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风力发电机故障统计与分析
摘 要：本文以大唐宝丰红石山风场的许继WT2000双馈异步风力发电机组为研究对象，针对风机常见的变桨故障、冷却故障、通讯故障、变频故障、齿轮箱故障和偏航故障6种常见故障类型进行统计分析，阐述故障的处理方法，然后对风机频发的故障进行解析，为今后风机的故障监测提供重心和依据。
关键词：风力发电;故障;原因;預防
Fault Statistics and Analysis of Wind Turbine Generator
CHEN Chao
(Datang Henan Clean Energy Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450018)
随着对不可再生资源及环境保护的重视，风力发电渐渐成为城区供电的主力军。为了充分利用风能，不同型号不同能效的风力机组逐渐成型，风力发电技术也日渐趋于成熟。但是，受市场高速发展以及不同区域风能地形差异的影响，风力发电机组的可利用率并不是十分理想，监控系统有待优化。本文对特定风场特定机型的采集数据进行统计分析，从而找出风机较常见的几个故障，并提出对应的解决方法，为今后风机的故障监测提供依据。
1 风场环境及发电机组介绍
大唐宝丰红石山风电场主要分布于宝丰一带的山脊，海拔高度约420～700m，地势北高南低，具备运输和安装兆瓦级以上风电机组设备的能力。风电场70～80m高度年平均风速为6.3m/s，年平均风功率密度为266W/m2，风功率密度等级为2级。共安装23台2MW许继风力发电机组，风力发电机组出口电压为690V，每台风机配套一台35/0.69kV箱式变压器。许继WT2000双馈异步风力发电机组采用三叶片、齿轮箱、双馈异步发电机、并网额定功率为2 000kW的总体设计方案，WT2000/116机组的风轮直径为116m。WT2000/116采用变速运行的方式，以便在不同风速下能获得最优的气动效率，从而提高风能的利用效率。WT2000/116风力发电机组采用主动变桨系统。该系统允许风机根据风速的变化来调节输入功率，当风速超过额定风速时，变桨系统能通过改变叶片的桨距角来限制风轮吸收的功率，使之控制在额定范围内，且三个叶片能相互独立地变桨，其也是风机的气动刹车系统。
2 风机常见故障类型
以内陆的风力发电机组为例，风机多处于地域偏远、自然天气环境恶劣的山区之中，风速与风向一般具有频繁变化的随机性，这就导致风机经常会遭受很多较为特殊的不可抗力，对机组本身造成一定伤害，从而影响风机的可利用率。常见的故障类型主要有变桨故障、变频故障、冷却故障、通讯故障、齿轮箱故障和偏航故障。
2.1 变桨故障
变桨控制系统通过改变叶片与风向的迎角，实现功率变化来进行调节的。通过在叶片和轮毂之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动，从而改变叶片迎角，进而控制叶片的升力，以达到控制作用在风轮叶片上的扭矩和功率的目的。变桨驱动故障可以分为机械故障和电气故障。故障检查前，应首先查看故障记录，确定故障时变桨电机扭矩，判断故障产生的原因。若变桨电机扭矩偏大，一般为机械故障。针对这种故障，可通过更换刹车供电电源、变桨驱动、变桨电机，检查变桨轴承和变桨减速机来解决。若变桨扭矩不是特别大，一般是电气类问题。这类故障处理方法为：①排查变桨驱动相关线路的插头是否松动，若松动，重紧固插头;②更换变桨变频器或变桨电机。
2.2 变频故障
变流器由网侧变换器(LSC)、电机侧变换器(GSC)、定子侧断路器、软启电路、滤波电路、转子过载泄放回路和防雷设备等组成，是风机工作的核心组件[1]。变流器常出现的故障有两个：柜内线路干扰和单相过流故障。线路干扰故障可能是由变流器内部存在干扰引起的，故障频率较小。解决此类故障的措施是将机侧高压采集板控制线路和高电压线路分开，重新排布线路。过流问题包括发电机滑环问题、IGBT问题和690V电缆损坏等几种情况。对于这类故障，以现场排查情况为准，更换或修复相应元件。
2.3 冷却故障
冷却系统是WT2000风力发电机组的重要子系统之一，利用液体或气体介质在机组内部的流动将内部工作摩擦造成的多余热量带走，以保障风力发电机组在正常温度条件下运行。冷却系统故障主要表现为水温过高、水温过低、冷却液泄漏、节温器损坏、冷却液消耗异常、发动机过热、发动机工作温度过低等。
2.4 通讯故障
通讯系统对风力发电机组正常运行起着重要作用。通讯问题包含塔基和机舱通讯问题、主控和变流通讯问题、变流通讯板问题等。其中，塔基与机舱的通讯故障需要分两种情况考虑，首先可以初步判断为光纤损坏，在把通讯光钎更换为备用光纤后，若仍无通讯，且通讯模块上指示灯显示不正常，可断定PLC通讯模块损坏，更换损坏的光纤或模块即可消除故障。
2.5 齿轮箱故障
齿轮箱常见故障有：齿轮箱油槽、轴承温度高，过滤器堵塞，齿轮箱润滑油位低，传感器损坏或线路虚接等。齿轮箱油槽或轴承温度高多是由冷散热系统不畅和测温元器件损坏导致测温不准等引起的。过滤器堵塞可通过入油口面板和机械表压力值、油泵压力值判断。当发生齿轮箱润滑油位低的故障时，通过添加油脂即可消除告警，但若是告警频发，就需要检查是否存在漏油点。若存在漏油点，要先堵漏，再补油。
2.6 偏航故障
偏航系统是风力发电机机舱的一部分，其作用在于当风速矢量的方向变化时，能快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。偏航系统由偏航驱动、偏航电机、偏航减速器、偏航轴承、偏航刹车盘、偏航制动器、偏航控制器和风速风向仪组成。多部件的构成使得任何部件损坏都会造成偏航动作的故障告警。其中，刹车反馈不正常和偏航电机过载问题是最为常见的两个故障。刹车反馈不正常发生时，应首先检查触点与偏航驱动器，若反馈触点调整不到位造成PLC接收不到反馈信号，要重新调节偏航电机内部的顶杆螺栓;驱动器故障也会导致刹车不灵，此时应更换刹车回路损坏器件或更换电机。偏航电机过载问题主要是由偏航电机刹车未打开、电机损坏、电机刹车片及偏航减速箱损坏等引起的。这类故障则需要通过更换电机来解决。
3 故障数据统计分析
本文以大唐河南清洁能源红石山风电场半年的生产数据为例，给出了许继WT2000双馈异步风力发电机组各项故障发生的次数(见表1)。
从表2可以看出：发生次数最少的故障是冷却故障，且集中在1月。这是因为1月份是山里温度最低的时刻，而外部温度的降低会引起风机的水冷系统故障，致使水冷压力过低。当系统检测压力值低于设定的告警值时，风机就会告警停机。
4 结语
本文分析了风机的常见故障，并根据具体采集的风场数据，分析对比了各类故障的发生频率，为风机的信号监控提供了具体方向和重心。由于采集的是特定风场的数据，并非包含全年所有天气状况，具有地域和风能质量的局限性。
参考文献：
[1]张保会，王进，李光辉，等.风力发电机集团式接入电力系统的故障特征分析[J].电网技术，2012(7)：176-183.
作者：陈超
摘 要：文章主要研究设施设备故障对我国城市轨道交通运营的影响，通过对近几年国内外城市轨道交通运营中由于设施设备所引起的事故统计分析与分类，将事故分为四大要素：车辆原因、通信信号原因、供电原因、机电原因，将其进行了分级处理。通过构建城市轨道交通设施风险评估模型，建立风险因素指标体系，运用加权评分法和层次分析法确定因素指标的权重值。
关键词：城市轨道交通;设施故障;加权评分法;层次分析法
DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.04.023
1 国内外城市轨道交通运营现状
我国城市轨道交通相对于国外来讲发展较晚、发展速度过快，对城市轨道交通运营研究得还不够深入，城市轨道交通安全运营体系还在不断摸索和创新中。
国内城市轨道交通运营部分城市对安全管理系统不断进行创新，构建了适合于各自城市轨道交通安全管控体系。上海等城市设立了管理方法，建立了地铁安全责任风险责任抵押金，这激励了工作人员对安全运营的重视，从而提高了防范能力。监控系统也是上海等城市的特点，可以实时对地铁进行监控，这有效地降低了事故的发生。广州等城市在城市轨道交通发展中不断积累管理经验，建立了风险管理平台，实现了管理信息化。此外，我国城市轨道交通风险评估方法还在积极地研究当中。
国外地铁相对于国内来说兴起早，经验富足，研究的更加深入。英国地铁建成最早，他们将大量的地铁事故进行数据统计，通过不断地实验与改进，确定了适合自己管理要求的地铁安全管理与地铁风险评估办法。国外地铁行情相对于国内来讲已经成熟，但是国外还在不断研究和摸索城市轨道交通安全运营。
2 国内城市轨道交通设施运营事故统计与分析
通过对2015—2019年北京、上海、广州三地城市轨道交通设施运营事故原因的四大类和18个小类统计分析，事故发生率比较高的是车辆系统因素和通信信号系统因素导致的事故。具体统计如表1所示。
将事故发生率占10%以上的称为A类事故;事故发生率在1%以上的称为B类事故;事故发生率在1%以下的称为C类事故。具体如表2所示。
通过大量调查统计发现，地铁事故并非偶然，而是存在着一定的规律性。在不考虑人为和外在因素的情况下，对地铁事故每年影响地铁设备运营因素故障数据进行了分析。如图1所示。
通过调查统计分析发现，地铁事故具有突发性、规律性、多样性、不确定性的特征。
突发性和规律性是由于地铁设备自身不安全因素众多，所以地铁事故突发是在人们意料之中的。但也会发现，由于時间地理位置的不同，事故发生也似乎存在着某些规律。
事故种类的多样性使地铁事故种类繁多，如火灾、屏蔽门故障、信号设备故障等，近几年来，地铁卧轨自杀、车门夹人等事故也常常出现。案例非常的多，人们每天乘坐的交通工具，看似安全无隐患，但其中事故种类非常之多。
事故的不确定性是指事故的发生是偶然的、不确定的，因为在许多地铁事故中，都存在着人为的情况。所以地铁安全运营是非常值得人们关注的。
3 城市轨道交通设施风险因素指标体系
城市轨道交通运营设备运营风险评估指标体系应在科学性、全面性、主导性、操作性及可比性原则的指导下，严格遵循评估指标体系的歩骤流程，建立综合安全性水平结构体系。笔者将风险评估指标体系分为了三个层次：一级指标、二级指标、三级指标。根据统计得出了4个一级指标和18个二级指标，能够更加有效地反映整个系统，具体数据统计如表3所示。
4 城市轨道交通设施风险因素指标权重
风险因素指标权重的确定方法有很多，如主观赋权法、专家调查法、层次分析法、加权评分法、二项系数法、环比评分法、最小平方法等。文章主要运用了层次分析法和加权评分法对设施风险因素指标进行了权重的确定。
4.1 运用加权评分法确定指标的权重值
加权评分法是综合考虑成本因素和非成本因素的评价方法。找到设施选择的各种影响因素，根据各因素的重要程度确定相应的权重;对各因素由优到劣分成相应等级，并相应规定各等级的分数。将每个因素中各方案的排队等级分数乘以该因素的相应权数，得到各候选方案的总得分，得分最高的候选方案所对应的位置即是设施的地址。
研究城市轨道交通设施事故风险评估，通过调查统计，根据确定的18个因素指标，在这18个指标中运用加权评分法来筛选出10个主要指标。统计结果整理如表4所示。
通过加权评分法构建的城市轨道交通设施风险评估模型，得出权重值。由表4不难看出，三级指标之间的权值相差不大，占比相对比较均衡。供电设备故障指标、制动故障指标以及车辆设备故障指标，在整个系统中权值占比重相对较低。
4.2 运用层次分析法确定指标的权重值
加权评分法相对于层次分析法来讲不够专业，所得权重值还不够精确，不能作为唯一衡量的评估方法。所以接下来笔者运用层次分析法来确定因素指标的权值。
层次分析法是指将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，其特征是合理地将定性和定量的决策结合起来，按照思维规律把决策过程层次化、数量化。层次分析法适用于多因素、多层次且复杂的问题，其结构为：目标层、中间层(又称准则层)、方案层(又称措施层)。层次分析法的理论核心：复杂系统可以简化为有序的递阶层次结构，决策问题表现为一组方案优先排序的问题。这种排序可以通过简单地两两比对的形式导出。
准则层的指标选择，根据数据统计选择出了5个最重要的准则作为准则层的指标。构建层次分析法模型如图2所示。
aij为要素i与要素j重要性比较结果，表5中列出9个重要性等级及其赋值。按两两比较结果构成的矩阵称作判断(成对比较)矩阵。判断矩阵元素aij的标度方法如表5所示。判断矩阵具有以下性质。
通过模型构建，可以看到笔者一共确立了五个准则，首先需要构造每两个准则之间的比较矩阵(A矩阵)，其次构造出一个5×5的判断矩阵如下。横向纵向依次代表：车门故障、车辆故障、信号故障、信号设备故障、供电设备故障。
已知上述所示的A矩阵，为正互反阵。为了求解首先检验该矩阵是否为一致阵。一致阵满足aij×ajk=aik(i，j，k=1，2，…，n)，经过运算检验以上A矩阵为不一致矩阵。需要运用最大特征根λ的特征向量作为权向量。
已知CI值，CI的大小与性质如表6所示。
根据表6所示，CI=0.0543，无法确定是接近于0 还是CI值过大。于是笔者构造了CR变量，CR=CIRI。定义当CR变量大于0.1时，一致性检验不通过，当CR变量小于0.1时，一致性检验通过。RI是一个特定的指标，其随机一致性指标具体数值如表7所示。n表示为n×n的矩阵。
根据表7所示，已知矩阵n为5，RI应为1.12。CR=0.05431.12=0.0484<0.1，一致性检验通过。
5 基于层次分析法对城市轨道交通设施因素指标的权值确定
通过以上计算过程，笔者确定因素指标权值，如表8所示。
根据权值分析，可以看出权值相差较大，其中车辆故障占比最重(0.52)，超过了一半。其次是车门故障(0.22)和信号设备故障(0.134)，占比重最小的是信号故障(0.093)。相对于加权评分法来讲，层次分析法更为主观一些，而层次分析法相对于加权评分法来讲更加客观一些。
6 结论
综上所述，在城市轨道交通设施故障统计与分析中构建了设施风险因素指标体系，将以上统计出来的18个指标分为了三个等级并且进行了编码。加权评分法与专家调查法相似，具有主观随意性，客观性差。层次分析法将系统分层，分为了目标层和准则层。层次分析法能够使人们明確结构关系，通过运算，权重值相差较大，车辆故障和车门故障占比重较大。通过加权分析法和层次分析法对指标进行了权重确定，虽然有差异，但都得出相同的结论，车辆故障因素占比最大，车门设备故障和信号设备故障占比较高，是城市轨道交通风险管理的应急物资科学储备的关注重点。
参考文献：
[1] 刘双庆，尤秋菊，张世杰.基于事故统计分析的地铁运营安全管理研究[J].安全，2019(1).
[2] 代宝乾，汪彤，秦跃平，等.基于事故理论的城市轨道交通风险评价模型研究[J].中国安全科学学报，2007(10).
[3]何理，钟茂华，邓云峰.城市轨道交通危险因素分析[J].中国安全生产科学技术，2005(3).
[基金项目]北京联合大学2019年校级委托科研项目“基于城市轨道交通风险管理的应急物资科学储备”(项目编号：WZ20201901)。
[作者简介]李平(1964—)，男，汉族，河北人，北京联合大学现代物流研究所所长，研究方向：物流工程;方婷(1998—)，女，汉族，北京人，北京联合大学物流专业2016级。
作者：李平 方婷
【摘 要】通过对美国近10年间变压器故障的统计分析，讨论故障的起因，并涉及了故障 类型、频率、程度及运行寿命。对预防变压器故障以延长其使用寿命的维护方法提出了建议。
【关键词】变压器;故障统计;分析;预防
当前的世界范围内，不间断的电力供应已成为工业生产、国防军事、科技发展及人民生活中至关重要的因素。人们对能源不间断供应的依赖性常常是直到厂房里的生产设备突然停 止工作、大楼灯光突然全部熄灭、电梯被悬在楼层之间时才意识到各种断路器、布线及变压 器的重要性。
1.变压器故障的统计资料
1.1各类型变压器的故障
过去10年来，HSB发生几百起变压器故障造成了数百万美金的损失。图1中列出了按变压 器类型显示的变压器故障统计数。从图中的显示可以看出除1988年外，电力变压器故障始终 占据主导位置。
1.2不同用户的变压器故障
变压器使用在不同的部门，故障率是不同的。为了分析变压器发生故障的危险性，可将 用户划分为11个独立类型：(1)水泥与采矿业;(2)化工、石油与天然气;(3)电力部 门;(4)食品加工;(5)医疗;(6)制造业;(7)冶金工业;(8)塑料;(9)印刷业 ;(10)商业建筑;(11)纸浆与造纸业。
1.3各种使用年限变压器的故障
按照变压器设计人员的说法，在“理想状况下”变压器的使用寿命可达30～40年，很明 显的是在实际中并非如此。在1975年的研究中，故障时的变压器平均寿命为9.4年。在1985 年的研究中，變压器平均寿命为14.9年。通常有盆形曲线显示使用初期的故障率以及位于右 端的老化结果，然而故障统计数据显示变压器的使用寿命并非无法预测。图3中显示了该研究中使用寿命的统计数据，这些数据可以用来确定对变压器进行周期检查的时间和费用。
在电力工业中变压器的使用寿命应当给予特别地关注。美国在二战后经历了一个工业飞速发展的阶段，并导致了基础工业特别是电力工业大规模的发展。这些自50年代到80年代安 装的设备，按其设计与运行的状况，现在大部分都已到了老化阶段。据美国商业部的数据，在1973～1974年间电力工业在新设备安装方面达到了顶峰。如今，这些设备已运行了近25年，故必须对已安装变压器的故障可能性给予特别的关注。
2.变压器故障原因分析
HSB收集了有关变压器故障10年来的资料并进行分析的结果表明，尽管老化趋势及使用 不同，故障的基本原因仍然相同。HSB公司电气部的总工程师J.B.Swering在论文中写到：“多种因素都可能影响到绝缘材料的预期寿命，负责电气设备操作的人员应给予细致地考虑。这些因素包括：误用、振动，过高的操作温度、雷电或涌流、过负荷、对控制设备的维护 不够、清洁不良、对闲置设备的维护不够、不恰当的润滑以及误操作等。"
下表中给出了在过去几十年中HSB公司总结出的有关变压器故障的基本原因 ，表中列出了分别由1975、1983以及1998年的研究得出的关于故障通常的原因及其所占百分比。
2.1雷击
雷电波看来比以往的研究要少，这是因为改变了对起因的分类方法。现在，除非明确属 于雷击事故，一般的冲击故障均被列为“线路涌流”。
2.2线路涌流
线路涌流(或称线路干扰)在导致变压器故障的所有因素中被列为首位。这一类中包括 合闸过电压、电压峰值、线路故障/闪络以及其他输配(T&D)方面的异常现象。这类起因在 变压器故障中占有显著比例的事实表明必须在冲击保护或对已有冲击保护充分性的验证方面 给与更多的关注。
2.3工艺/制造不良
在HSB于1998年的研究中，仅有很小比例的故障归咎于工艺或制造方面的缺陷。例如出 线端松动或无支撑、垫块松动、焊接不良、铁心绝缘不良、抗短路强度不足以及油箱中留有异物。
2.4绝缘老化
在过去的10年中在造成故障的起因中，绝缘老化列在第二位。由于绝缘老化的因素，变 压器的平均寿命仅有17.8年，大大低于预期为35～40年的寿命!在1983年，发生故障时变压 器的平均寿命为20年。
2.5过载
这一类包括了确定是由过负荷导致的故障，仅指那些长期处于超过铭牌功率工作状态下的变压器。过负荷经常会发生在发电厂或用电部门持续缓慢提升负荷的情况下。最终造成变 压器超负荷运行，过高的温度导致了绝缘的过早老化。当变压器的绝缘纸板老化后，纸强度 降低。因此，外部故障的冲击力就可能导致绝缘破损，进而发生故障。
2.6受潮
受潮这一类别包括由洪水、管道渗漏、顶盖渗漏、水分沿套管或配件侵入油箱以及绝缘 油中存在水分。
2.7维护不良
保养不够被列为第四位导致变压器故障的因素。这一类包括未装控制其或装的不正确、 冷却剂泄漏、污垢淤积以及腐蚀。
2.8破坏及故意损坏
这一类通常确定为明显的故意破坏行为。美国在过去的10年中没有关于这方面变压器故 障的报道。
2.9连接松动
连接松动也可以包括在维护不足一类中，但是有足够的数据可将其独立列出，因此与以 往的研究也有所不同。这一类包括了在电气连接方面的制造工艺以及保养情况，其中的一个 问题就是不同性质金属之间不当的配合，尽管这种现象近几年来有所减少。另一个问题就是 螺栓连接间的紧固不恰当。
3.变压器维护建议
根据以上统计分析结果，用户可制订一个维护、检查和试验的计划。这样不但将显著地 减少变压器故障的发生以及不可预计的电力中断，而且可大量节约经费和时间。因为一旦发 生事故，不仅修理费用以及停工期的花费巨大，重绕线圈或重造一台大型的电力变压器更需 要6到12个月的时间。因而，一个包括以下建议的良好维护制度将有助于变压器获得最大的使用寿命。
3.1安装及运行
(1)确保负荷在变压器的设计允许范围之内。在油冷变压器中需要仔细地监视顶层油 温。
(2)变压器的安装地点应与其设计和建造的标准相适应。若置于户外，确定该变压器 适于户外运行。
(3)保护变压器不受雷击及外部损坏危险。
3.2对油的检验
变压器油的介电强度随着其中水分的增加而急剧下降。油中万分之一的水分就可使其介电强度降低近一半。除小型配电变压器外所有变压器的油样应经常作击穿试验，以确保正确 地检测水分并通过过滤将其去除。
应进行油中故障气体的分析。应用变压器油中8种故障气体在线监测仪，连续测定随着变压器中故障的发展而溶解于油中气体的含量，通过对气体类别及含量的分析则可确定故障 的类型。每年都应作油的物理性能试验以确定其绝缘性能，试验包括介质的击穿强度、酸度、界面张力等等。
3.3经常维护
(1)保持瓷套管及绝缘子的清洁。
(2)在油冷却系统中，检查散热器有无渗漏、生锈、污垢淤积以及任何限制油自由流动的机械损伤。
(3)保证电气连接的紧固可靠。
(4)定期检查分接开关。并检验触头的紧固、灼伤、疤痕、转动灵活性及接触的定位。
(5)每三年应对变压器线圈、套管以及避雷器进行介损的检测。
(6)每年检验避雷器接地的可靠性。接地必须可靠，而引线应尽可能短。旱季应检测 接地电阻，其值不应超过5Ω。
4.结束语
变压器是电网中的重要设备之一。虽配有避雷器、差动、接地等多重保护，但由于内部 结构复杂、电场及热场不均等诸多因素，事故率仍然很高。中国在70年代的10年中，110kV 及以上变压器的年平均绝缘事故率约为17.66台次，恶性事故和重大损失也时有发生。因此 借鉴国外经验，利用先进在线监测设备，加强状态维护模式，以使电力供应更加安全可靠。
作者：王迎香 肖萌
学号：120606325
姓名：王逢雨
[摘 要] 机械故障诊断是一门起源于 20 世纪 60 年代的新兴学科，其突出特点是理论研究与工程实际应用紧密结合。该学科经过半个世纪的发展逐渐成熟，在信号获取与传感技术、故障机理与征兆联系、信号处理与诊断方法、智能决策与诊断系统等方面形成较完善的理论体系，涌现了如全息谱诊断、小波有限元裂纹动态定量诊断等原创性理论成果，在机械、冶金、石化、能源和航空等行业取得了大量卓有成效的工程应用。统计分析工作是机械故障诊断中的核心环节，统计分析工作的质量和水平将会对机械设备的检修工作产生重要影响，关系到机械设备的安全与可靠运行。本文在对机械故障的特性等问题进行阐述的基础上，重点就机械故障统计分析工作中数据的收集和统计分析的方法进行重点探讨，希望对提高机械故障的管理水平能够有所帮助。
[关键词] 机械故障;统计分析;数据收集;方法
一、统计分析工作中机械故障的特性 机械设备在使用过程中，由于会受荷载应力等环境因素的影响，随着机械设备部件之间磨损的不断增加，结构参数与随之变化，进而会对机械功能的输出参数产生影响，甚至使其偏离正常值，直至产生机械故障。概括说来，主要有以下几方面的特性。
(一) 耗损性
在机械设备运行过程中，不断发生着质量与能量的变化，导致设备的磨损、疲劳、腐蚀与老化等，这是不可避免的，随着机械设备使用时间延长，故障发生的概率也在不断增加，即使可以采取一定的维修措施，但是由于机械故障的耗损性，不可能恢复到原先的状态，在经过统计分析工作后，必要时需要对设备进行报废。
(二) 渐损性
机械故障的发生大多是长期运行的老化或疲劳引起的，所以具有渐损性，而且与设备的运行时间有一定的关系，所以做好机械设备的统计分析工作是很有必要的，当掌握了设备故障的渐损规律后，可以通过事前监控或测试等手段，有效预防机械故障的发生。
(三) 随机性
虽然有的机械故障具有一定的规律性，但这并不是绝对的，因为机械故障的发生还会受到使用环境、制造技术、设备材料、操作方式等多种因素的影响，因此故障的发生会具有一定的分散性和随机性，这在一定程度上增肌了机械设备预防维修与统计分析工作的难度。
(四) 多样性
随着科学技术的发展与应用，机械设备的工作原理日趋复杂，零部件的数量在不多增多，这就使得机械故障机理发生的形式日趋多样化。机械故障的发生不仅存在多种形式，而且分布模型及在各级的影响程度也不同，在统计分析工作中需要引起足够的重视。
二、机械故障管理中统计数据的收集
在对机械故障的统计分析工作中，数据的收集是最基础的环节，因此必须保障数据收集的及时性、准确性和规范性，这样才能为接下来的数据分析工作奠定良好的基础。
(一) 做好日常检点数据的收集 机械设备的操作人员和统计人员要重视对日常点检记录数据的收集，只有这样才能保证统计数据收集的全面性。对此，相关人员要严格按照点检表对设备进行检查和记录，对于发生的问题或故障要在第一时间记录在《 设备故障报修单 》 上，并及时上交机械故障管理部门。
(二) 安装调阶段相关数据的统计与处理
对于机械设备在安装调试阶段发生的故障，统计人员要引起高度重视，并详细记录在案，以备后期的参考与分析，对于搜集到的同行业相同设备的故障数据，在确保其真实性的基础上，也可以将其纳入到统计范围之内。
(三) 确保采集与整理的规范性
为了保证故障数据分析的准确性和规范性，统计人员及设备检修人员在日常工作中必须详细、规范地填写 《 设备故障分析报告》、 《 设备故障处理单》 等资料，对机械故障发生的部位、原因、时间、表现以及后期的处理与改进等详细记录在案。
三、机械故障管理中统计数据的分析方法
(一) 焦点分析法
焦点分析法是一种最直接、最简单的方式，是以机械故障问题点为中心的分析方法，其分析结果简单明了，实用性比较强。首先，我国要根据需要把一个圆分成等分成若干块，每一块分别代表着生产线机械设备有标准化问题点的一部分，分别记录着该部分发生故障的次数，然后用有量线段进行表示，最后将这些点进行连接，所形成的多边形就是带有评价性质的焦点分析图。
(二) 直方图对比分析法
该方法要求预先对计划指标数值进行设定，然后按照机械故障发生的实际录入实绩值，然后将实绩值与计划值进行对比，看其差距之间的大小，并参照历史实绩值进行分析，这可以反映出机械故障发生时计划值与实绩值的科学性，以及设备故障发生概率的大小，便于及时采取相应的检修措施。
(三) 排列图分析法
排列图分析法也被称为帕洛特图法、主次因素分析法，它是找出造成设备故障并进行分析的一种简便有效的图表分析方法。排列图是根据“关键的少数和次要的多数”的原理而制作的。即对影响机械设备故障的因素按照影响程度的大小用直方图进行排列，找出最主要的因素，其结构包括一个横坐标和两个纵坐标，若干个直方形和一条折线构成，通常将影响因素分为三类： A类因素 (占比 80%以下) 、B 类因素 (占比 80%～90%) 、C 类因素 (占比 90%以上) 。其中， A类因素为主要因素，也是设备故障管理中需要重点解决的因素。
四、典型的故障率分布曲线
现代的设备管理中，典型的故障率分布曲线——浴盆曲线仍然占有很重要的地位。很多故障的分析都是基于浴盆曲线发展的。
无故障工作期就是在浴盆曲线上发展而来的。与传统可靠性指标中假设产品的随机失效不可避免不 同， 无 故 障 工 作 期( FFOP) 内 产 品 不 会 发 生 任 何 故 障( 即零故障)。首先阐述了 FFOP的概念内涵、 与平均故障间隔时间( MTBF) 的区别和联系， 提出了一种 FFOP 的预计方法。该方法假设产品的故障率函数具有浴盆曲线特征、 故障发生过程为泊松过程、 产品具有固定的免维修工作期。然后以一种改进的 Weibull分布函数描述具有浴盆曲线函数特征产品的故障率。基于泊松过程理论， 给出了 FFOP 的预计算法、流程和仿真验证手段。最后以某型无人机舵机为 案 例 对 研 究 方 法 的 可 用 性 进 行 了 验 证。结 果 表 明： FFOP 与 免 维 修 工作期( MFOP)、 置信度水平密切相关， 及时维修的产品能够保证较长的 FFOP。在工程应用时， FFOP 的确定应综合考虑运行维护费用进行权衡。
无故障工作期( FailureFreeOp eratin gPeri -od，FFOP)定义为产品不会 发 生 任 何 故 障( 即 零故障) 的时间。对于符合设计要求、 质量合格的产品， 往往都要求其具有一定的无故障工作期， 尤其是具有高 可 靠 性/安 全 性 需 求 的 系 统， 如 武 器 装备、 核能系统、 载人航空航天器、 高速列 车 等。作为耐久性度量指标， FFOP 的长短与维修费用、 保障费用紧密 相 关。准 确 预 计 FFOP， 结 合 合 理 的维修策略， 能够实现对产品的充分使用， 降低运行成本。
FFOP概念最早在美国空军颁布的军用规范MIL-A-87244《 航空电子设备完整性大纲要求》 中提出[ 1]， 其中 FFOP 作 为 耐 久 性 参 数， 对 传 统 的可靠性参数进行了补充， 并指导设计和生产。后来美国又颁布了一系列规范和指南， 都对装备的FFOP指标有了明确的要求[ 2 -3]。在1996年英国国防部( Ministr yofDefence，MOD) 提出免维修工作期( MaintenanceFreeOp -eratin gPeriod，MFOP) 的 概 念 以 后[， FFOP 就通 常 与 MFOP 结 合 度 量 产 品 的 耐 久 性。MFOP概 念 比 FFOP 严 格， 在 MFOP 内， 产 品不 允 许 出 现 任 何 影 响 性 能 和 任 务 的 失 效 事 件;而 FFOP 内 不 允 许 故 障 但 允 许 维 修 活 动，FFOP是 一 系 列 免 维 修 工 作 期 的 集 合 。 文 分 析 了 英 国 国 防 部 为 新 一 代 战 机 提 出 的MFOP概 念， 与 平 均 故 障 间 隔 时 间( MeanTimeBetweenFailures，MTBF) 进 行 了 对 比， 并分 别研 究 了 基 于 任 务 可 靠 度 和 更 新 理 论 的 MFOP预 计 方 法，于 英 国 的 超 高 可 靠 飞 行 器 ( UltraReliableAir -craft， URA) 和 未 来 攻 击 飞 行 器 ( FutureOffen -siveAircraft， FOA) 项 目。当前国内外的研究大多集中在对无故障工作期/免维修工作期( F /M-FOP) 概念的阐述以及适场合 分 析 等 方 面[ 7 -11]， 证 明 了 基 于 F /M-FOP维修策略的有效性。文献[ 12] ～文献[ 14] 假设产品故障为有限时间区间内的离散事件， 基于统计方法估计了产品存在某固定长度 MFOP 的概率。文献[ 15] 以典型机电产品为案例， 研究故障事件为齐次泊松过程情况下 FFOP 的评估方法， 并对结果进行了合理性分析。文献[ 16] 和文献[ 17] 基于 Petri网络， 使 用 仿 真 方 法 分 析 了 固 定 MFOP系统的可靠 度。以 上 研 究 集 中 在 MFOP 预 计 方法方面， 没有考虑维修策略对 FFOP 的影响。然而， 为 促 进 基 于 FFOP 维 修 策 略 的 应 用， 需 要 进一步研究 FFOP的预计方法与模型。在很多 情 况 下， 产 品( 系 统) 的 F /M-FOP 大多由运行 过 程 中 随 机 故 障 事 件 之 间 的 相 对 位 置( 时间、 空间距离) 决定， 相对位置的远近直接影响产品的 FFOP。 以 图 1 所 示 的 时 间 ( 空 间) 区 间[ 0， L] 为例， 假设系统是一个客户服务系统， 为一个客户服务的免维修周期为s。如果两个或者更多的客户集中在s内出现， 如图1( a) 所示， 则系统会出现过载( 故障)， 此系统的 FFOP 为s的 概 率就是P{ n[ t， t+s] ≤1｝， n[ t， t+s] 为[ t， t+s] 区间内的客户数量。类似的方法也可以用于分析交通处理系统， 如图1( b) 所 示， 如 果 一 个 交 通 意 外 的恢复 周 期 为s， 在 这 段 周 期 内 出 现 的 其 他 意 外 则会导致拥堵( 故障); 如果把事件区间换作一段钢结构( 见图1( c)) 或者电缆( 见图1( d))， 也存在一个极 限 区 间s， 在 这 个 区 间 内 应 力 集 中 点 或 缺 陷次数要低于某一确定数量， 否则会出现故障。以上案例中， 客户出现与事故发生时刻
泊松过程是描述随机事件发生的基本数学模型之一， 实际生活或自然世界中的随机事件， 大多可以用泊 松 过 程 描 述[ 18]。对 于 寿 命 服 从 指 数 分布的产品， 故障率是一个常数， 寿命周期内随机故障事件可以用齐次泊松过程描述。然而， 实践证明， 大多数产品的故障率随时间变化的曲线是浴盆曲线[ 19]， 故障 率 是 时 变 函 数， 故 障 事 件 需 要 用非齐次泊松过程描述。本文首先阐述 FFOP 与 MFOP 之 间 的 区 别与联系， 然 后 提 出 一 种 FFOP 预 计 方 法， 预 计 故障率函数为浴盆曲线的产品的无故障工作期。该方法作了如下假设： ① 故障事件服从泊松过程;② 故障率函数为浴盆曲线; ③ FFOP内允许固定周期的计划维修， 产 品 修 复 如 新; ④ 一 个 MFOP内不允许有任何影响产品正常运行的故障事件，一个维修恢复期( MaintenanceRecover yPeriod，MRP) 只能处理一次随机故障。在以上假设的基础上， 给出了 FFOP 的预计方法、 模型和预计步骤， 并通过某型无人机舵机对所提方法进行了应用验证。 1 FFOP概念与内涵
在 MIL-A-87244中， FFOP 被定义为故障概率达到2% 的 时 间。 图 2 描 述 了 概 率 密 度 函 数( Probabilit y Densit y Function，PDF)、FFOP这3者之间的区别与联系。
根据 FFOP和 MTBF的定义，有
∫ 0 FFOPf( t) d t=2% ( 1) MTBF=∫ 0 ∞R( t) d t=∫ 0∫ ∞ t ∞f( τ) d τ d t ( 2)
式中： f( t) 为故障密度函数; R( t) 为可靠度函数。对于大多数产品来说， 由于不可避免 的 随 机失效， 图2所示时间t 0 通常为0， 这样就导致产品的 FFOP很短。然而对于具有高可靠性/安全性需求的系统， 又 需 要 具 有 一 定 长 度 的 FFOP。这个要求既可以通过设计手段降低产品的故障率实现， 对 于 可 修 复 产 品， 又 可 以 通 过 固 定 周 期 的 维护， 使产品始终工作在比较“ 新” 的状态， 进而降低随机故障事件发生的概率来实现。对于可修复的产品， FFOP 与 MFOP 密切相关[ 10]。如果维护频繁， 并且能够保证修复如新的话， FFOP会比维护不力的设备要长。建立 FFOP 预 计 模 型 是 预 计 FFOP 的 关 键步骤。若要使产品在整个工作周期[ 0， L] 内无故障运行， 则要求在每次故障发生前进行维护并恢复到完好状态。由于一个维修恢复期只能处理一次随机故障， 所以要求维修次数要和随机故障的次数一致， 并且在故障事件实际发生之前就已经得到维修并完全修复， 即第i次和第i+1次维修之间的间隔时间s i， i+1小于第i次 和第i+1次实际故障间隔时间S i， i+1。若在整个寿命周期[ 0， L]内出现k 次故障， 设定免维修工作期 MFOP i， i+1=s i， i+1， 那么 存 在 长 度 为 L 的 FFOP 的 概 率 PFFOP( 故障发生前都能被完全修复以避免故障实际发生的概率) 为[ 15]PFFOP =P( s 0， 1 ≤S 0， 1 ∩s 1， 2 ≤S 1， 2 ∩ „ ∩·s k-1， k ≤S k-1，式中： k 为故障次数。
2 FFOP的预计模型
研究对象 为 故 障 率 函 数 类 似 浴 盆 曲 线 的 产品， 并且故障事件具有泊松过程特性。由于寿命分布不是指数分布， 故障率随时间变化， 寿命周期内随机故障事件必须用非齐次泊松过程描述。 2.1 泊松过程
泊松过程具有以下特性：
1)令 N( t) 为( 0， t] 中随机事件出现的次数，则有 P( N( t)=m)= ( ) λ t mm! e - λ t ( 4) 式中： λ为故障率/故障强度函数。
2)随机事件之间的间隔时间 T 互相独立并且服从指数分布特征， 即 P( T >t)=e - λ t ( 5)
假设随机事件是故障事件， 在t时刻， 随机故障事件导致的系统不可靠度为 F( t)=P( T
已有的研究成果表明， 基于浴盆曲线 的 故 障密度函数有如下形式[ 20]： f( t)=γ β( t / α) β -1ex p(( t / α) β + γα( 1-ex p(( t / α) β))) ( 7) 对应的可靠度函数为
R( t)=ex p( γα( 1-ex p(( t / α) β))) ( 8) 故障率函数为
λ( t)=γ β( t / α) β -1ex p(( t / α) β) ( 9) 式中： α、 β、 γ 均 为 分 布 函 数 中 的 参 数。绘 制 故 障率函数曲线， 如图3所示
从图3可以看出， 产品的故障率明显 呈 浴 盆曲线特性， 可以描述分布特征为浴盆曲线的产品故障率。 2.3 FFOP的预计步骤
研究具有浴盆曲线故障率函数的产 品， 与 指数分布不同， 其故障率为非常值， 且导致故障发生为非齐次泊松过程， 对比文献[ 15] 中PFFOP的计算公式， 可以得到
式中： r为允许的维护次数。在进行 FFOP 预计之前， 需要根据式( 7) ～式( 9) 确定产品的λ( t)。 FFOP的预计步骤如图4
首 先， 设 置 FFOP 为 L 的 置 信 度 PFFOP * 和设置初始维护次数r=1。
按照图4所示的流程， 对维护次数递增， 得到满足式( 11) 的最大维护次数r。
[ ] rs，( r+1) s ( 12)
对于 大 多 数 工 程 应 用，式 ( 12)所 描 述 的FFOP区间已经足够。更精确的预计结果可以通过在区间内多点取值， 由式( 11) 反复校验的方式获取。
基于浴盆 曲 线 故 障 率 函 数 的 FFOP 预 计 方法， 能够预计失效过程为泊松过程， 并且故障率函数服从浴 盆 曲 线 特 征 情 况 下 的 产 品 无 故 障 工 作期。将 FFOP作为设备耐久性参数之一， 可以为产品的寿命评估和维护策略制定提供依据。
四、总结
综上所述，机械故障诊断中的统计分析工作，对延长机械设备的使用寿命、提高企业的经济效益具有十分重要的作用和意义，尤其是随着设备检修工作的日趋复杂化，我们只有重视机械设备日常运行过程中的数据收集和先进统计分析方法的运用，做好机械故障的统计分析工作，才能对机械设备采取有针对性的维护措施，延长机械设备的使用寿命，不断提高设备生产的经济效益。
在今天现代设备管理中设备的零件变得越来越多，有的时候机械的故障不再某个单一的轴承、齿轮或转子等，而是几个或者几组零件。机械系统的相互作用才是故障产生的本质原因。针对关键零件的故障诊断分析往往只能诊断出诱发性故障，不能从根本上解决问题。因此，我们应针对机械的故障的多样性整体分析，从多层面，多角度分析，深入研究系统内部各组成部分的动力特性、相互作用和依赖关系，得出零部件故障的初步结论，接着探索系统故障的根源，找出原发性故障，从而根除机械设备故障隐患。
在现代设备管理中，大多数故障的原因是人为的，对于这个我们应建立相关的管理规章制度，做好人员的培训，尽量避免，做好设备的日常维护。人人都养成维护企业或公司利益思想。
参考文献：
1、基于浴盆曲线故障率函数的FFOP预计方法_马纪明
2、机械故障管理中的统计分析探讨_吴文萍
3、机械故障诊断基础研究_何去何从_王国彪
4、数控车床故障分布规律及可靠性_张英芝
5、《现代设备管理》 姜金三
摘要：随着科学技术的不断发展，国民经济的飞速提升，人们对电力系统的供电可 靠性也提出了更高的要求。降低电厂热工控制系统故障发生率，使电网能够高效、稳定输送电能具有十分重要的现实意义。文章结合实际情况，对电厂控制系统故障的统计与分析进行粗浅的分析，并提出几点合理化建议，供大家参考。
关键词：热工;控制系统;电厂;故障;分析现在，计算机技术的发展十分迅猛，并广泛应用于工业控制领域中，加之控制理论的快速发展与不断完善，使得电厂热工控制系统的控制品质和自动化水平都得到了极大的改善与提高。某电厂热工控制系统在过去的一年里，共发生59次故障，二类以上故障(含二类)共有27次。文章对该电厂热工控制系统故障展开分析，并有针对性地提出关于降低该电厂热工控制系统误动作次数与故障发生率的防范措施。 1电厂热工控制系统故障的统计 1.1一次设备故障
在该电厂热工控制系统的所有故障中，一次设备故障所占比例最大。如火焰检测装置和风机振动探头有时会误发信号，压力开关、热电阻及限位开关也经常会出现故障。
①火焰检测装置。由于在锅炉燃烧工况发生变化时，火焰检测器的检测能力欠佳，导致有3次失火信号发生，使得炉主燃料跳闸。在2009年4月份，某机组负荷为316MW，由于A2和A4的火检失去导致A磨煤机在运行中突然跳闸，使得汽包水位升高，造成锅炉主燃料跳闸。第二天的负荷为270 MW，由于风压扰动，使得A2和A
3、B2和B
4、D5和D8的火检信号失去，导致3台磨煤机在运行中全部跳闸，造成炉主燃料跳闸。后来该机组将负荷降低到200 MW，由于A7和A8的失去火检，使得A、C、D三台磨煤机先后跳闸，炉MFT主燃料跳闸。
②风机振动探头。在2009年2月份，该电厂某机组的控制系统的4台磨煤机在TF方式下运行，ADS投运。由于一次风机1B振动高信号的误发而引起跳闸，联跳D磨煤机后RB失败，同时由于没有及时加大一次风机A的动叶，使得一次风压较快下降，造成失燃料的MFT。
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③压力开关。在2009年8月份，该电厂某机组的控制系统在负荷为305 MW的协调方式下运行，E磨煤机停止运行。一次风机A在运行过程中由于它的液压油开关出现漏油故障，使得油压低保护动作，最终造成机组主燃料跳闸。
④热电阻与限位开关。由于轴承热电阻的误发信号，使得风机多次跳闸。在2009年的1月份，该电厂某机组控制系统由于电机耦合器端的轴承热电阻出现故障而误发信号，使得汽包水位过低，造成炉主燃料跳闸。该电厂在去年四月份，某机组控制系统在负荷为105 MW的环境下正常运行，由于主汽门的突然关闭而引发发电机跳闸。 1.2线路故障
该电厂由于线路故障而导致热工控制系统故障出现5次。在2009年5月份，该电厂的某机组控制系统在负荷为160 MW的环境下运行，由于BN-7200系统的局部线路出现绝缘老化的现象而引发跳闸。在2009年的四月份，该电厂的一号机ETS装置由于超速保护动作原因而连续3次停机。经事后查明，该ETS装置内部的试验板接地端子和地不通，使得试验板抗干扰能力下降。 1.3误操作、检修维护不当等人为原因
人员的误操作、对设备检修维护不当等也是引发电厂热工控制系统故障的主要原因。例如在大修时需要进行机组闭式水系统联锁试验，由于试验人员，跑错位置，使得运行机组信号被强制，从而使闭式水泵在运行中由于水箱水位低而跳闸;再如，热工人员校验完一次风机的液压润滑油系统的某个压力开关后，由于对放气阀的误操作，就会使该油系统出现严重漏油现象，导致无法看到油箱的油位。
在焊接穿线管时，由于热控人员没有堵塞孔洞，使得焊接产生的火花由孔洞落入油箱小室，进而引发火灾。在对DCS系统进行故障查找时，由于安全措施不到位，造成电源断路，系统出现异常，最终导致机组主燃料跳闸。
由此可见，电厂热工控制系统工作人员的技术能力、工作责任感和安全意识等人为因素也是引起机组故障的重要原因。 2电厂热工控制系统故障的防范措施
现在，DCS技术已经广泛应用于电厂热工控制系统之中，随着热工控制系统机组运行特点的不断变化、机组容量的不断增强，自动化设备成为决定热工控制系统安全运行的主要因素，如果其中任一环节存在故障隐患，都有可能导致热工控制系统出现故障，严重时还会损坏电厂主设备。另外，热工控制系统故障的发生率和电力系统运行人员的职业素养、操作水平以及其他专业的密切配合有着十分紧密的联系，热工和
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有关部门相互配合，能够有效降低热工控制系统故障的发生率、减少误动作的次数。若发现有异常情况出现，及时进行正确操作，可以有效避免主燃料跳闸现象的出现。
1)不断提升技术水平，合理有效地消除热工控制系统中存在的一些安全隐患。解决DCS历史数据库及SOE等功能存在的不足，同时采取有效技术手段处理锅炉火检运行的不稳定、风烟测量回路出现灰堵等问题。另外，严把设备采购、选型与验收等每个环节的质量关，对于更换给水泵、风机等保护系统中使用的温度元件必须慎重起来。
2)在严格执行现有规章制度的前提下，还要对其进行不断完善，对仪器控制设备的通讯电缆进行定期紧固，对保护系统中的风烟测量管路进行定时吹扫，在机组进行大修时，应根据具体情况增加一些固定式吹扫管路，利用阀的自动切换或手动切换进行吹扫。
3)对于电厂热工控制系统存在的隐患与缺陷进行仔细分析排查，并及时对其整改。做好防水、防高温、防冻、防误操作、防灰堵工作，五防措施必须常抓不懈;为了有效避免由于连接处高温氧化而使得接地电阻增大，可以采用间接或直接焊接的方式来连接测量筒体和保护用电接点水位计的公用线。进而提高电力系统的供电可靠性;不断完善电厂热工控制系统的硬保护系统，尽可能地把能够引起机组跳闸的全部热工信号都引入DCS，并确认测量元件的自诊断和保护功能，使其能安全、可靠、稳定的运行;对DCS的软报警进行整理，使其和经审核颁发的保护定值表及热工控制系统报警相符;不断完善热工控制柜内的各项安全措施，例如消除外露接线、提高工作人员可能触及到的电器设备的安全性等。
4)加强对电厂工作人员的素质教育，对其进行定期培训，增强其安全意识与责任感的同时还要提高电厂工作人员的技术水平与业务能力。另外，也要对电厂热控系统进行定期检测维修，在统计发生的全部保护动作次数后，对其进行仔细分析，尽可能地消除重复性与多发性故障。 3结语
通过对电厂热工控制系统出现的故障进行统计，并认真分析故障的产生原因，进而提出相应的解决方法及有效措施是降低电厂热工控制系统故障发生率的重要途径。不断完善电厂的各项管理制度，提高操作人员的职业素养与技能水平，将先进的设备与技术应用于电厂中，只有这样才能够有效降低电厂热工控制系统的误动作次数与故障发生率，最终提高电力系统的供电可靠性。
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参考文献：
1 周铁锤.火电厂热工控制系统故障诊断的有效方法[J]. 经济技术协作信息，2007. 2 张恒远.浅谈火电厂热控保护工作的重要性及对策[J]. 中国集体经济，2009. 3孙长生.浙江省电厂热工控制系统故障统计分析[J].浙 江电力，2001. 4罗茂春.分析电厂自动控制系统存在的问题与解决对 策[J].广东科技，2009.
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沈作军
一、前言
安全性是载人航天活动中一个关键而敏感的问题。国外载人航天活动的经验表明，为保证航天员安全，首先要研究制定和完善安全性要求，而安全性要求一经明确，便成为系统安全性设计的目标和进行安全性验证的依据。分析影响载人航天安全的主要因素是研究制定载人航天安全性要求的重要途径，而这种研究必须以事实为依据，从分析载人航天的历次故障开始。因此，本文通过统计分析国外载人航天活动中的故障，并借鉴其它与安全性密切相关的行业，如民用航空和核电厂，在建立、完善其安全性要求方面的成功经验，提出了载人航天安全性要求的构成体系及其应有内涵。
二、国外载人航天故障统计分析
1故障原因统计分析从1959年8月21日美国发射的水星号模型/小兵飞行器开始，直到1995年底， 在美国、前苏联/俄罗斯进行的249次载人航天发射飞行中，故障总数为166次。故障原因大体上可划分到质量、管理、操作、环境、设计、制造等方面。其中，失效、失灵、出错、意外等类型的故障原因较多地与产品质量有关。例如，前苏联的上升2号飞船制导系统失灵，就是由于太阳光敏感器发生故障造成的。这一类型的故障通常具有概率特性，与元器件、零部件可靠性水平密切相关。设计方面的原因则较多地反映为设计评审不充分、技术方案有缺陷等。这一类型的故障往往归因于设计人员载人航天知识及经验的局限性。尽管载人航天发展史表明，随着经验和教训的积累、技术方案的成熟，由设计原因造成的故障呈减少的趋势，但现阶段的许多重大载人航天事故往往仍是由设计原因造成的。下页表中列举了美、苏载人航天活动中发生的4次航天员死亡事故及其原因和改进措施。表中可见，造成航天员死亡的重大事故大多起因于技术方案的缺陷。在特定条件下，这种缺陷被暴露出来，直接造成严重后果。因此，如结构强度、材料特性、舱内气体成分、舱门应急打开时间等性能、物理、化学方面的因素直接关系到航天员安全性。此外，操作(规程)和管理方面的原因也在较大程度上影响了航天员安全性。
2.故障阶段和部位统计分析从载人航天飞行阶段内发生故障的次数统计结果看,考虑到轨道运行时间要比主动段和返回着陆段长得多，而主动段和返回段内飞行时间虽较短暂，但环境恶劣且变化剧烈，逃逸救生比较困难，因而是事故的高发段。次重大事故主要发生于主动段和返回着陆段内。
载人航天各主要组成系统发生故障的次数并无较大差异，从某种意义上说明了在当前技术条件下，载人航天主要组成系统保障航天员安全的水平是同一量级的，各组成系统在对航天员的安全保障方面不存在质的差异。由以上对国外载人航天故障的统计分析可知，为保障航天员安全，必须对故障的发生进行有效的控制，针对不同的故障原因和类型、故障的发生阶段和部位，吸取历史经验
和教训，采取有效的控制措施。为此，首先必须据此并按照一定的体系，建立完备的安全性要求并明确其内涵。而那些比载人航天有更高安全性要求的大系统，如民用航空、核电厂等，在这方面的成功经验无疑是值得借鉴的。
三、可借鉴的大系统安全性要求体系在安全性方面，民用航空和载人航天极为相似。载人航天系统在设计、制造等许多方面借鉴了航空领域的成熟技术和方法。欧空局就明确指出，经欧洲适航当局批准的用于协和、空中客车等民机项目的安全性工作方法经适当修改后适用于载人航天。而核电厂与载人航天系统在安全性方面也存在很多相似之处。例如：两者均是复杂大系统;均将人员安全性置于首位;危险的发生均为小概率事件，且一旦发生，后果均极为严重;人的因素在很大程度上影响两者的安全性等。1.民用航空民用航空的安全性，取决于航空器的设计、制造、维修、有关人员的素质、设备和设施的质量以及有关机构的工作水平等因素。适航当局除了提出民航客机发生灾难性事故的概率不得大于10-9的安全性概率要求外，还规定航空器的设计、制造必须符合相应适航性条例要求。而适航性要求在本质上是航空器设计和制造者必须表明对其符合性的“最低安全性水平”要求。民用航空器的研制，在其方案论证时就应根据其类型，确定适用的适航条例。
民用航空器的设计必须覆盖其适用适航条例中的所用条款。但适航性条款只是对诸如飞行性能、操稳特性、载荷和强度、结构、动力装置、设备、使用限制等方面影响安全的内容提出要求。例如，飞行性能要求项目是多样的，而适航标准中只是对“失速速度”、“中断起飞性能”等直接影响安全的内容提出要求。适航性条例中，有的要求是定量的(如：应急着陆情况中乘员所受的极限过载限制要求)，有的是定性的(如燃油系统的闪电防护要求，质量、制造方法的要求)，有的要求是微观而具体的(如自锁螺母的使用要求等)，有的要求是针对整机的(如高速特性要求和滑行要求等)，有的要求则是按系统和飞机部位提出的(如对结构、动力装置、设备等分别提出的适航要求)。总之，除安全性概率要求外，适航条例针对影响飞行安全的各种因素、各种可能情况提出了定量或定性的要求，并成为民用航空器安全性的有力保证。2.核电厂国家核安全局除明确提出核电厂有严重放射性后果的事故发生概率不大于10-5，人员急性死亡风险低于社会现有急性死亡风险(中国为10-4/人年)的1‟等概率要求外，还针对核电厂的安全性特点，制定了工程化、操作性强的安全性要求。其做法是，根据材料、零件、部件、系统、构筑物以及计算机软件等“物项”对核电厂安全的重要性，将其划分到不同的安全等级。安全等级确定后，即可在选材、设计、制造、核安全验证和质量保证等方面提出相应的要求。在安全分级中，要求以某一安全功能起作用的概率及该安全功能失效的后果(即风险)来评价安全重要性，并做出等级划分。另一方面，则直接对那些安全上非常重要的、其损坏能导致重大放射性释放事故的“物质”提出各种要求，而不需要直接考虑损坏的概率或缓解效应。核电厂安全性要求涉及其建设的各个阶段和每一环节，其整体安全性是依赖严格的质保体系的一系列规定来保证的。如果在选址、设计、采购、制造、建造、调试等各阶段及每一环节都符合了相应的具体可操作的质保要求，则自然达到了其整体安全性目标。可见，核电厂整体安全除概率要求外，还特别强调建立起在工程全过程中步步为营、层层把关执行的安全要求体系。
四、载人航天安全性要求体系通过对载人航天故障的统计分析，并借鉴民用航空、核电厂等大系统安全性工作的经验，可以发现：航天安全性概率要求是重要的安全性要求，但除此之外，还应特别强调某些并不具备概率统计特性的定量要求，如影响航天员安全的某些性能、物理、化学参数要求，以及安全性定性要求。它们各有其内涵，但又综合反映了载人航天安全性要求的全貌。 1.安全性概率要求航天员安全性很大程度上取决于系统中与其安全性相关部分的任务可靠性及故障检测系统和逃逸救生系统的任务可靠性。 由于载人航天系统在其各个运行阶段中，系统构成及逃逸救生方式有所不同，故而有必要对概率要求按运行阶段进行划分。另一方面，则应按功能系统、分系统等进行安全度及可靠度的分配。除了前述安全性概率要求外，还存在另一大类直接或间接影响航天员安全的定量要求，即载人航天系统自身的性能、物理、化学参数和指标。例如，辐射、过载、毒气、噪声、冲击等超过一定的限度，即可能直接造成航天员伤亡。此外，如飞船各舱盖应急打开时间过长、航天服及其零部件安全系数不够、关键电源供电不足等，在某些特定条件下，亦会间接影响航天员安全。因此，对这些“参数”必须提出相应的定量要求。为严格进行分类管理、控制与验证，与安全性有关的上述参数亦应按系统、分系统及危险源进行分类。例如，美国规定其飞船各舱盖的应急打开时间范围为2～4秒;应急救生系统启动时，过载不超过11g等。危险源一般可分为：气象、火灾、爆炸、振动、震荡、噪声、塌爆、热、污染、放电、辐射、生物、生理、心理、撞击、毒性物质等类别。此外，其它如操作规程引入的危险以及如推进、飞控等系统性能超标带来的危险等，亦应通过各类安全性要求予以控制。
3.安全性定性要求载人航天安全性要求不但包括上述可以定量描述的要求，而且还应包括定性要求。一方面，安全性要求的某些内容更适合于用定性方法描述。例如，使神号系统的安全性定性要求指出：“没有单点故障会导致灾难性的、严重的或重大的后果;对主要结构、承载单元和压力容器均应采用损伤容限设计规则”等。另一方面，针对同一对象，从定性和定量两方面都予以要求，互为补充。例如，对于航天员舱内的尖锐突起物，可以定量规定其最大突起尺寸、最小导角半径等，但也可定性要求为：“在任何情况下均不得造成航天员伤害”。安全性定性要求又可划分为“通用定性要求”和“专用定性要求”两大类。通用定性要求适用于载人航天各类产品，具有通用性和广泛的适用性。例如，欧空局针对其载人航天的逃逸与营救、应急规程、安全防护、危险探测、冗余管理、航天员环境等方面做出了通用的安全性定性要求。其中，在安全防护方面，欧空局规定：“系统的设计应提供生存空间的隔离，以防止突然的不可控并危及生命的状况传播到安全舱„„”。以通用定性要求为指导，结合具体型号特点，总结吸收国内外工程经验，可进而确定相应的、有针对性的专用定性要求。这些专用要求可按载人航天系统、分系统以及运行阶段，甚至更进一步的层次进行分类。例如，欧空局对载人航天系统中运载火箭部分规定：“当出现危险故障时，应能安全地关闭运载器各级火箭的主要推进功能;如果在主动段出现了灾难性事故，为了保证航天员安全而要求中止试验或实施航天器逃逸，应提供中止任务的制导与导航功能，并由它对系统实施完全控制„„”。总之，安全性定性要求与定量要求、安全性概率要求与非概率性要求的有机结合构成了较完整的载人航天安全性要求体系。
五、结束语航天员安全性是发展载人航天的最重要制约因素。为了高水平地保证航天员安全，
必须对载人航天故障进行系统、深入的分析，在总结、吸收历史经验教训的基础上，按照科学的体系，对载人航天系统提出全面的安全性要求，并在设计、生产、试验及安全性验证中完全满足这些要求，才能最终保证载人航天安全。
***(地点)***kV变电站**月**日
*********故障分析报告
单位名称：
审 核：
年 月 日
一、事故(故障)前运行方式及负荷情况 1.运行方式： ************ 2.负荷情况： ************
二、事故(故障)现象
填写事故发生前后的信号显示、保护装置动作情况、设备动作情况、故障设备外观现象(附各角度照片)、集控站监控机显示信息、变电站后台机采集信息内容。
三、事故处置经过
对事故开始到故障设备隔离改为检修状态的全过程内容进行描述，时间要求精确到分。
四、事故停电范围及损失情况
对事故造成的停电范围、电量损失及设备损坏情况进行说明。
五、事故后的相关检查和试验 1.保护检查情况： ************ 2.设备电气试验情况： ************
六、事故原因分析
根据站内故障录波图图及相关报文信息分析，简要描述故障现象经过，具体按照以下格式要求叙述： 1.****保护动作情况分析
根据保护类型及动作行为情况分别描述，可按照1. 2. 3....分项说明。 2.设备损坏原因分析
描述设备厂家、型号、投运日期以及设备运行期间的运行维护、检修试验情况，并根据事故过程现象分析设备损坏的原因。存在其它设备间接损坏的也按照如上要求进行说明。
七、事故暴露出的问题
根据事故涉及到的设备质量、安装工艺、检修维护、运行巡视、反措落实、管理要求落实等方面进行说明。
八、防范及整改措施
为防止事故重复发生所拟采取的整改措施，要求整改措施落实到人，明确整改完成时间及督查落实人，整改措施要结合暴露出的问题，并举一反三，防止类似事故在次发生。
附件: 故障录波及继电保护动作分析、故障录波图、保护动作报文、最近两个周期的设备电气试验报告(充油设备还应提供相关油化试验报告)、损坏设备技术规范书、事故设备照片。
事故经过：9月10日凌晨02：28分，进行保安MCC A段的倒电工作，拉开柴油机到#2机保安MCC A段备用电源进线1ZKK，检查#2机保安MCC A段失电后，合锅炉MCC A段到保安MCC A段进线开关B23，保安MCC A段带电正常，UPS系统运行正常，方式为主回路运行。
02：32分，开始进行保安MCC B段的倒电工作，拉开柴油机到#2机保安MCC B段备用电源进线2ZKK，检查#2机保安MCC B段失电后，合锅炉MCC B段到保安MCC B段进线开关B24，保安MCC B段带电正常，此时直流I段绝缘报警动作，直流II段绝缘和接地报警动作，UPS总故障报警。立即到就地直流配电室检查直流和UPS报警情况，直流配电室内有大量烟气，直流I、II段报警均动作，UPS旁路运行报警，UPS柜内有烟气产生。复位直流I、II段报警后报警消失，UPS旁路运行。
根据ups现场发现相电压测量板烧坏，其连接的电缆线的绝缘皮融化，明显是短路造成大电流通过。静态开关部分也烧坏严重，直流电容爆炸等引起原因可能是外接电源在转换常用电时出现高压，导致相电压测量板和静态开关的可控硅被击穿，使旁路电源与逆变器并联造成短路，对静态开关的控制回路造成严重的损害且反向向整流器冲击致使直流电压飙升过高，由于其电压大大超出了直流电容的额定电压，电容无法承受而爆炸。直流电容为易损元器件，使用时间长后会降低其储能能力且又受到严重的冲击，存储能力大大降低，为确保设备能长期正常运行，将直流母排的直流电容更换。调试设备做切换时发现逆变接触器无法吸合，测量接触器发现有一相触点损坏将其更换。
此次更换的备件如下：
PC926 相电压测量板
1块 PC954 接触器缓冲板
1块 PC690A 静态开关驱动板
1块 PC811 静态开关控制板
1块 绕线电阻
200w1RJ
2个 静态可控硅 MTC200A
1个 逆变快速保险
400A
2个 接触器
LG 85A
1个 直流电容
27000μF/300VDC 2个 以上备件均为明显有严重烧坏的痕迹
由于直流母排的电容受到高电压的严重冲击，存储能力大大降低，为确保设备能长期正常运行，将剩下的直流电容更换。 直流大电容 8800μF/450VDC 4个 直流小电容 1μF/1000VDC 4个
日期：2010年9月10号
11日上午9点30分，工程师赶到现场，9点40分，服务工程师原厂工程师也赶到现场，开始检查诊断，发现：
(a)CX700双处理器SPA/SPB通道均不能正常访问;
(b)总共35块硬盘中15块硬盘黄灯告警;
(c)双电池告警;
经查，NS700后端存储CX700多处硬件故障，包括：两个电源、一个LCC卡(线)、两个电池、三块硬盘，众多故障导致CX700双通道都不能对外提供正常存储服务，系统数据遭到破坏。
11日中午12:00，工程师和工程师经过分析日志，认为系统虽然发生多处硬件故障，但是系统能够恢复的可能性还是很大的。
11日下午24:00~12日03:00，备件由专人送达现场。
原厂工程师按照方案进行备件更换：
(a)更换1-0的两个PS
(b)更换0-0 LCC-A，从而恢复了SPA通道
(c)由于1-0-12在硬盘出现故障前,盘阵电源出现故障,至使硬盘数据没能考入到热备盘中,从而使Raid一致性出现损坏,无法重构，数据无法访问。
12日03:00 06:00，支持中心将故障升级至最高级S1，并调集全球支持专家进行故障诊断解决。
12日 06：00~09：00，产品研发专家介入。
12日07:00，工程师电话联系工程师，得知故障还没有修复，于是立即出发，赶往故障现场，了解情况。8:00分，产品研发专家在做了各种尝试之后，提出最后的方案：尝试更换1-0-12硬盘上的logical board，恢复系统数据，但更换logical board需要一块与原来硬盘一模一样的硬盘和专用的工具。由于故障NS700设备型号太老，原来的那种磁盘早已经停止生产，全球备件库也没有这种磁盘，也没有这种工具。
12日08:40，工程师想到有一台02年左右购买的CX600磁盘阵列，与这台CX700的出厂时间相差不是太多，而且这台阵列现在是用于测试系统，于是马上联系值班人员，在100多块磁盘中找到了5块产品号一模一样的磁盘。磁盘找到后，工程师立即联系维护人员打车去取，随后工程师又在工具箱中找到了工具。
12 日09：30 ~ 12：00，从CX600上拆下来的硬盘上拆下一块logical board更换到1-0-12硬盘上，将硬盘插回槽位，数据开始重构，并于中午完成数据重构。
12日 12：00 ~ 14：30，数据恢复完成，公司将恢复出来的宝贵用户数据拷贝出来，系统可以单通道运行，但运行效率较低。
12日14:30~13日00：30， 支持中心继续对SPB通道故障进行分析诊断。最终将SPB仅连接0-0盘柜，做成最小启动，SPB仍无法正常工作，故最终将SPB通道故障定位在处理器机柜SPE。
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