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基于Isograph事故樹分析在自動報警系統中的應用

文檔作者：夏青耐戴曉江徐丹文檔來源：昆明理工大學		點擊數：	更新時間： 2021年09月17日
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現代電子技術
Modern Electronics Technique 2013年1月15日
第36卷第2期Jan.2013
Vol.36 No.2
由于近年來，越來越先進的技術特別是在中國電力
行業的保護系統使用，更多、更復雜的內部結構，自動化
的程度也越來越高，因此，火災自動報警系統的安全性和
可靠性也受到了更多的關注。事故樹分析（FTA）技術，
是安全性分析和系統可靠性工程設計的最佳手段【1】。
從20世紀60年代初，事故樹分析技術誕生，特別是
在最近幾年的發展，影響了許多先進國家的工程師和可
靠性專家。工程中的理論研究結果已經被非常廣泛的
應用，使它成為國際上公認的最為簡單有效的故障診斷
分析和可靠性分析方法之一。它可以引導的優化系統
設計，維修作業和薄弱環節的分析是一個非常強大的工
具。Isograph可靠性軟件是隸屬于英國Isograph公司下
的軟件產品，廣泛應用于工業，能源，電子，航空航天，船
舶，鐵路，電力，教育，醫藥等12個大的行業。事故樹
FaultTree+是Isograph公司的事故樹分析工具，軟件的
貢獻為可以快速檢索的定位邏輯門或事件，可以在圖形
和數據進行了動態管理，進行精確的計算和簡化計算，
并提供更多的優化功能[2]。
1 事故樹分析技術
事故樹分析的基本程序，往往會因為分析的目的不
同、不同的評價對象而不同，但一般可按如圖1進行。
圖1 事故樹分析基本程序
1.1 確定頂事件
創建一個熟悉的系統的事故樹，必須首先要確定頂
事件。頂事件可以選擇取決于分析目的而考慮系統的
基于Isograph事故樹分析在自動報警系統中的應用
夏青耐，戴曉江，徐丹
（昆明理工大學，云南昆明650093）
摘要：為了在我國現代電力中更好的應用新技術新工藝，以達到自動化生產與安全管理的目的。以某一大型火力發電
廠為例，在充分認識到電廠火災自動報警系統的基礎上，利用Isograph軟件，建立事故樹和進行事故樹分析，詳細介紹了Iso?
graph軟件基于事故樹分析的過程和方法，分析研究的結果顯示了系統的可靠性和事故樹分析技術在電廠消防安全中所體
現的重要價值。
關鍵詞：火災自動報警系統；事故樹分析；Isograph；火電廠
中圖分類號：TN964?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2013）02?0168?03
Application of fault tree analysis based on Isograph in automatic fire alarm system of
power plant
XIA Qing?nai，DAI Xiao?jiang，XU Dan
（Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China）
Abstract：In order to better apply new technologies and new processes in Chinese modern electricity system，and achieve
the automation and security management，taking a large?scale thermal power plant as an example，the fault tree was made and
the fault tree analysis was conducted with Isograph software. The process and methods of the fault tree analysis the analysis
based on Isograph software is introduced in detail. The analysis result shows the important value of fault tree analysis techniques
embodied in the power plant fire safety and system reliability.
Keywords：automatic fire alarm system；fault tree analysis；Isograph；thermal power plant
收稿日期：2012?09?27
168
第2期夏青耐，等：基于Isograph事故樹分析在自動報警系統中的應用
技術性能，經濟，安全和可靠性的重大故障事件。火災
自動報警系統的可靠性，安全性分析，將一個更高層次
的風險事件作為頂事件，如濕式自動噴水滅火系統，預
作用自動噴水滅火系統，水幕系統和雨淋系統等，這些
事件的風險會有一個顯著的影響。
1.2 建立事故樹
首先應該熟悉系統的事故樹明確的建立目標，分
析，以確定事故的標準，確定該系統的邊界，不感興趣或
事件沒有成熟的原因，可以直接用來作為底事件，而不
進行分析。創建事故樹應更全面地了解該系統的功能
和結構原則，對事故原因的分析會更準確，事故樹的建
立將更加全面[3]。
火災自動報警系統的主要功能如下：火災發生時，
探測器將發射信號傳輸到報警控制器，通過聲、光信號
表現，在控制面板上顯示火災發生位置，以達到預期報
警目的，或手動報警。火災自動報警系統的組成如下：
（1）探測器。煙霧探測器，火焰探測器，感溫探測器。
（2）手動報警裝置。手動報警按鈕。
（3）控制報警探測系統。集中報警，區域報警，控制
中心報警。
火災自動報警條件為：探測器探測到火警信號，并
且傳輸到報警控制器，此時有聲音的表現和光信號出
現，然后控制面板顯示屏顯示火災位置。正常情況下，
沒有異常。本文運用Isograph軟件，如圖2所示，建立火
災自動報警系統的事故樹，所有的事件均在表1顯示。
Isograph可以建立龐大而復雜的事故樹，并有顯示功能
和分頁編輯功能。
1.3 定性分析
事故樹的定性分析，首先就是求最小割集。其基本
目的是找出所有可能發生的事故，導致頂事件的出現，
因此，幫助確定事故隱患，避免遺漏重要的事故，以幫助
指導事故的診斷，進行維修計劃。
求最小割集通常會用下行法或者是上行法，但是利
用Isograph軟件可以不簡化事故樹就能直接求得最小
割集[4]。圖2中，事故樹的最小割集結果為：X1，X2，X3，
X4，X5，X6，X7，因此，可以看出底事件發生的直接結果，
將會導致頂事件的發生。底事件X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7
對頂事件的影響具有同等的重要性。
1.4 定量分析
事故樹的最小割集確定以后，可以使用事故數據進
行定量分析。定量分析的內容為：計算頂事件概率和計
算底事件的重要度。
1.4.1 頂事件發生概率計算
Isograph尋求頂事件發生的概率和不可用度有多個
模型率模型[5]，本文采用故障率和維修率模型，維修率和
故障率參數在已知的條件下使用。這個模型是用來表
示事故立即發生，并假設維修率及故障率是指數分布。
組件的故障率和維修率模型表示為不可用度和故障頻
度如下：
Q(t)= λ
λ+ u
[1 - e-(λ+ u)t]
ω(t)= λ[1 - Q(t)]
式中：Q（t）為部件不可用度；w（t）為部件故障頻率；λ為
部件故障率；u為部件修復率。
表1 事故樹事件表
代表符號
D
Z1
Z2
Z3
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
含義
火災自動報警系統
探測器
手動報警裝置
控制報警探測系統
煙霧探測器
火焰探測器
感溫探測器
手動報警按鈕
區域報警
集中報警
控制中心報警
事件的類型
頂事件
中間事件
中間事件
中間事件
底事件
底事件
底事件
底事件
底事件
底事件
底事件
圖2火災自動報警系統
在軟件對話框中，輸入故障率和修復率。如果沒有
修復率數據，就輸入惟一的故障率相關數據，是系統默
認的不可修部件的一部分。底事件的故障率應用到軟
件中后可以在定量風險評估的故障頻率的基礎上得到
頂事件的故障頻率。
1.4.2 重要度的分析
重要度：故障事件中的一個組件或者是系統的割集
的頂事件所發生概率的影響，是時間的函數，是組件和
系統結構的可靠性參數。它對于預測和分配系統的可
靠性，操作和維護，以及存儲管理的重要程度，起到了指
導作用[6]。例如，元件的可靠性參數的變化，可以引起系
統的可靠度變化；按照組件的重要順序來檢查，修理，發
現故障和較大的元件的重要性改善，從而提高了系統的
可靠性。
169
現代電子技術2013年第36卷
Isograph軟件可以用來計算以下重要度：
（1）Birnbaum重要度（概率重要度）。概率重要度被
定義為：從正常情況下到故障發生的第i 個組成部分，系
統從正常然后到故障狀態的概率。它反映的是基本概
率事件得變化對系統變化的可能性影響[7]。
（2）福塞爾和維斯利重要性（FV重要度）。福塞爾和
維斯利的重要研究發現：只有在關鍵狀態下的組件是不夠
的，還必須掌握組成部分在非關鍵時刻的重要度。所謂非
關鍵狀態，是指當組件從正常到故障狀態，頂事件不會發
生，但組件對頂事件發生的概率有一定的影響的狀態。
（3）BarlowProschan（BP重要度）。BP重要度，是指組
件在過去一段時間里發生故障對頂事件發生概率的影響。
1.5 分析結果
從分析結果可以看出，底事件X1（煙霧探測器故
障），X2（感溫檢測器故障），X3（火焰探測器故障），X4（手
動報警按鈕故障），X5的（區域報警故障），X6（集中報警
故障），X7（控制中心報警故障）對于頂事件的發生，其影
響是非常大的。它可以從圖2顯示出，X1，X2，X3，X4，X5，
X6，X7任何一個發生，會導致頂事件發生，即火災自動報
警系統出現故障。因此，為了避免此類故障的發生，根
據安裝環境，選擇適當的靈敏度探測器，在安裝時，應避
開風口和風速較大的渠道，定期檢查，清洗和更換探測
器視情況而定[8]。檢查機器，故障排除，或按照下面的方
法，由一個外部表或診斷程序檢查，以確定故障。損壞
后如果及時更換，將不會影響系統的運作。用表檢查絕
緣水平，檢查連接器，布線，采用焊接，塑封和其他技術
手段。這將會減少頂事件發生的概率，達到降低風險的
最終目的[9]。
2 結語
本文介紹了使用Isograph建立事故樹和事故樹分
析的方法，特別是對軟件的故障率和重要度的計算方法
的解釋。使用Isograph軟件進行事故樹分析，可以大大
的提高故事樹分析的效率，同時，也提高了事故樹分析
的準確性[10]。事故樹分析法簡明，直觀，圖形化和易于
理解，是對電廠火災自動報警系統進行安全性、可靠性、
部件重要度分析等的有效數學工具。用事故樹分析危
險事件之后，能夠分析出危險事件的風險量化水平，并
且提供一個更科學，更準確的評估結果。
參考文獻
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作者簡介：夏青耐女，1987年出生，陜西榆林人，在讀碩士研究士。研究方向為安全管理。
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（上接第167頁）
算機軟件，經實例計算和曲線的繪制，可用于水冷散熱
器設計時參考。要注意的是本公式的精確性受到多重
因素的影響，存在一定的誤差，且本文中所用的散熱器
熱阻公式只適合水冷散熱器。
參考文獻
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作者介紹：羅冰洋女，1970年出生，湖南湘鄉人，博士，副教授。研究方向為電力電子技術及自動控制。
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