[发明专利]一种保证电气系统可靠度的方案

说明书

技术领域

本发明涉及电气系统可靠性，特别是涉及使用一种保证电气系统可靠度的方案。

背景技术

电气系统是现在各个领域中最常见的系统，其可靠性直接影响着所在系统的整体性能。从系统角度分析，其可靠性可分为两个部分进行研究。一是组成系统的基本元件，这些元件的性质作用到自身的可靠性，进而影响这个电气系统的可靠性。二是系统本身的结构，就是基本元件的组成方式，组成方式的不同将直接决定元件影响系统可靠性的作用程度。整个系统的可靠性是两者的有机结合。对于电器系统中的二极管元件，它的故障概率就与工作时间的长短、工作温度的大小、通过电流及电压等有直接关系^[5]。假设系统故障是由于元件损坏引起的，且通过更换元件进行故障排除。那么元件的使用时间将成为影响元件可靠性的关键因素，这个因素影响故障概率的程度服从指数表达式。另一个因素就是工作温度，明显地，对于电气元件温度过高和过低都会导致其可靠性的下降和故障率的上升，基本服从余弦曲线。论文首先构建电器元件的基于使用时间（t）和工作温度（c）的故障概率空间，然后运用事故树对系统组成结构进行描述，进而化简系统结构，最后根据各个原件的故障概率空间绘制整个系统的故障概率空间。论文表明，经典事故树无法表示多因素影响条件下，单个元件的故障情况。只能使用二元甚至多元事故树才能描述多因素影响下的元件故障情况，进而描述多个元件组成系统的故障概率的分布，通过调整元件（事件）更换周期来保证元件系统的可靠度。

发明内容

为更好的对发明进行描述，这里设计简单的电器系统进行论述，该系统由二极管组成，二极管的额定工作状态受很多因素影响，其中主要的是t和c。本文针对由这两个因素影响的电器系统作为研究对象。系统中有五个基本元件 、、、、，并设为受t和c有明显影响的元件，其经典事故树图1所示。该系统的事故树化简得：。

1. 电气元件的可靠性分析

系统中的5个基本电气元件、、、、的故障概率，都是受到t和c的影响，即元件的故障概率，其中同下，是t和c作为自变量的函数。当t和c两方面之一故障时元件就发生故障，根据逻辑或的概念如式（1）所示。

(1)

确定，必须先确定和。设系统中单个元件发生故障后不可修，系统排除故障是通过更换元件实现的。则可以认为是不可修系统的单元故障概率^[8]，并设故障达到0.9999元件应该更换（这个数据可以通过给定系统故障率反分析得到，通常比这个值小得多），如式2所示。

； (2)

式中：为单元故障率。

对于，电器元件的正常工作都要有一定的工作温度范围，高于或低于该温度范围元件就发生故障，本文将该规律表示为余弦曲线，如式3所示。

(3)

式中：A为温度变化范围。

实际上不同类型的元件有不同的使用时间寿命和适宜工作温度的范围.

2. 电气系统的可靠性分析

由图1系统事故树化简得，式（4）如下：

(4)

由经典事故树理论得到系统故障（顶上事件）发生概率，如式（5）所示：

(5)

由式（5）可知，是反映电气系统故障概率的函数，该函数由决定，又由式（1），可知是由和，即是由t和c的函数，由、t和c构成的三维概率空间分布及其等值曲线。

3. 保证系统可靠性的元件更换方案

系统更换周期：为系统要求的运行时顶上事件发生概率。系统更换周期是一套更换方案，该方案保证某系统在指定影响因素范围内，其顶上事件发生概率在所有因素上连续小于某发生概率值，而按照一定周期更换基本事件的方案。用表示。当值“最大”时即为最优更换方案。详细确定过程见实施例。

附图说明

图1电气系统的事故树

图2X1元件故障概率空间分布及其等值曲线

图3 X1故障概率空间分布及其等值曲线

图4 X2故障概率空间分布及其等值曲线

图5 X2故障概率空间分布及其等值曲线

图6 X3故障概率空间分布及其等值曲线

图7 X3故障概率空间分布及其等值曲线

图8 X4故障概率空间分布及其等值曲线

图9 X4故障概率空间分布及其等值曲线