基于故障树和FMECA分析的配网电缆可靠性研究滕玉林

基于故障树和FMECA分析的配网电缆可靠性研究滕玉林

滕玉林

国网甘肃省电力公司培训中心

摘要：电力系统中，配网电缆是否靠的住，是非常重要的因素。要想提高配网电缆的可靠性，就一定要仔细分析电缆出现问题的原因，再结合实际情况，提出解决办法。我们针对加强配网电缆可靠性，提出了利用故障树和FMFECA分析法进行研究的方法，通过一步一步的细化，找出电缆发生故障的根本原因和模式，通过图表的形式表现出来，进行全面的评估，并采取办法，对不同的原因运用不同的合理的措施办法。在分析研究中发现，提高配网电缆可靠性不是一个简单的事情，要从配网电缆最初的设计、制造的过程、包括安装和后面的使用的运行管理环节的薄弱节点进行细致的分析，再多方面的改良，最后形成一体化合理协调的系统。

关键词：配电电缆可靠性故障树FMECA分析

我国的城市建设发展越来越快，使得人们的土地资源也越来越少，但要想城市的基础建设越来越完善，就必须想法设法的在保证人们生活水平的情况下，减少可以减少的使用面积，配电网就是其中之一，如何能够在保证人们对供电质量的要求越来越高，对配网电缆的可靠性越来越严格的情况下，使配电网的占地使用面积缩小，已经成为电力系统迫切需要面对的内容。目前，各行各业对产品质量是否达到要求，都用可靠性这个因素进行评估，这也成为了一种潮流和方向，那么在当今发达的经济社会背景下，电力系统中配网电缆的运行管理是否可靠，对于国家经济和人们生活来说，是非常重要，因为配网电缆不可靠带来的经济损失和社会影响远远不是电缆自身的价值所能计算和承担的。因此，研究分析配网电缆的可靠性是意义重要而深刻。

一般来说，研究配网电缆是否可靠，都是通过分析电缆绝缘部分的损坏数据，绘制出绝缘恶化曲线的图表，并在这个图表的基础上来判断配网电缆的可靠与否。但是，这就对配网电缆系统的整体性缺少思考。所以说，配网电缆是否可靠，不应该是获取一次或者两次的击穿试验、抽检数据就能够到达要求的。本文对配网电缆可靠性的研究，主要想要解决和改进配网电缆在设计、生产、使用运用管理过程中缺陷部分，以此提高其可靠性，形成一个科学合理的系统机制。

一、追根溯源查找配网电缆的故障

配网电缆发生故障，排除来自外界环境的破坏，通常来说，电缆以及配网附件在一年到五年之内出现问题主要是因为配网电缆的产品质量和安装的技术质量，如果在五年内没有发生故障，那么在五年到二十五年之间，配网电缆都会运行的比较稳定，一般很少发生问题。但在二十五年之后，配网电缆的绝缘部分会发生象树枝剥落似得老化现象，短时间内，配网电缆发生问题的概率最多。本文主要从配网电缆发生来自外界力量的损坏、配网电缆产品质量以及绝缘部分破坏三个方面进行分析。

（一）外力损伤

主要来自外界损伤、施工损伤和自然损伤，外界损伤一般是在进行地质钻探、市政开挖和地下管道抢修施工时产生的。施工损伤是在施工时牵引机用力过大拉伤，直接受挖土、打桩、搬运等外力破坏，配网电缆敷设时弯曲度过大导致电缆绝缘严重损伤。自然损伤是存在电缆热胀冷缩或者振动等原因，使得电缆在管口、支架处、上下桥等位置被损伤；由于滑坡和地面沉降导致中间接头或电缆本体断裂等。

（二）绝缘破坏

主要是由于过电压、过热、绝缘老化、受潮腐蚀等四个方面引起的。当电网处于过电压状态时，电缆承受的电压值超过其允许范围时，就会引发电缆绝缘击穿的故障现象；当电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热时，电缆过负荷运行，此外，安装在电缆密集地区、套管中的电缆、接近热源的电缆等都会因散热不好产生热热现场。电缆绝缘老化主要包括热老化、电气老化、水树枝老化和化学性老化。配网电缆制作的工艺不够精良，在潮湿环境下侵入水分，电缆敷设通过酸碱地区等等都会造成电缆的铠装和护套大面积、长距离被腐蚀，从而出现麻点、开裂或穿孔的现象。

（三）电缆质量

包括产品质量和施工质量，产品质量出现问题主要是设计的问题、本体制造的问题和附件制造的问题。而施工质量主要是没有严格按照施工要求，使得电缆外套破损和施工环境湿度偏大等，其次，安装时没有严格按照工艺要求施工，造成接头、终端密封不良；敷设时野蛮拖拉，造成电缆护套损伤等等原因。

二、配网电缆故障树的分析

（一）故障树的特点

它是一个从大到小的下降式分析方法，主要是从整体系统到局部部件，再到细小零件进行故障分析。它用特定的逻辑图形符号画制出一个慢慢逐级分散展开成一颗树的形状的分枝图形，以此来分析计算出发生故障的概率。与此同时，还用来分析细节零件、局部部件以及子系统故障在整体系统发生故障时，所造成的影响和所占故障比例。它主要有三个特点：一是故障树绘制形象简单，不用对系统故障建模，但是建立一个完整的故障树任务也很重。二是通过逻辑关系一步一步深入分析，查出系统内部、外部以及人为的故障，能够在相对简单的条件下，清晰的显示出各个因素产生故障的关联。三是很灵活，能够对各个因素对整体系统故障的贡献大小的分析进行定性和定量，以此作为提高和改进配网电缆可靠性的重要科学依据。

（二）故障树的编制

故障树其实是由不同事件按照逻辑关系组成的，每个事件都有一些特点的符号，故障树主要应用的符号是事件、逻辑、转移等三种符号。采用故障树对对配网电缆发生的故障的原因进行分析定性，是为了查出产生系统故障事件所有涉及的最深层次的事件原因，不放过任何一个细微之处，这就是故障树的形成的流程。

如下图1：

三、FMECA分析法

（一）FMECA分析法的目的

主要是预防和控制故障，并依据危害的大小制定对应的改善办法，从而减少设计中的不足之处，提高配网电缆的可靠性。这种分析法是一个逐步改进和完善的过程，最初是收集基础资料，最后是进行分析完成得出结果。而FMECA分析法的基础就是故障模式，例如，分析基础是电缆的故障模式，那么改进电缆缺陷的原因就是故障依据，而间接分析故障模式的直接、间接和最终的故障影响，然后结合不同的故障模式采用相对应的故障检测办法，并不断完善提供有价值的经验，最后，通过每个故障模式对电缆发生故障的概率进行故障评定，以此判断FMECA分析法是否正确可行。FMECA分析法的流程图如下：

结束语

在配网电缆故障研究中，通过故障树和FMECA分析法，详细的梳理出各种故障的最深层的因素环节和故障模式，并且根据危害大小，迅速的确定电缆存在问题的地方，并将这些不足提供给电缆设计者，作为改善和提高电缆可靠性的依据，再结合实际情况，对设计进行改良，同时，电缆的生产企业也可以根据这些依据，改进配网电缆的制作工艺和质量水平，还能为电网的运行管理单位提供科学参考，以此进一步提高配网电缆的可靠性。

参考文献：

[1]曾纪栋.光刻机双工件台系统的FMECA分析[D].导师：凌丹.电子科技大学,2013.

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[3]孙权.应用故障树解决实际问题[J].电子质量,2010,(08):26-31.

[4]周海,赵熙萍,刘品.故障树分析软件研究[J].哈尔滨工业大学学报,2011,(05):666-667.