基于故障树的煤矿井下组合开关故障诊断方法与流程

本发明涉及矿井供电设备状态监测领域，具体涉及一种基于故障树的煤矿井下组合开关故障诊断方法。

背景技术：

在矿井综采工作面供电系统中，组合开关作为工作面三机供电枢纽，其采样控制环节多、自动化程度高，故障后维护难度大，要求操作人员专业素养高。因此，依据组合开关运行的状态特性和故障机理，在组合开关故障后诊断分析并输出故障部件和线路，有助于操作人员快速排除设备故障，提升矿井生产效率。

通常，煤矿井下组合开关自诊断方法主要有以下几种：

1）判断真空接触器合分闸故障。检测接触器辅助触点开合状态，系统发出开停控制指令后，接触器不能正常吸合或分断，判断接触器故障。

2）判断总线式系统模块故障。监测系统各模块间总线传输误码、中断等异常状态，判断所属模块故障。

3）判断功能试验故障。操作人员通过人机接口或试验按钮，对接触器合分、短路、漏电等功能试验，但只输出试验是否通过，不判断故障位置。

以上类型故障诊断方法，只限于组合开关局部位置监测诊断，诊断范围小，难以涵盖其他熔断器、线路、输入输出接口等易发故障点，组合开关故障后无法快速定位并排除。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种基于故障树的煤矿井下组合开关故障诊断方法，该方法可快速判定组合开关故障位置，便于快速排除故障，提升用户生产效率。

本发明的技术方案是：本发明的基于故障树的煤矿井下组合开关故障诊断方法，依托组合开关控制系统实施，组合开关控制系统包括中央控制器、回路综合保护器和人机接口，该方法包括以下步骤：

步骤一：建立故障树规则，包括：

①故障树由顶事件、中间事件和底事件三部分组成；

②顶事件为组合开关各种故障现象，也为故障树首节点，每个首节点对应一个故障树；

③中间事件为诊断故障路径的故障因子，也称为故障树过程节点，同一层过程节点设定为互斥关系；

④底事件为故障树中无法继续展开的发生故障的基本部件或某段线路；底事件也称为故障树尾节点，

⑤对不同类型节点设定相应的标识号；

步骤二：按照步骤一的规则，依据专家经验、案例总结及组合开关原理分析，确定顶事件、中间事件和底事件，建立故障树，包括：

①将组合开关的短路故障、过载故障、断相故障、漏电闭锁故障、电压故障、接触器故障、保护器离线故障作为顶事件；

②将包括故障时的电压值、电流值、器件状态及内部总线通信异常状态作为中间事件，也即作为诊断故障路径的故障因子；

③将故障部件、故障线路作为底事件；

④针对每个顶事件逐级分析，以树状流程图形式表示顶事件、中间事件和底事件之间的故障因果逻辑关系，构建故障树；

步骤三：中央控制器根据发生的故障现象，触发诊断机制，分析得出故障树最小割集，包括：

①根据发生的故障现象，相应确定待诊断故障树首节点；

②采用下行遍历方法逐级分解故障树，同层节点采用从左至右遍历方法；

③如某过程节点条件成立，则结束同层其它过程节点遍历，以此节点继续下行遍历，直至尾节点；

④对尾节点不作横向分析，将尾节点与上一级过程节点组成最小割集；

步骤四：求解最小割集中各底事件的重要度，按照重要度大小排序输出诊断结果，包括：

①根据专家经验以及发生故障概率大小，对最小割集中的底事件按重要度分别赋以初始权重比例，按权重比例分别赋予初始分值ai；令最小割集中所有底事件总分值为1；

②根据组合开关运行过程中底事件发生累计的次数，计算各底事件的动态修正分值bi=（1+10%）ⁿ，其中，n为底事件累计发生次数；

③计算各底事件的重要度分值pi=ai×bi，其中i=1，2，3……；

④将最小割集中各底事件按重要度分值pi从大到小排序，输出最终诊断结果；

步骤五：按照步骤四输出的重要度分值pi从大到小顺序排查对应的底事件，确定故障原因后，将故障原因对应的底事件累计次数通过人机接口输入加1。

本发明具有积极的效果：本发明改变了矿用组合开关无自诊断或单一功能诊断的技术状态，在不新增组合开关监测传感器条件下，依据故障树规则，在组合开关内部或负载故障时，基本推断出故障位置和发生几率大小排序；同时，有别于传统基于故障树最小割集诊断方法，本发明将正反向推理规则、最小割集重要度计算和重要度动态修正相结合，减少了计算时间，提高了故障诊断准确率，便于快速排除故障，提升用户生产效率，降低设备厂家售后压力。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明实施例采用的组合开关1＃回路接触器故障诊断用的故障树的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

（实施例1）

本实施例的基于故障树的煤矿井下组合开关故障诊断方法，依托现有的组合开关控制系统实施，组合开关控制系统包括中央控制器、回路综合保护器和人机接口，使用时组合开关控制系统在线监测线路电压、回路电流、隔离开关合分状态、接触器合分状态、系统内部总线传输状态等，组合开关控制系统输出短路、过载、漏电、过欠压、接触器异常、内部通信异常等故障时，触发诊断机制，中央控制器内置本发明的故障论断方法程序，对组合开关的故障进行自动诊断。组合开关控制系统的结构及工作原理均为成熟的现有技术，不做详述。

参见图1，本实施例的基于故障树的煤矿井下组合开关故障诊断方法，主要由以下步骤实施。

步骤一：建立故障树规则，具体如下：

①故障树由顶事件、中间事件和底事件三部分组成；

②顶事件为组合开关各种故障现象，也称为故障树首节点，每个首节点对应一个故障树；

③中间事件为诊断故障路径的故障因子，也称为故障树过程节点，同一层过程节点设定为互斥关系；以快速缩小故障诊断范围；

④底事件为故障树尾节点，即故障树中无法继续展开的发生故障的基本部件或某段线路；

⑤针对不同类型节点，定义相应的标识号，以方便数据表检索；例如首节点定义为tp，过程节点从上至下逐层标识号分别定义为ca、cb、cc...，尾节点标识号定义为w。

步骤二：按照步骤一的规则，依据专家经验、案例总结及组合开关原理分析，确定顶事件、中间事件和底事件，建立故障树，具体如下：

①将组合开关的短路故障、过载故障、断相故障、漏电闭锁故障、电压故障、接触器故障、保护器离线故障作为顶事件；

②将包括故障时的电压值、电流值、器件状态及内部总线通信异常状态作为中间事件，也即作为诊断故障路径的故障因子；

③将故障部件、故障线路作为底事件；

④针对每个顶事件逐级分析，以树状流程图形式表示顶事件、中间事件和底事件之间的故障因果逻辑关系，构建故障树。

步骤三：根据发生的故障现象，分析得出故障树最小割集，具体方法如下：

①根据发生的故障现象，确定待诊断故障树首节点；

②采用下行遍历方法逐级分解故障树，同层节点采用从左至右遍历方法；

③如某过程节点条件成立，则结束同层其它过程节点遍历，以此节点继续下行遍历，直至尾节点；

④对尾节点不作横向分析，将尾节点与上一级过程节点组成最小割集。

步骤四：求解最小割集中各底事件的重要度，按照重要度大小排序输出诊断结果，具体方法如下：

①根据专家经验以及发生故障概率大小，对最小割集中的底事件按重要度分别赋以初始权重比例，按权重比例分别赋初始分值ai；令最小割集中所有底事件总分值为1；

②根据组合开关运行过程中底事件发生累计的次数，计算各底事件动态修正分值bi=（1+10%）ⁿ，其中，n为底事件累计发生次数；

③综合考虑底事件的初始权重和动态发生概率因素，计算各底事件重要度分值pi=ai×bi，i=1，2，3……；

④将最小割集中各底事件按重要度分值pi从大到小排序，输出最终诊断结果。

步骤五：按照步骤四输出的重要度分值pi从大到小顺序排查确定故障原因后，将故障原因对应的底事件累计次数通过组合开关控制系统的人机接口输入加1；用于下次计算底事件动态修正分值，逐步提升故障诊断准确率。

下面以图2所示的组合开关1＃回路接触器故障诊断用的故障树为例，对本发明的方法做进一步的说明。

1#回路接触器故障为故障树tp001首节点；

从首节点下一层级的节点开始从左至右遍历诊断，判断故障子树ca001条件是否成立，对比其它故障现象，判断非全部回路接触器故障，子树ca001条件不成立，则不下行展开；

继续向右遍历同层子树ca002，故障现象为非同一隔离开关控制的1#、2#、3#、4#回路接触器全部故障，判断子树ca002条件不成立，不下行展开；

继续向右遍历同层子树ca003，判断无相邻回路接触器故障，ca003条件成立，展开下一层级w006、w007；

w为尾节点标识，不再遍历诊断，将子树ca003作为本次诊断最小割集，计算割集中底事件w006、w007的重要度，从数据表中提取w006、w007初始分值ai故障累计次数n，计算得出综合重要度分值pi。具体数据见表1；

根据动态修正分值计算公式pi=ai×bi=ai×（1+10%）ⁿ，得出底事件重要度分值如表1，w006排序为1，w007排序为2。

根据输出的诊断结果排序，检查核实故障原因，如确认w006为实际原因，通过组合开关控制系统人机接口将底事件w006故障次数累加1次。

整个故障诊断操作结束。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。