锅炉FSS系统可靠性建模及其应用
来源:用户上传
作者:
【摘 要】针对锅炉FSS系统可靠性分析，提出了改进型多概率冲击模型。以炉压联锁回路检测端为例，分别应用β模型、马尔可夫模型以及多冲击模型进行可靠性建模。后者计算结果介于β模型和马尔可夫模型之间；可计算出导致系统共因失效的薄弱环节。
【关键词】锅炉FSS系统；安全仪表系统；可靠性建模；
1引言
锅炉燃料安全系统（Fuel Safety System，FSS）属于典型的安全仪表系统。其可靠性分析方法可采取安全仪表系统可靠性模型。
安全仪表系统可靠性模型主要有β模型系列、马尔可夫（Markov）模型等[1，2，3，4]。本文提出一种基于多概率冲击模型的改进型可靠性模型。
2多随机概率冲击模型
2.1平均要求时失效概率
假设系统由N个同型的并行元件或通道组成；系统环境中主要存在m个不同类型的冲击因子。
以泊松分布P（λi）描述冲击i，i=1，2，…，m。
设PFDS为整个系统的平均要求时失效概率，包括两部分：PFDI—独立失效引起的平均要求时失效概率，PFDC—共因失效引起的平均要求时失效概率。
多沖击因子下共因失效引起的平均要求时失效概率为：
2.2贝塔分布先验均值和方差
2.2.1多冲击传感器融合灰色识别
以炉压联锁回路检测端为例，三只冲击传感器1、2、3分别可选为：（1）炉膛本体外1.5米内振动均值；（2）炉膛压力超高或偏低；（3）环境温度超高或超低，以及巡检、炉膛温度等其他因素的综合量。
根据工程实际，预定冲击传感器的量值评判标准向量。此处以标准无量纲向量A={0.7，0.5，0.5}、B={0.5，0.7，0.5}、C={0.5，0.5，0.7} 分别作为三种冲击传感器的量值评判标准向量。以冲击传感器0代表独立失效，其标准无量纲向量D={0.5，0.5，0.5}。
冲击传感器1、2、3的量值评分标准为：冲击传感器1对应的实际检测正常值为5mm/s，当冲击传感器实际偏离1mm/s及以上时量值评判标准向量A11取值0.7，否则取值0.5；同理，冲击传感器2取7 KPa为正常检测值，偏离2KPa及以上时B11取值0.7，否则取值0.5；冲击传感器3取值0.5为正常，取值0.7为异常。
2.2.2多冲击传感器融合识别
假设有N个传感器在同一时间内对同一个目标进行监测，第j个传感器收到的待识别目标向量记为x0j=（x0j（1），x0j（2），..，x0j（n）），对j=1，2，…，N，有
1）计算第j个冲击传感器收到的待识别目标的第k个指标与目标库中r（x0j（k），xi（k））；
2）计算r（x0j，xi）（i=1，2，…，m），得向量rj=（r（x0j，xi））1xm；
3）设第j个传感器的权重为λj，rji=r（x0j，xi），求矩阵R=（rji）Nxm的加权1范数
最后可判定：待识别目标向量x0j属于第i0类。
2.2.3先验均值和方差
根据电厂过去五年的运行数据和维保故障记录，完成每次失效工况下冲击传感器的评判赋值和识别分类，进而统计出每年每种冲击失效的发生频次Pij，见下表。其中i=1，2，3，4，分别代表冲击传感器1、2、3、0；j=1，2，3，4，5，代表年份。频次Pij的单位为次/小时，得四种冲击的发生频次统计值以及对应的相对统计概率，见下表。通过归一化处理可得先验均值和方差如下：
3炉压联锁回路检测端PFDavg计算
3.1基于常规β模型的PFDavg计算
PFDavg=2.21*10-3次/h
3.2 基于Markov模型的PFDavg计算
炉膛压力联锁回路检测端系统状态有8个，转移矩阵P如下。P（t）=P0Pt，t介于1与T之间取值。PFDavg=1.13*10-3次/h。
3.3 基于多冲击模型的PFDavg计算
N=6，Ti=8760h。三种冲击分布的期望、方差见下表。PFDavg=1.69*10-3次/h。
4结束语
本文提出改进型安全仪表系统可靠性模型。并对炉压联锁回路检测端分别应用β模型、Markov模型和多冲击模型进行了可靠性建模，验证了该模型的准确性和应用性。
参考文献：
[1] IEC 61508.Functional safety of electrical electronic programmable electronic safety- related systems [S].2000.
[2] 威廉·戈布尔.控制系统的安全评估与可靠性[M].白焰，董玲，杨国田，译.北京：中国电力出版社，2008.
[3] 阳宪慧，郭海涛.安全仪表系统的功能安全[M].北京：清华大学出版社，2007.
[4] 庄楚强，何春雄.应用数理统计基础[M].广州：华南理工大学出版社，2006.
（作者单位：山东电力工程咨询院有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14816829.htm
