可靠性评估与故障分析优选文档
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当系统中任一个底事件发 生时，则顶事件发生。
割集 设故障树由n个基本事件X1, X2, • • • , Xn组成,而Ci ={Xi1 , Xi2，• • • , Xim}为任一故障事件集合，如果Ci中每一事件都 发生时，顶事件就发生，则称Ci为故障树的割集。
最小割集 在割集中存在一种割集，如任意去掉其中一个底 事件后，便不再是割集，则这种割集被称为最小割集。
可靠性评估与故障分析
（优选）可靠性评估与故障分 析
可靠度及可靠度函数
产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率称为 可靠度。依定义可知，可靠度函数R(t)为：
R(t) N0 r(t) N0
N0 — t =0时，在规定条件下进行工作的产品数； r(t)—在0到t时刻的工作时间内产品累计故障数
我国电力变压器主要故障类型演变
3.3 设备失效的故障树分析（FTA）
如何对这些故障进行归纳和组织，以便更清晰地反映 故障间的因果关系。成为进一步研究的重点。
故障树分析方法（Fault Tree Analysis）简称FTA法。 是一种将系统故障形成的原因由总体至部分按树枝状逐级 细化的分析方法。
3.3.1 故障树的建树
为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故障率随时 间的变化大致可以分为三个阶段：
(t)
规定的
A
故障率
早期 故障
使用寿命
偶然故障 图 产品典型的故障率曲线
B
维修后故障 率下降
耗损故障
t
平均寿命
平均寿命是寿命(无故障工作时间) 的平均值，一般记为MTBF （mean time between failures）。表示无故障工作时间T的期 望E (T) 。当产品的可靠度为R(t)时，平均无故障时间可表示 为：
供电可靠率：在给定时间内用户用电需求得到满足的时 间百分比。亦即对用户有效供电时间总小时数与统计期 间小时数比值的百分数。 供电可靠率=（用户有效供电时间/统计期间时间）×100%
=（1－用户平均停电时间/统计时间）×100%
故障率（失效率）
工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生 故障的概率，称之为产品的故障率。有时也称为故障率函数或风 险函数.用数学符号表示为：
全国变压器事故部位分类表
由于故障发生后几乎所有的证据都不复存在，所以往往 难以根据事故的原始状态准确无误地说明究竟是什么原 因使设备损坏的。因此，一般所说电力设备的击穿原因 往往是一种推测 。
设备故障与生产工艺和运行环境密切相关，由于不同时 期设计的设备结构不同，所以引发设备事故的主要故障 类型也在逐渐变化 。
割集代表了系统故障发生的一种可能模式。而最小割集则 表征了系统故障的充分必要条件，它是导致故障树顶事件发 生的数目最少而又最必要的底事件的集合。其意义在于它能 描述系统故障时所必须要修理的基本故障，代表系统中的薄 弱环节。
考虑由n个不同的独立底事件 构成的故障树，化简后的故障树
之顶事件的状态 完全由底事件
的状态Xi (i=1，2，…n) 的取值所 决定(共2n个状态)
底事件 顶事件
取值 含义 0 事件不发生 1 事件发生 0 事件不发生 1 事件发生
故障树可用布尔函数,即结构函数来表示
T (X) = T (X1, X2, • • • , Xn)
与门结构故障树
T
或门结构故障树
T
x1 ... xi ... xn
x1 ... xi ... xn
与门结构函数为
或门结构函数为
n
(X)xi mix1n ,x2(, xn) i1
当全部底事件都发生(即全 部xi都取值1)时，则顶事件才 发生（Φ(X)＝1）。
n
(X)xi max1,xx2,( xn) i1
通常采用演绎法建立故障树：
首先将威胁设备安全运行需尽快安排检修 的情况作为顶故障。 导致顶故障发生的中间级故障是按设备主 要组件故障划分的。 进一步根据故障间的因果关系，可以分别 找出导致中间级故障的更基本的故障原因－ 底故障。
或门 与门
终端头 密封不良
导体连接故障
Or
应力锥故障
Or
终端头故障
MTBF0 R(t)dt
电力系统常用的描述可靠性的指标：
✓ 供电可靠率：在给定时间内用户用电需求得到满足的时间
百分比。亦即对用户有效供电时间总小时数与统计期间小 时数比值的百分数。 ✓ 用户平均停电分钟数SAIDI : 用户持续停电的总分钟数除以 用户总数，单位是分钟/(用户年) ✓ 用户平均停电次数SAIFI ：用户持续停电的总次数除以用 户总数，单位是中断次数/(用户年)
3.2 电气设备故障调查
电气设备的可靠性评估，不仅要对可靠性指标评估，更重 要的是找到提高可靠性的途径。因而要对故障或者失效的 模式、机理和失效原因进行分析。失效模式分析就包括故 障调查，电气设备失效分析最常用的是故障树方法。失效 模式、机理、原因的分析也是设备状态监测、故障诊断的 主要内容。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
故障＝设备的“病”
(t) dr(t)
Ns (t)dt 式中 (t) ——故障率；
dr(t) ——t 时刻后，dt时间内故障的产品数；
N s (t) —残存产品数，即到t 时刻尚未故障的产品数。
分析可知，可靠度函数 、失效率函数之间的关系为：
R(t) e0t(t)dt
大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称之
瓷套管表面 脏污
Or
毛毛 雨、露
水
盐雾
冰霜
酸碱 性尘埃
污染
导电尘 污染
长期 积污不
清扫
局部放电
Or
水树
电老化 热老化
机械 老化
环境 老化
Or
气泡
裂纹
杂质
突起
制造 或安装
受潮
沿接头 进水
金属护套 密封不良
3.3.2 故障树分析的数学模型
故障树的结构函数是故障树的数学表达式，它是对故障
树进行定性和定量分析的基础。
诊断
确定类型 推测原因 预测后果
为了提高设备故障诊断的水平，需要对设备故障有一个系 统的认识，这不仅有助于预防自然发生的故障，同时也有 利于阻止人们可能引发故障的过失行为。
有关故障的经验数据是人们判断和识别设备故障状态的重 要依据，如果缺乏具有本质意义的典型故障信息，则无法 得到正确的诊断知识。所以典型故障的是研究故障诊断技 术的基础。
Or
沿面放电
Or
过热故障
Or
绝缘故障
Or
终端头 倾斜
导体压 打磨不 局部尖 接不良 平整 角毛刺
内部有气 隙、水
分、杂质
绝缘距 离不够
倒角不 圆整
瓷套管沿面 界面有尖 界面分层 界面有杂
放电
角毛刺 有气隙 质、水分
导体压 接不良
绝缘太厚
Or
电树
Or
固有老化
Or
湿闪、污闪
And
异常过 电压
气象恶劣
Or
割集 设故障树由n个基本事件X1, X2, • • • , Xn组成,而Ci ={Xi1 , Xi2，• • • , Xim}为任一故障事件集合，如果Ci中每一事件都 发生时，顶事件就发生，则称Ci为故障树的割集。
最小割集 在割集中存在一种割集，如任意去掉其中一个底 事件后，便不再是割集，则这种割集被称为最小割集。
可靠性评估与故障分析
（优选）可靠性评估与故障分 析
可靠度及可靠度函数
产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率称为 可靠度。依定义可知，可靠度函数R(t)为：
R(t) N0 r(t) N0
N0 — t =0时，在规定条件下进行工作的产品数； r(t)—在0到t时刻的工作时间内产品累计故障数
我国电力变压器主要故障类型演变
3.3 设备失效的故障树分析（FTA）
如何对这些故障进行归纳和组织，以便更清晰地反映 故障间的因果关系。成为进一步研究的重点。
故障树分析方法（Fault Tree Analysis）简称FTA法。 是一种将系统故障形成的原因由总体至部分按树枝状逐级 细化的分析方法。
3.3.1 故障树的建树
为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故障率随时 间的变化大致可以分为三个阶段：
(t)
规定的
A
故障率
早期 故障
使用寿命
偶然故障 图 产品典型的故障率曲线
B
维修后故障 率下降
耗损故障
t
平均寿命
平均寿命是寿命(无故障工作时间) 的平均值，一般记为MTBF （mean time between failures）。表示无故障工作时间T的期 望E (T) 。当产品的可靠度为R(t)时，平均无故障时间可表示 为：
供电可靠率：在给定时间内用户用电需求得到满足的时 间百分比。亦即对用户有效供电时间总小时数与统计期 间小时数比值的百分数。 供电可靠率=（用户有效供电时间/统计期间时间）×100%
=（1－用户平均停电时间/统计时间）×100%
故障率（失效率）
工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生 故障的概率，称之为产品的故障率。有时也称为故障率函数或风 险函数.用数学符号表示为：
全国变压器事故部位分类表
由于故障发生后几乎所有的证据都不复存在，所以往往 难以根据事故的原始状态准确无误地说明究竟是什么原 因使设备损坏的。因此，一般所说电力设备的击穿原因 往往是一种推测 。
设备故障与生产工艺和运行环境密切相关，由于不同时 期设计的设备结构不同，所以引发设备事故的主要故障 类型也在逐渐变化 。
割集代表了系统故障发生的一种可能模式。而最小割集则 表征了系统故障的充分必要条件，它是导致故障树顶事件发 生的数目最少而又最必要的底事件的集合。其意义在于它能 描述系统故障时所必须要修理的基本故障，代表系统中的薄 弱环节。
考虑由n个不同的独立底事件 构成的故障树，化简后的故障树
之顶事件的状态 完全由底事件
的状态Xi (i=1，2，…n) 的取值所 决定(共2n个状态)
底事件 顶事件
取值 含义 0 事件不发生 1 事件发生 0 事件不发生 1 事件发生
故障树可用布尔函数,即结构函数来表示
T (X) = T (X1, X2, • • • , Xn)
与门结构故障树
T
或门结构故障树
T
x1 ... xi ... xn
x1 ... xi ... xn
与门结构函数为
或门结构函数为
n
(X)xi mix1n ,x2(, xn) i1
当全部底事件都发生(即全 部xi都取值1)时，则顶事件才 发生（Φ(X)＝1）。
n
(X)xi max1,xx2,( xn) i1
通常采用演绎法建立故障树：
首先将威胁设备安全运行需尽快安排检修 的情况作为顶故障。 导致顶故障发生的中间级故障是按设备主 要组件故障划分的。 进一步根据故障间的因果关系，可以分别 找出导致中间级故障的更基本的故障原因－ 底故障。
或门 与门
终端头 密封不良
导体连接故障
Or
应力锥故障
Or
终端头故障
MTBF0 R(t)dt
电力系统常用的描述可靠性的指标：
✓ 供电可靠率：在给定时间内用户用电需求得到满足的时间
百分比。亦即对用户有效供电时间总小时数与统计期间小 时数比值的百分数。 ✓ 用户平均停电分钟数SAIDI : 用户持续停电的总分钟数除以 用户总数，单位是分钟/(用户年) ✓ 用户平均停电次数SAIFI ：用户持续停电的总次数除以用 户总数，单位是中断次数/(用户年)
3.2 电气设备故障调查
电气设备的可靠性评估，不仅要对可靠性指标评估，更重 要的是找到提高可靠性的途径。因而要对故障或者失效的 模式、机理和失效原因进行分析。失效模式分析就包括故 障调查，电气设备失效分析最常用的是故障树方法。失效 模式、机理、原因的分析也是设备状态监测、故障诊断的 主要内容。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
故障＝设备的“病”
(t) dr(t)
Ns (t)dt 式中 (t) ——故障率；
dr(t) ——t 时刻后，dt时间内故障的产品数；
N s (t) —残存产品数，即到t 时刻尚未故障的产品数。
分析可知，可靠度函数 、失效率函数之间的关系为：
R(t) e0t(t)dt
大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称之
瓷套管表面 脏污
Or
毛毛 雨、露
水
盐雾
冰霜
酸碱 性尘埃
污染
导电尘 污染
长期 积污不
清扫
局部放电
Or
水树
电老化 热老化
机械 老化
环境 老化
Or
气泡
裂纹
杂质
突起
制造 或安装
受潮
沿接头 进水
金属护套 密封不良
3.3.2 故障树分析的数学模型
故障树的结构函数是故障树的数学表达式，它是对故障
树进行定性和定量分析的基础。
诊断
确定类型 推测原因 预测后果
为了提高设备故障诊断的水平，需要对设备故障有一个系 统的认识，这不仅有助于预防自然发生的故障，同时也有 利于阻止人们可能引发故障的过失行为。
有关故障的经验数据是人们判断和识别设备故障状态的重 要依据，如果缺乏具有本质意义的典型故障信息，则无法 得到正确的诊断知识。所以典型故障的是研究故障诊断技 术的基础。
Or
沿面放电
Or
过热故障
Or
绝缘故障
Or
终端头 倾斜
导体压 打磨不 局部尖 接不良 平整 角毛刺
内部有气 隙、水
分、杂质
绝缘距 离不够
倒角不 圆整
瓷套管沿面 界面有尖 界面分层 界面有杂
放电
角毛刺 有气隙 质、水分
导体压 接不良
绝缘太厚
Or
电树
Or
固有老化
Or
湿闪、污闪
And
异常过 电压
气象恶劣
Or