低压成套开关设备的可靠性分析

1 低压开关控制柜MCC

低压开关控制柜品种多、规格复杂，因此，对低压开关控制柜进行可靠性分析时本文以

比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。

低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。

低压开关控制柜MCC设备的特点：

（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。

（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。

（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。

（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。

（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。

（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。

（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。

（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。

（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。

2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析

2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图

低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。

图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图

2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算

根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。

3 故障树分析方法

3.1 简介

故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。

故障树分析方法具有以下几个特点：

（1）具有很大的灵活性。

（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。

（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。

（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。

（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据

（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。

3.2 实施步骤

故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。

3.2.1 顶事件的选取

顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。

3.2.2 建立故障树

这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。

3.2.3 故障树定性分析

故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。

3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果

任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。

低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：

割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67

3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果

低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率）低压成套开关设备的可靠性分析

李志鸿

（宁波市创捷自动化有限公司，浙江 宁波 315803）

1 低压开关控制柜MCC

低压开关控制柜品种多、规格复杂，因此，对低压开关控制柜进行可靠性分析时本文以

比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。

低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。

低压开关控制柜MCC设备的特点：

（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。

（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。

（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。

（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。

（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。

（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。

（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。

（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。

（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。

2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析

2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图

低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。

图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图

2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算

根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。

3 故障树分析方法

3.1 简介

故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。

故障树分析方法具有以下几个特点：

（1）具有很大的灵活性。

（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。

（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。

（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。

（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据

（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。

3.2 实施步骤

故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。

3.2.1 顶事件的选取

顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。

3.2.2 建立故障树

这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。

3.2.3 故障树定性分析

故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。

3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果

任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。

低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：

割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67

3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果

低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率）低压成套开关设备的可靠性分析

李志鸿

（宁波市创捷自动化有限公司，浙江 宁波 315803）

1 低压开关控制柜MCC

低压开关控制柜品种多、规格复杂，因此，对低压开关控制柜进行可靠性分析时本文以

比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。

低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。

低压开关控制柜MCC设备的特点：

（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。

（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。

（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。

（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。

（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。

（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。

（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。

（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。

（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。

2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析

2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图

低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。

图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图

2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算

根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。

3 故障树分析方法

3.1 简介

故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。

故障树分析方法具有以下几个特点：

（1）具有很大的灵活性。

（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。

（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。

（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。

（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据

（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。

3.2 实施步骤

故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。

3.2.1 顶事件的选取

顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。

3.2.2 建立故障树

这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。

3.2.3 故障树定性分析

故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。

3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果

任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。

低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：

割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67

3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果

低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率）低压成套开关设备的可靠性分析

李志鸿

（宁波市创捷自动化有限公司，浙江 宁波 315803）

1 低压开关控制柜MCC

低压开关控制柜品种多、规格复杂，因此，对低压开关控制柜进行可靠性分析时本文以

比较典型的低压开关控制柜MCC为例进行可靠性分析，并以河北电力设备厂生产的张家口水电解制氢装置MCC开关柜为例进行分析，以下简称低压开关柜MCC。

低压抽出式电动机控制中心和小电流的动力配电中心简称低压抽出式MCC柜，适用于交流50Hz额定电压380V及以下的电力系统中，作为化工冶金纺织矿山等各工矿企业的电动机控制用。

低压开关控制柜MCC设备的特点：

（1）按不同功能设计成各种类型的抽屉单元。根据用户需要，选用施奈德公司的低压电器元件。

（2）类似的抽屉具有互换性。需维修或更换时，只需换上同规格的备用抽屉，提高了供电的连续性。

（3）所有的导线均采用冷压接线端头，在一次线端头上加套热缩塑料管，二次线端头套塑料管，提高了运行可靠性。

（4）为使母线搭接面接触良好，采用整平压印新工艺。

（5）具有良好的保护接地系统，全部金属结构之间可靠连接，并与接地保护母线排相通。

（6）空气开关的操作机构突出门外，并有明显分合标志，门与操作机构间有机械联锁装置。

（7）壳体表面采用烤漆或静电喷涂。

（8）不覆漆的其它金属部件全部镀锌钝化。

（9）柜体框架具有光滑的钝形边缘，可使安装人员的双手得到保护。

2 低压开关控制柜MCC的可靠性分析

2.1 低压开关控制柜MCC的可靠度逻辑图

低压开关控制柜主要由六个模块组成，分别为：吸附器A电力回路、吸附器B电力回路、碱液循环电力回路、送水泵电力回路、电解间风机电力回路和配电间风机电力回路。

图1 吸附器A、B电力回路的可靠度逻辑图

2.2 低压开关柜控制柜MCC可靠度的计算

根据可靠度逻辑图，给出元件的失效率，可以计算系统的可靠度。

3 故障树分析方法

3.1 简介

故障树分析法，简称FTA（Fault Tree Analysis），是一种评价复杂系统可靠性与安全性的重要方法故障树分析法是由美国贝尔实验室的H.A.Watson于1961年首先提出的，并应用在民兵导弹的发射控制系统安全性分析中，为预测导弹发射的随机故障率做出了贡献。采用FTA来预测和诊断故障，分析系统的薄弱环节，指导运行和维修，实现系统设计的最优化。

故障树分析方法具有以下几个特点：

（1）具有很大的灵活性。

（2）FTA是一种图形演绎法，所以形象、直观，而且它是一种对故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。

（3）进行FTA的过程，也是一个对系统更深入认识的过程，它要求分析人员把握系统的内在联系，弄清各种潜在因素对故障发生影响的途径和程度，因而许多问题在分析的过程中就被发现和解决了，从而提高了系统可靠性的分析精度。

（4）由于故障树是由特定的逻辑门和一定的事件构成的逻辑图，因而可以用计算机辅助建树和分析。

（5）通过FTA可以定量的计算复杂系统的故障率以及其它可靠性参数，为改善和评价系统可靠性提供定量数据

（6）FTA不仅可用于解决工程技术中的可靠性问题，而且可用于经济管理的工程问题，还对不曾参与系统设计的管理和维修人员来说相当于一个形象的管理维修指南，因此对培训使用系统的人员更有意义。

3.2 实施步骤

故障树分析方法的基本步骤包括：选取顶事件；建立故障树；故障树的定性分析；故障树的定量分析。

3.2.1 顶事件的选取

顶事件就是最不希望发生的故障状态。它可以根据我们最关心的问题来选取，但是下列几点需要共同遵守：（1）顶事件发生与否必须有明确定义；（2）顶事件必须能进一步分解，这样才能按顶事件发生的逻辑关系建立故障树；（3）顶事件能定量地度量。

3.2.2 建立故障树

这是故障树分析中最关键的一步。通常是一个反复深入、逐步完善的过程。通过建树过程使工程技术人员透彻了解系统，发现系统中的薄弱环节，这是建树的首要目的。其次建造故障树也是使用FTA的前提条件。

3.2.3 故障树定性分析

故障树定性分析就是找出导致顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的所有最小割集。

3.3 低压开关控制柜MCC的故障树定性分析结果

任何故障树均有有限数目的最小割集组成，它们对给定的故障树顶事件是唯一的。单个事件组成的最小割集，表示该事件一旦发生顶事件就发生。

低压开关控制柜MCC故障树的最小割集如下：

割集0：Event8割集1：Event10割集2：Event11割集3：Event12割集4：Event13割集5：Event14割集6：Event15割集7：Event16割集8：Event17割集9：Event18割集10：Event20割集11：Event28割集12：Event33割集13：Event35割集14：Event42割集15：Event47割集16：Event49割集17：Event50割集18：Event52割集19：Event58割集20：Event60割集21：Event61割集22：Event62割集23：Event26 Event30割集24：Event27 Event30割集25：Event40 Event44割集26：Event41 Event44割集27：Event54 Event57割集28：Event54 Event56割集29：Event65 Event68割集30：Event65 Event67

3.4 低压开关控制柜MCC的故障树定量计算结果

低压开关控制柜MCC故障树的定量计算结果如下（令t=2000h，计算顶事件发生概率） 通过以上分析可以看到，低压开关控制柜的故障树由31个最小割集构成，其中一阶最小割集23个，二阶最小割集8个，系统的薄弱环节为23个底事件构成的一阶割集。一阶最小割集中的事件发生，系统才会故障，所以它们的概率重要度为1，二阶最小割集中，只有当所有事件发生，系统才发生故障，所以概率重要度小的多。

本文研究了低压成套开关设备的可靠性分析方法，并以低压开关控制柜MCC为例进行了可靠性分析和计算。由以上的分析可知本文的主要工作和结论如下：

（1）全面的分析低压成套开关设备的可靠性必须考虑低压成套开关设备作为不可修复系统时和可修复系统时的不同，不可修复系统的可靠性指标和可修复系统的可靠性指标不同，所使用的分析方法也不同。因此，当把低压成套开关设备看作不可修复系统时，采用可靠度逻辑图分析方法和故障树分析方法，当把低压成套开关设备看作可修复系统时，采用状态空间方法。

基于供电企业配网自动化控制系统的应用（2）可靠度逻辑图分析方法和故障树分析方法各有优缺点：应用可靠度逻辑图方法，需要弄清楚低压成套开关设备的结构、功能以及各单元之间的可靠性关系，在得到该系统的可靠度逻辑图后，计算较简单。但是，当系统的结构复杂、单元众多时，系统的可靠度逻辑图很难或不能画出。应用故障树分析方法可弥补可靠度逻辑图分析方法的缺点，可以采用计算机进行分析，在大型复杂系统的可靠性研究中更为有效，还可以进行底事件和最小割集的重要度的分析，得出关键事件重要度，各单元对系统的影响一目了然。

（3）通过对低压开关控制柜MCC可靠性的计算，可以看出提高底事件的可靠性可以提高系统的可靠度。

（4）状态空间法适用于分析马尔可夫型可修复系统。低压成套开关设备进行一些合理的假设条件下，符合状态空间法的条件。系统的状态空间因维修策略的不同而不同，维修工的多少直接影响到状态空间图的结构，同时可修复系统的可靠性指标随器件维修率的增大而提高。