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        故障樹在故障分析中的運(yùn)用

        2019-01-15 12:18:56陽(yáng)詠梅張桂成
        關(guān)鍵詞:銅排滅火器變流器

        陽(yáng)詠梅,張桂成,侯 濤

        (中車永濟(jì)電機(jī),陜西 西安 710016)

        引言

        近幾十年來,故障樹分析(FTA技術(shù))在我國(guó)得到迅速發(fā)展,特別是在核工業(yè)、航空航天、機(jī)械、電子、船舶、化工等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。隨著RAMS/LCC技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的推廣運(yùn)用,F(xiàn)TA技術(shù)為鐵路運(yùn)行的可靠性和安全性也發(fā)揮著越來越大的作用。

        了解故障樹分析的人都知道,它可以幫助我們對(duì)可能造成產(chǎn)品故障的硬件、軟件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析,畫出故障樹,從而確定產(chǎn)品故障原因的各種可能組合方式及其發(fā)生的概率。發(fā)生重大故障或事故后,F(xiàn)TA是故障調(diào)查的一種有效手段,可以系統(tǒng)而全面地分析事故原因,為故障“歸零”提供支持,同時(shí),指導(dǎo)故障診斷、改進(jìn)使用和維修方案等。本文將通過一個(gè)故障案例,介紹故障樹在故障分析中的具體運(yùn)用[1]。

        1 故障描述

        故障現(xiàn)場(chǎng)情況是電力機(jī)車在線運(yùn)行時(shí)6A系統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警,停車后發(fā)現(xiàn)B節(jié)2軸牽引變流器出現(xiàn)明火,司乘人員噴滅火器滅火,機(jī)車回段檢查后,發(fā)現(xiàn)斬波電阻燒損,且柜體內(nèi)殘存大量滅火劑液體。變流器返廠后,進(jìn)過清潔、整修重新裝車運(yùn)行。該變流器在后續(xù)運(yùn)行過程中,多次報(bào)四象限2硬件故障,四象限2B下橋臂故障后機(jī)破。

        2 故障分析

        故障牽引變流器返廠后除故障四象限模塊外,目測(cè)變流器狀態(tài),變流器軸2濾波電容、銅排、緊固螺栓等多處有腐蝕痕跡。

        2.1 建立故障樹

        為對(duì)本次的故障進(jìn)行機(jī)理分析及失效過程還原,以“四象限功率模塊故障”為頂事件進(jìn)行故障樹分析,見圖1。

        圖1 四象限功率模塊故障樹

        2.2 底事件排查

        從上述故障樹可以看出,導(dǎo)致頂事件“四象限功率模塊故障”發(fā)生的因素有19個(gè)。通過對(duì)底事件逐項(xiàng)排查,初步確定引起本次故障的原因,見下頁(yè)表1:

        表1 “四象限功率模塊故障”影響因素分析表

        根據(jù)本次拆解分析,除E8、E13、E14以外,其余底事件皆可初步排除,詳見表1分析。

        2.3 最小割集分析

        根據(jù)故障樹最小割集計(jì)算方法,可以得到圖1所示故障樹的最小割集有:

        {1},{2},{3},{4,12},{5,12},{6,12},{7,12},{8,12},{9,12},{10,12},{11,12},{13,14},{15},{16},{17},{18},{19}。

        由于E8與E12為與門關(guān)系,結(jié)合表1的分析結(jié)果,E12已排除,因此初步確定本次故障原因?yàn)镋13、E14。

        2.4 主要因素驗(yàn)證

        在根據(jù)上述分析及排查測(cè)試,確定了主要因素為E13“滅火器殘留物導(dǎo)致絕緣電阻低”、E14“短路保護(hù)失效”后,進(jìn)行了以下驗(yàn)證工作。

        1)軸2壓接銅排的紅色絕緣板上板,任意取兩個(gè)位置測(cè)量絕緣電阻,其值為11.9 MΩ;將該處表面用拋光紙打磨后,再在原位置測(cè)量絕緣電阻,其值為200 GΩ;取同型號(hào)新絕緣板相同位置測(cè)量絕緣電阻,其值為200 GΩ。該驗(yàn)證工作說明:故障變流器軸2壓接銅排的絕緣板表面存在一層導(dǎo)致絕緣降低的物質(zhì)。

        2)取與機(jī)車所用相同滅火器噴淋同型號(hào)新絕緣板,其絕緣電阻值為2.34 MΩ;靜置1天后,測(cè)試絕緣電阻,阻值為0.03 MΩ;用滅火器噴過的絕緣板經(jīng)過40~50℃烘箱烘8 h后,絕緣測(cè)試值為3.82 MΩ;從故障變流器軸2上拆下的絕緣板經(jīng)過40~50℃烘箱烘8 h后,絕緣測(cè)試值為1.45 GΩ;以上絕緣板放置濕熱箱中,溫度為40~50℃,濕度80%~90%,6 h后取出,絕緣測(cè)試值為183 MΩ。該驗(yàn)證工作說明:機(jī)車上滅火器液劑殘留物覆蓋在絕緣器件表面,會(huì)導(dǎo)致其絕緣電阻降低,經(jīng)過擦拭、干燥,其絕緣電阻將回升,但在潮濕環(huán)境下,又將導(dǎo)致絕緣電阻急劇下降。

        3 故障原因分析

        故障變流器在第一次軸2斬波電阻著火時(shí),司乘人員使用機(jī)車所配滅火器滅火,滅火器泡沫噴濺在軸2的器件上。后經(jīng)過返廠整修,對(duì)變流器進(jìn)行了清理,部分器件進(jìn)行了更換,并通過出廠試驗(yàn),變流器交出后重新上線運(yùn)行。但由于銅排接線板上殘留有滅火器液劑,并連接成片,雖然肉眼不可見,但在經(jīng)過夏天雨季潮濕環(huán)境后,導(dǎo)致絕緣板整個(gè)表面實(shí)際的絕緣電阻值大大降低,從而造成連接在其上的銅排直接短接。根據(jù)原理圖可知,當(dāng)起機(jī)時(shí),銅排短接,將會(huì)有瞬間大電流直接通過四象限模塊,造成四象限模塊燒損。

        4 建議措施

        根據(jù)故障樹分析結(jié)果,對(duì)目前關(guān)注的主要因素進(jìn)行整改。在最小割集{E13、E14}中,只要有效控制因素E13“滅火器殘留物導(dǎo)致絕緣電阻低”,類似故障將不再發(fā)生,建議措施如下:第一,清潔變流器器件,更換絕緣件;第二,建議用戶慎重使用具有較強(qiáng)腐蝕性且對(duì)絕緣性能影響較大的滅火器液劑。

        5 結(jié)語(yǔ)

        故障樹分析這種圖形化的方法清楚易懂,使人們既可以對(duì)所關(guān)心的頂事件進(jìn)行發(fā)散思維,查找多方面的原因(底事件),同時(shí)由于有邏輯門的存在,可以理清思路,對(duì)所描述的事件之間的邏輯關(guān)系一目了然,從而達(dá)到快速對(duì)眾多因素進(jìn)行排查,找出主因,尋求應(yīng)對(duì)措施,解決問題。

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