故障树在故障分析中的运用

阳咏梅，张桂成，侯 涛

（中车永济电机，陕西 西安 710016）

引言

近几十年来，故障树分析（FTA技术）在我国得到迅速发展，特别是在核工业、航空航天、机械、电子、船舶、化工等领域已得到广泛的应用。随着RAMS/LCC技术在轨道交通领域的推广运用，FTA技术为铁路运行的可靠性和安全性也发挥着越来越大的作用。

了解故障树分析的人都知道，它可以帮助我们对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，从而确定产品故障原因的各种可能组合方式及其发生的概率。发生重大故障或事故后，FTA是故障调查的一种有效手段，可以系统而全面地分析事故原因，为故障“归零”提供支持，同时，指导故障诊断、改进使用和维修方案等。本文将通过一个故障案例，介绍故障树在故障分析中的具体运用[1]。

1 故障描述

故障现场情况是电力机车在线运行时6A系统火灾报警，停车后发现B节2轴牵引变流器出现明火，司乘人员喷灭火器灭火，机车回段检查后，发现斩波电阻烧损，且柜体内残存大量灭火剂液体。变流器返厂后，进过清洁、整修重新装车运行。该变流器在后续运行过程中，多次报四象限2硬件故障，四象限2B下桥臂故障后机破。

2 故障分析

故障牵引变流器返厂后除故障四象限模块外，目测变流器状态，变流器轴2滤波电容、铜排、紧固螺栓等多处有腐蚀痕迹。

2.1 建立故障树

为对本次的故障进行机理分析及失效过程还原，以“四象限功率模块故障”为顶事件进行故障树分析，见图1。

图1 四象限功率模块故障树

2.2 底事件排查

从上述故障树可以看出，导致顶事件“四象限功率模块故障”发生的因素有19个。通过对底事件逐项排查，初步确定引起本次故障的原因，见下页表1：

表1 “四象限功率模块故障”影响因素分析表

根据本次拆解分析，除E8、E13、E14以外，其余底事件皆可初步排除，详见表1分析。

2.3 最小割集分析

根据故障树最小割集计算方法，可以得到图1所示故障树的最小割集有：

{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与E12为与门关系，结合表1的分析结果，E12已排除，因此初步确定本次故障原因为E13、E14。

2.4 主要因素验证

在根据上述分析及排查测试，确定了主要因素为E13“灭火器残留物导致绝缘电阻低”、E14“短路保护失效”后，进行了以下验证工作。

1）轴2压接铜排的红色绝缘板上板，任意取两个位置测量绝缘电阻，其值为11.9 MΩ；将该处表面用抛光纸打磨后，再在原位置测量绝缘电阻，其值为200 GΩ；取同型号新绝缘板相同位置测量绝缘电阻，其值为200 GΩ。该验证工作说明：故障变流器轴2压接铜排的绝缘板表面存在一层导致绝缘降低的物质。

2）取与机车所用相同灭火器喷淋同型号新绝缘板，其绝缘电阻值为2.34 MΩ；静置1天后，测试绝缘电阻，阻值为0.03 MΩ；用灭火器喷过的绝缘板经过40～50℃烘箱烘8 h后，绝缘测试值为3.82 MΩ；从故障变流器轴2上拆下的绝缘板经过40～50℃烘箱烘8 h后，绝缘测试值为1.45 GΩ；以上绝缘板放置湿热箱中，温度为40～50℃，湿度80%～90%，6 h后取出，绝缘测试值为183 MΩ。该验证工作说明：机车上灭火器液剂残留物覆盖在绝缘器件表面，会导致其绝缘电阻降低，经过擦拭、干燥，其绝缘电阻将回升，但在潮湿环境下，又将导致绝缘电阻急剧下降。

3 故障原因分析

故障变流器在第一次轴2斩波电阻着火时，司乘人员使用机车所配灭火器灭火，灭火器泡沫喷溅在轴2的器件上。后经过返厂整修，对变流器进行了清理，部分器件进行了更换，并通过出厂试验，变流器交出后重新上线运行。但由于铜排接线板上残留有灭火器液剂，并连接成片，虽然肉眼不可见，但在经过夏天雨季潮湿环境后，导致绝缘板整个表面实际的绝缘电阻值大大降低，从而造成连接在其上的铜排直接短接。根据原理图可知，当起机时，铜排短接，将会有瞬间大电流直接通过四象限模块，造成四象限模块烧损。

4 建议措施

根据故障树分析结果，对目前关注的主要因素进行整改。在最小割集{E13、E14}中，只要有效控制因素E13“灭火器残留物导致绝缘电阻低”，类似故障将不再发生，建议措施如下：第一，清洁变流器器件，更换绝缘件；第二，建议用户慎重使用具有较强腐蚀性且对绝缘性能影响较大的灭火器液剂。

5 结语

故障树分析这种图形化的方法清楚易懂，使人们既可以对所关心的顶事件进行发散思维，查找多方面的原因（底事件），同时由于有逻辑门的存在，可以理清思路，对所描述的事件之间的逻辑关系一目了然，从而达到快速对众多因素进行排查，找出主因，寻求应对措施，解决问题。