术(网络模型法、故障树法、马尔可夫模型法、故障模式和失效分析法)，深入分析了重要的输变电设备—— 电力变压器的可靠性。计算了变压器串联和并联模型的可靠度；构建了变压器故障树简化模型，并进行了定性和定量分析；构建了变压器马尔可夫状态转移模型，并介绍了多种可靠性指标的计算方法；介绍了故障模式和失效分析的步骤和实例。
关键词：故障模式；变压器；可靠性评估
作者简介：陈谷红(1963一)，男，从事安全可靠性评价和检测工作。
中图分类号：TN773 文献标识码：B 文章编号：1001—9529(2006)07-0083-05
Application of evaluation technology of industrial safety and reliability to power transformers
Abstract：With the latest evaluation technology of industrial safety and reliability，namely Network Modeling，Fault Tree Analysis，Markov modeling，Failure Mode and Effect Analysis，the reliability of the power transformer which is an important power transmission equipment is analyzed in detail．The reliability of transform e~ in series and parallel models is calculated，and the simplified fault tree model for transform ers is constructed，with quantitative and qualitative an alysis being carried out．The Markov state tran sfer model for ransform e~ is built，an d some calculation method s for reliability indices are introduced．Th e steps of failure mode and efect analysis are presented，as well as the application case．
Key words：failure mode；tran sform er；reliability evaluation
1 安全可靠性评价方法和工具
1．1 网络模型法(Network Modeling)
许多用于工业控制应用领域的模块和系统都可以通过简单的网络来建立分析模型。这些网络可以表述系统元件的构成形式，如：串联、并联或是串并联组合。在使用可靠性分析网络模型法时，首先将系统的物理模型转换成网络模型，然后用或然率的结果分析模型。这要求充分了解系统的运行，包括正常状态和失效状态。一个可靠性网络模型由组成系统的模块或元件以及相互间的连线构成，其连线表示系统模块或元件间的物理关系。
如果能找到一条从左到右的可靠性通路，这些通路中的相关元件就足以保证系统的运行。对于一个给定网络的可靠性，可用或然率规则进行评价。在运用或然率规则时，一般假设网络元素及其或然率彼此独立，互不干涉。通常“成功率”指的是可靠性或者是可用性。可靠性是指如果工作系统是不可修复的，该系统在某一段时间内的成功率；可用性是指如果工作系统是可修复的，该系统在某一时候的成功率.
1．2 故障树分析法(Fault Tree Analysis)
故障树分析法是一种由上而下，由果到因的逻辑推理方法。从具体的故障结果出发，以分支结构和逐层细化的方式寻找出所有的直接和间接因素。它有助于诊断复杂系统的设计问题。故障树分析法的最终分析结果是用图形来表达的。它将所有可能引起系统失效的事件组合在一起，找出系统中弱点和缺陷。故障树分析法能为安全可靠性分析提供更加详细的文件和条理清楚的阐述。一份成功的故障树分析报告就是一份非常有价值的工程文件，能清楚地描述系统是如何在不同的故障情况下运行的。
在工程设计时，故障树分析法主要用于帮助找出潜在的设计弱点和缺陷。故障树分析法在分析失效和事故原因时也显得特别有价值。所有的触发事件和促成事件都将以图形方式来表示事件和导致的事故之间的全部关系。
故障树法的分析过程从确定问题出发，在研究并掌握系统是如何运作以后，设法找到引起某一特定事件的所有可能性。对于每一项可能的因素，进行深入探索，直至找出其触发事件或基本的原始故障。
1．3 马尔可夫模型法(Markov Modeling)
在工业领域中，可修复系统是非常典型的系统。通常系统在安装时，必须考虑到一旦发生故障，可以通过模块替换的方式予以修复。从可用性和安全性角度出发，这样的系统有很多优点。
建立具有多个可修复模块的和不同故障容忍度的系统配置，可使系统在很低的失效率状态下连续运行许多年。修复需要花费时间，简单的可靠性网络模型法不能直接用于需要考虑修复时间的系统。作为一个可靠性和安全性的模型技术，马尔可夫模型法可用其状态图来完成这项任务，是一套完整全面的评价工具。
马尔可夫模型(见图1)用某些元件代表系统的成功状态，有的代表系统失效状态。图中也必须能包括不同的换效模型。马尔可夫模型能用一个简单的图形描述一个可容忍故障的控制系统完整的运行状况。当系统被完整地建立好后，它就能显示整个系统的成功状态。同时也将显示系统的降级状态，虽然在该状态下系统还能成功运行，但很容易进一步趋向失效。状态图也能表示所有的失效模式。
1．4 故障模式和效应分析法(FMEA)
故障模式和效应分析法是一个系统技术，被设计用于找出问题，它是一个由下而上的方法，从排列系统所有元件的详细清单出发，每次分析其中一个元件，根据需要可将系统分门别类地划分为各子系统和模块。因此故障模式和效应分析法可以按照所划分的组别进行操作。
故障模式和效应分析法的基本操作步骤：
(1)列出系统所有元件；(2)针对每个元件，列出所有的故障模式；(3)针对每个元件／每种故障模式，列出其对上一级系统的影响；(4)针对每个元件／每种故障模式，列出其影响I拊严重程度。
故障模式和效应分析法是以表格形式生成文件的，具体操作格式见表1。计算机的电子数据表便是生成这类表格理想的工具。从第1～9列，表中的每一项都有特定的含义。表格的行数取决于系统元件的数目，其内容根据元件在系统中的
作用不同而定。
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2 应用实例及探讨
变压器由于结构复杂、部件繁多，使可靠性评估相当困难。一般是通过对在运和停运变压器数量和时间的统计来计算，诸如强迫停运率、可用系数、连续可用小时等指标，属于后验性分析。对运行单位和制造厂而言，最有实用价值的方法是对设备的可靠性进行先验性的评估。
3 结论
对于变压器这种复杂系统，综合采用多种可靠性评估方法，不仅可以得到多种可靠性指标数据，而且可以从多角度对可靠性的影响因素、故障机理、故障危害度以及状态转化关系进行分析，并可以找出各部件中的薄弱环节、故障发展的逻辑关系。从而有针对性地提高部件质量，合理规范维护检修周期和内容，科学定义并联运行备用设备、器件，大大提高运行效率。虽然可靠性评估现仅采用了简化模型、演示计算和分析，但评估结果对于分析变压器运行可靠性，确定故障薄弱环节，掌握故障发展过程等，具有一定的现实意义。
