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微機繼電保護測試儀評估方法研討

一，概述

微機繼電保護測試儀評估方法研討，廣泛應用于石化裝置的**保護。邏輯解算器和執行機構等組成，可減少不期望事件發生的可能性和/或后果。一般情況下，這些系統可以在不期望事件發生時將受保護的過程帶入**狀態，其**性和可用性受到如系統布置，自診斷，共因失效，測試周期和維修率等參數的影響[1]。國際標準如IEC61508/61511和ISA-S84.01定義了**聯鎖系統的可靠性指標，即**完整性等級（SafetyIntegrityLevel，SIL），SIL不僅是**聯鎖系統**性能的衡量標準，而且也是整體**生命周期的主線，所以，**聯鎖系統的評估主要針對的是系統的SIL評估[2]。而聯鎖系統SIL的確定必須依據平均失效概率。因此，PFDavg的計算將是關鍵。
　　然而，微機繼電保護測試儀評估方法研討標準并沒有對定性定量分析指定其評估方法，只是給出計算系統SIL的例子和指導，演示怎樣進行系統SIL的計算。因此，我們可以使用不同的定量評估技術。目前很多基于這方面的技術已經公開發表，如故障樹模型分析（FaultTreeAnalysis，FTA），馬爾可夫模型分析（MarkovAnalysis，MA），可靠性框圖法（ReliabilityBlockDiagram，RBD），簡化公式法（SimplifiedEquations，SE），改進的馬爾可夫分析（EnhancedMarkovAnalysis，EMA）和混合方法（HybridAnalysis，HA）等。但不同的分析技術使用不同的假設，有著各自的優缺點和適用范圍，支配著系統行為的不同方面，可能導致不同的計算結果[3，6]。本文接下去將對幾種常用的定量分析技術進行分析比較。
　　二，常用定量分析技術及其優缺點。
　　（一）可靠性框圖。
　　微機繼電保護測試儀評估方法研討可靠性框圖RBD是系統可靠性特性的圖形化表述，一種通過圖示表明成功操作條件的系統行為模型；系統表示為許多功能框圖，各個框圖的失效機制假定相互獨立；連接線從可靠性的觀點來表示可靠性框圖的相關性，這些連接不一定代表物理連接，代表的是系統成功條件下框圖的邏輯連接；它基于部件失效數據來評估系統成功或失效的總的概率；分析結果是一個給定時間條件下的系統失效或成功的概率，它代表了**完整性的度量[7]。
　　1.可靠性框圖RBD的優點。
　　（1）分析相對簡單；（2）圖形化表示簡化了系統相關行為可靠性的理解；（3）有工具可以利用。
　　2.可靠性框圖RBD的缺點（1）框圖只能有一個失效模式，他們要么失效要么不失效；（2）沒有考慮部件的測試和修理；（3）共因失效只能通過引入另外的框圖來解決；（4）不能對系統的降級狀態進行建模；（5）不能模擬失效事件的時間或序列；（6）為評估系統級的**失效（誤跳車）和危險失效需要建立不同的失效模型；（7）通常用來計算可靠度。
　　（二）故障樹分析。
　　微機繼電保護測試儀評估方法研討故障樹分析應用簡單的數學公式或布爾代數解決較為復雜的回路，是一種用于識別和分析引起或導致指定不期望事件發生的條件和因素的方法，這個不期望事件稱為"頂事件"；故障樹本身是系統行為的一種有組織的圖形化表示，一種意在發現基本事件或基本事件組合如何導致不期望頂事件發生的自上而下的分析方法；這個分析主要是定性分析，然而通過使用布爾代數也可獲得定量的結果；通常計算結果是頂事件發生的概率，它是基本事件概率的函數；它是一種廣泛使用和接受的分析方法。如果故障樹是定量評估的，則其結果是一個量化**完整性的概率[8]。
　　1.故障樹分析的優點。
　　（1）通過把系統分解成許多獨立的部分，每部分生成自身的失效樹，可以處理復雜的系統；（2）不僅可以處理硬件和軟件故障，也可以處理諸如人為因素等影響失效的條件和因素；（3）有可用的工具來進行評估，量化甚至自動生成故障樹；（4）非專業人士也可以理解故障樹模型；（5）可用于包含冗余的系統分析。
　　2.故障樹分析的缺點（1）通常其目標是一個指定的頂事件，因此對不同的頂事件如**系統失效（誤跳車）和危險系統失效需要建立不同的模型；（2）通常其計算結果是頂事件在某一時間（經常是穩態）的概率；（3）不能使用傳統的故障樹來分析相繼事件，其發展如動態故障樹可以執行系統行為的順序相關性分析；（4）不能充分地描述修理模型；（5）不能模擬事件之間的相互作用。
　　（三）馬爾可夫分析。
　　馬爾可夫模型使用一系列相互排斥的狀態和狀態之間的轉移情況來描述一個系統，應用矩陣的方法并可以考慮基于時間和共因失效的回路分析。某一時刻，系統可能只有一種狀態，隨后可能會從一個狀態轉移到另一個狀態。馬爾可夫過程的一個重要屬性是從一個狀態到另一狀態的轉移獨立于系統進入原先狀態的方式（無記憶性），要求系統具有穩定的失效率。馬爾可夫模型經常通過許多圓（代表狀態）和圓之間的弧（代表狀態的轉移）來描述，弧用失效率和修理率來標示。馬爾可夫模型的數學表達是一系列代表系統所處狀態概率的耦合微分方程，許多情況下這些方程可以得到分析解，馬爾可夫模型的自動生成方法正在發展中。分析結果是一個量化**完整性的概率，它通過把所有系統危險失效狀態的概率相加獲得。
　　1.馬爾可夫分析的優點。
　　（1）非常詳細；（2）一個模型可以描述一個復雜的系統；（3）能模擬不同的修理情況；（4）能模擬相繼事件。
　　2.馬爾可夫分析的缺點（1）分析比較復雜，假定常數失效率；（2）模型很難構建和得到驗證；（3）模型可能非常大；（4）通常一個系統的改變必須重新創建一個完整的新模型；（5）穩定失效率象征著如磨損和疲勞等因素需要不同的模擬方式（半馬爾可夫過程）……
　　（四）改進的馬爾可夫分析。
　　改進的馬爾可夫分析是一種結合馬爾可夫分析，不確定性分析以及敏感性分析的分析方法，它是一種不被標準推薦但可用的分析方法。
　　1.改進的馬爾可夫分析的優點。
　　（1）考慮系統失效，共因失效，診斷效應，冗余性和維修性等因素；（2）涉及大多數**評價因數，覆蓋了敏感性分析；（3）給出了需求失效概率值的一個范圍，能處理不確定性分析；（4）能處理多狀態模型和不同時間尺度模型。
　　2.改進的馬爾可夫分析的缺點（1）所用不確定性和統計敏感性技術的成熟性；（2）需要研究SIL相關的統計敏感性的背景和使用條件；（3）以馬爾可夫自動建模為基礎；（4）某些模型參數獨立性的假設。
　　三，結論與展望。
　　不同分析方法的分析過程從不同的措施開始，以不同的措施結束，并在開始與結束之間采用不同的路徑。相對來說，可靠性框圖相對簡單，易于理解，但其不能考慮系統的降級狀態，維修和測試等情況；在建立大復雜系統的情況下，故障樹分析比較簡單直觀，結果也比較準確；馬爾可夫模型分析方法不僅能夠為簡單模型提供解決方案，而且能夠為復雜現實的模型建模，建模方法更加靈活，不受設備之間依賴關系的影響，不僅能夠展示整個系統的多種失效模式的動態變化過程，計算不同失效模式下的失效率，而且可以針對不同失效狀態的修復情況建模，同時計算精度更高。改進的馬爾可夫分析技術涉及大部分的**評價因素，不僅以更完整的方式來描述系統，還可以很好地處理不確定輸入數據的影響，甚至可以覆蓋不確定性分析和敏感性。

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