CN104281766A - 一种电力系统中用于安全评价的故障树分析法的改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统中用于安全评价的故障树分析法的改进方法，包括以下步骤：1)依照故障树分析法分析方法首先确立顶上事件，然后逐层分析各原因事件，包括基本事件和非基本事件，并依此建立故障树；2)通过调研、统计和分析对全部的基本事件做出隶属度估值并对顶上事件的特征值经行估值；3)将步骤2)获取的各基本事件隶属度估值利用加权平均法求与之对应的各非基本事件的隶属度；4)将步骤3)获取的各非基本事件的隶属度利用加权平均法求得顶上事件的隶属度；5)对比步骤4)的顶上事件的隶属度和步骤2)的顶上事件特征值，判断顶上事件是否发生及发生可能性的大小。本发明应用模糊数学中的可能性分布改进了故障树分析法，较完善的考虑到所有的可能因素，使结果科学、准确且全面具体。

Description

一种电力系统中用于安全评价的故障树分析法的改进方法

技术领域

本发明涉及一种安全评价方法的改进问题，尤其涉及一种通过设置各基本事件的隶属度，计算各非基本事件的隶属度，进而求取顶上事件隶属度的方法改进故障树分析法。 

背景技术

近20年来，我国每年都发生数万起大大小小的安全事故，每一起事故均严重地威胁着人民群众的生命和财产安全，影响着社会的稳定与发展，也从另一方面突显了我国安全管理能力的严重不足，故必须加强安全管理工作，而安全评价是安全管理的基础。安全评价是评价风险程度并确定其是否在可控制范围的全过程，通过事先分析、评价，制定风险控制措施，实现安全管理关口前移，达到消减风险、控制风险、预防事故的目的。安全评价以实现系统安全为目的，应用安全系统工程的原理和方法，对系统中存在的危险因素、有害因素进行辨识与分析，判断系统发生事故和职业危害的可能性及其严重程度，可使安全管理变事后处理为事先预测、预防。为此，必须重视安全评价工作，建立相应的安全评价方法并不断加以改进和完善，进而才能科学、合理地开展安全评价工作，才能规避各类风险事故或减少事故造成的损失，确保经济发展、社会进步和生态环境保护目标的实现。 

事故树分析法是20 世纪 60 年代初由美国贝尔电话研究所为研究民兵式导弹发射控制系统时提出的，它采用演绎推理逻辑分析的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强。 

事故树分析法以不希望发生的安全事件(即顶上事件)作为分析对象，通过逐层分析推溯到所有可能导致安全事故发生的原因，从而找出系统可能存在的安全隐患并用倒立的树状图形来通俗易懂的表示出来。 

  

通过编制故障树，获得了引起顶事件发生的全部初始原因，接下去的分析是找出基本事件的最小割集合与最小径集合即进行整理和化简,然后再进行定性分析。此外，故障树分析法还提出了判断各基本事件对顶上事件影响重要程度相对大小的方法，籍此可以找出系统的最薄弱环节。

故障树分析法的分析思路： 

1)熟悉分析对象

首先要详细了解要分析的对象，包括工艺流程、设备构造、操作条件、环境状况及控制系统和安全装置等．同时还可以广泛收集同类系统发生的事故。

2)由“结果”导出“原因” 

逻辑分析仅用于“某一事件T发生”必然有“事件A或事件B或……”发生或事件“A、B……”同时发生。

3)确定顶上事件 

通过实验分析、事故分析以及故障类型和影响分析确定顶上事件；明确对象系统的边界、分析深度、初始条件、前提条件和不考虑条件。

4) 运用“0”与“1”思路 

任意事件的状态只设置了“0”与“1”两种可能性，事件发生以“1”表示，不发生以“0”表示，即它选用了“非此即彼”的思维方法。

5)定性分析 

利用故障树分析法主要是获取定性分析结论即获取从“原因”导致“结果”脉络，但难以进行定量分析，故故障树分析法主要运用于分析事故原因，对于导致事故发生的可能性大小难以获得定量结论。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题是现有的故障树分析法难以进行定量分析且各类事件的状态仅仅只有发生与不发生两种状态而没有考虑各类事件的过度状态的问题。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电力系统中用于安全评价的故障树分析法的改进方法，其特征是，包括以下步骤： 

步骤一：依照故障树分析法分析方法首先确立顶上事件，然后逐层分析各原因事件，包括基本事件和非基本事件，并依此建立故障树；

步骤二：通过调研、统计和分析对全部的基本事件做出隶属度估值并对顶上事件的特征值经行估值；

步骤三：将步骤二获取的各基本事件隶属度估值利用加权平均法求与之对应的各非基本事件的隶属度；

步骤四：将步骤三获取的各非基本事件的隶属度利用加权平均法求得顶上事件的隶属度；

步骤五：对比步骤四的顶上事件的隶属度和步骤二的顶上事件特征值，判断顶上事件是否发生及发生可能性的大小；

前述顶上事件为系统所不希望发生的事件，即假定发生的不安全事件；基本事件和非基本事件均为导致顶上事件的原因事件，一个以上的基本事件的隶属度对应并决定一个非基本事件的隶属度，全部原因事件的隶属度对应并决定顶上事件的隶属度，前述隶属度的取值范围均是〔0，1〕，前述顶上事件的隶属度大于或等于顶上事件的特征值时，事件发生，顶上事件的隶属度小于顶上事件的特征值时，事件不发生。

本方法对各基本事件发生的隶属度均进行估值，再通过各基本事件的隶属度求得与之相对应的各非基本事件的隶属度，最后求取顶上事件的隶属度。此外，因为每个事件是否发生不能简单地归结为“0” 即“1”，而是采用设定或调查统计各基本事件的隶属度，然后采用加权求平均的方法求取上一层对应的各非基本事件的隶属度。 

为避免设定或调查统计的主观性，提高分析的准确性，步骤二中对各基本事件的隶属度估值分三步估值： 

1)按需要将各基本事件的估值在0到1的范围内分成n档，n≥2，并对熟悉该过程的人员进行调查，请调查对象在自己认为合适的档内选档；

2)进行统计、整理，获得各基本事件的隶属度μ_i(x)函数：μ_i(x)={x₀/第一档估值、x₁/第二档估值、……x_n-1/第n档估值}，其中x_i表示每一档出现的频率， ；

3)基本事件的隶属度估值由μ_i(x)按加权平均求出。例如：对基本事件的隶属度估值按0、0.1、0.2、0.3……0.9、1分成11档，则隶属函数为：μ_i(x)={x₀/0、x₁/0.1、x₂/0.2、x₃/0.3……x₉/0.9、x₁₀/1}。

本发明的优点是：通过设置各基本事件的隶属度，计算各非基本事件的隶属度，进而求取顶上事件的隶属度，从而改变运用故障树分析法中各类事件的状态仅仅只有发生与不发生两种状态而没有考虑各类事件的过度状态的问题，同时使故障树分析法适用于定量评价。 

附图说明

图1是本发明的故障树分析图（腐蚀与侵蚀事件)。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。 

一种电力系统中用于安全评价的故障树分析法的改进方法，包括以下步骤： 

步骤一：依照故障树分析法分析方法首先确立顶上事件，然后逐层分析各原因事件，包括基本事件和非基本事件，并依此建立故障树；

步骤二：通过调研、统计和分析对全部的基本事件做出隶属度估值并对顶上事件的特征值经行估值；

对基本事件的隶属度估值分三步估值：1)按需要将基本事件的估值在0到1的范围内分成n档，n≥2，并对熟悉该过程的多方面的人员进行调查，请调查对象选择自己认为合适的档；2)进行统计、整理，得隶属度μ_i(x)函数：μ_i(x)={x₀/第一档估值、x₁/第二档估值、……x_n-1/第n档估值}，其中xi表示每一档出现的频率，；3)基本事件的隶属度估值由μ_i(x)按加权平均求出。例如：对基本事件的隶属度估值按0、0.1、0.2、0.3……0.9、1分成11档，则隶属函数为：μ_i(x)={x₀/0、x₁/0.1、x₂/0.2、x₃/0.3……x₉/0.9、x₁₀/1}；

步骤三：将步骤二获取的各基本事件隶属度估值利用加权平均法求与之对应的各非基本事件的隶属度；

步骤四：将步骤三获取的各非基本事件的隶属度利用加权平均法求得顶上事件的隶属度；

步骤五：对比步骤四的顶上事件的隶属度和步骤二的顶上事件特征值，判断顶上事件是否发生及发生可能性的大小。

前述顶上事件为系统所不希望发生的事件，即假定发生的不安全事件；基本事件和非基本事件均为导致顶上事件的原因事件，一个以上的基本事件的隶属度对应并决定一个非基本事件的隶属度，全部原因事件的隶属度对应并决定顶上事件的隶属度，前述隶属度的取值范围均是〔0，1〕，前述顶上事件的隶属度大于或等于顶上事件的特征值时，事件发生，顶上事件的隶属度小于顶上事件的特征值时，事件不发生。 

实施例： 

运用故障树分析法对反应容器爆炸事故中的“腐蚀与浸蚀”原因事件为例进行分析应用如图1所示。

通过分析调查，引起反应容器爆炸事故的主要原因主要包括反应压力异常升高、压力超过反应容器的承受能力和控制系统故障三方面原因，而反应容器器壁的设计强度不够，以及反应介质对设备的腐蚀和侵蚀这两个原因是决定压力超过反应容器的承受能力的主要原因。 

因此确定反应容器爆炸为顶上事件T，反应压力异常升高为非基本事件B₁，压力超过反应容器的承受能力为非基本事件B₂，控制系统故障为非基本事件B₃，反应容器器壁的设计强度不够为基本事件x₁，反应介质对设备的腐蚀和侵蚀为基本事件x₂。 

由于本实施例主要研究基本事件x₂对顶上事件T的影响，所以可假设基本事件x₁、非基本事件B₁、非基本事件B₃均取值0.40， 仅保留基本事件X₁以及与其对应的非基本事件B₂为变量值，并设顶上事件的特征值T_C=0.45。 

在相同的腐蚀与浸蚀介质环境中，进行以下五种不同材质的挂片实验(腐蚀时间及试样尺寸均相同)，挂片腐蚀结果显示如下： 

材质            钛        锆        316L        304L       1Cr18Ni9Ti
	失(增)重(g.a－1)    0.0003    0.0016     0.0986      0.1321        0.7423
腐蚀速率(mm.a－1)   0.0032    0.0187     0.4981      0.5436        6.5605

由此可知，五种不同材质的抗腐蚀性能有很大差异。钛材抗腐蚀能力最强，锆材次之，1Cr18Ni9Ti最差；316L、304L316Ti、1Cr18Ni9Ti，虽同为合金钢，但抗腐蚀能力差别很大，最大与最小的腐蚀速度相差达十余倍。

因此，当设备采用钛、锆材，可设x₂=0，则B₂=0.40/2=0.20，T₀=(0.40+0.20+0.40)/3=0.33；当设备采用316L、304L，可设x₂=0.40，B2=0.40，T₀=0.40；当设备采用1Cr18Ni9Ti，可设x₂=1.0，则B₂=0.70，T₀=(0.40+0.70+0.40)/3=0.50。 

可见，只有当采用1Cr18Ni9Ti的合金钢作设备材料时，T₀≥T_C，事件T才会发生，亦即“反应容器爆炸”事故发生，而采用钛、锆材或316L、304L材料则不会导致事故发生。 

改进的故障树分析法在进行的安全评价可以克服运用原故障树分析法进行安全评价时存在的“非此即彼”的缺陷且能够进行定量评价，达到以安全评价方法的科学性确保安全评价结论的科学性、合理性的目的，从而更有效地发挥安全评价对安全风险预测、事故预防的作用。 

Claims (2)

1.一种电力系统中用于安全评价的故障树分析法的改进方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：依照故障树分析法分析方法首先确立顶上事件，然后逐层分析各原因事件，包括基本事件和非基本事件，并依此建立故障树；

步骤二：通过调研、统计和分析对全部的基本事件做出隶属度估值并对顶上事件的特征值经行估值；

步骤三：将步骤二获取的各基本事件隶属度估值利用加权平均法求与之对应的各非基本事件的隶属度；

步骤四：将步骤三获取的各非基本事件的隶属度利用加权平均法求得顶上事件的隶属度；

步骤五：对比步骤四的顶上事件的隶属度和步骤二的顶上事件特征值，判断顶上事件是否发生及发生可能性的大小；

前述顶上事件为系统所不希望发生的事件，即假定发生的不安全事件；基本事件和非基本事件均为导致顶上事件的原因事件，一个以上的基本事件的隶属度对应并决定一个非基本事件的隶属度，全部原因事件的隶属度对应并决定顶上事件的隶属度，前述隶属度的取值范围均是〔0，1〕，前述顶上事件的隶属度大于或等于顶上事件的特征值时，事件发生，顶上事件的隶属度小于顶上事件的特征值时，事件不发生。

2.根据权利要求1所述的一种电力系统中用于安全评价的故障树分析法的改进方法，其特征是步骤二中对各基本事件的隶属度估值分三步估值：

1)按需要将各基本事件的估值在0到1的范围内分成n档，n≥2，并对熟悉该过程的人员进行调查，请调查对象在自己认为合适的档内选档；

2)进行统计、整理，获得各基本事件的隶属度μ_i(x)函数：μ_i(x)={x₀/第一档估值、x₁/第二档估值、……x_n-1/第n档估值}，其中x_i表示每一档出现的频率，                                                ；

3)各基本事件的隶属度估值由μ_i(x)按加权平均求出。