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事故樹分析在大型電力事故事件調(diào)查中的應(yīng)用

文檔作者：蕭鏡輝梁偉民呂濤2 徐偉東2 文檔來源： 1．廣東電網(wǎng)有限公司東莞供電局 2．深圳市佳保安全股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月19日
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技術(shù)與應(yīng)用
事故樹分析在大型電力事故(事件)
調(diào)查中的應(yīng)用
蕭鏡輝 梁偉民 呂 濤2 徐偉東2
(1．廣東電網(wǎng)有限公司東莞供電局，廣東東莞 523012；
2．深圳市佳保安全股份有限公司，廣東深圳 518067)
摘要本文以某市220kV母線失壓事件為例，對其進(jìn)行事故樹分析，并結(jié)合Bowtie可視化功
能，對分析的結(jié)果和防護(hù)措施進(jìn)行可視化展示。分析結(jié)果表明：設(shè)備質(zhì)量不良、日常運(yùn)行維護(hù)不
當(dāng)及電網(wǎng)運(yùn)行管理缺失為三個威脅事件；負(fù)荷損失、重要用戶停電及設(shè)備損壞和損失為后果事件。
結(jié)合電網(wǎng)管理實際和基于已有的研究成果，從電網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃、風(fēng)險辨識、安全檢查等角度出發(fā)，
建立了以大面積停電為頂級事件的Bow．tie可視化分析圖，直觀顯示安全管理薄弱環(huán)節(jié)和安全防護(hù)
措施，為電網(wǎng)的安全管理提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：事故樹分析；大型電力事故(事件)；最小割集；最小徑集； 結(jié)構(gòu)重要度；BowTie
Application of Fault Tree Analysis in Investigation of
Significant Power Accident
Xiao Jinghuil Liang Weiminl Lv Tao2 Xu Weidong2
(1．Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co．，Ltd，Dongguan，Guangdong 523012；
2．Shenzhen Job Safety Solutions Co．，Ltd，Shenzhen，Guangdong 5 1 8067)
Abstract Taking pressure loss of 220kV for some city as example，based on event tree，the paper
analyzed the power accident，and the results of analysis and protection measures was visually displayed
by using the Bowtie visual function．The results showed that，inadequate quality of equipment，daily
operation and，maintenance，and lack of power grid operation management were threats；value of lost
load，important user power outage and equipment damage and loss were the consequences．Combining
the existing research results and the reality of power grid management，based on the grid design
planning，risk identification，safety inspection etc．，the Bow-tie visualization analysis diagram with
blackouts as the top event was established，which displays visually weak links of safety management and
safety protection measures，and provides the basis for safety management of power grid．
K eywords- fault tree analysis； significant power incident； minim al cut set； minimal radius set；
structure importance； bowtie
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鄉(xiāng)用電需求持續(xù)增長，
導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，一旦發(fā)生大型電力事故(事
件)，將嚴(yán)重影響居民生活以及企業(yè)生產(chǎn)的正常秩
序。科學(xué)地分析已知大型電力事故(事件)，能有效
確定電力系統(tǒng)中各種不安全因素，以及各因素可能
帶來的風(fēng)險，從而幫助管理者采取有效措施，保障
電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。
電力事故(事件)調(diào)查通常以調(diào)查者自身經(jīng)驗
為主導(dǎo)，往往關(guān)注某些單一環(huán)節(jié)，對事故的分析僅
限于查清事故原因，從而采取相應(yīng)措施，預(yù)防事故
再次發(fā)生。這種調(diào)查方式往往側(cè)重于找出事故的顯
著原因，因而難以反映出事故(事件)的發(fā)展過程，
調(diào)查結(jié)果也不足以為安全措施的制定提供全面科學(xué)
依據(jù)。因此，需對事故(事件)進(jìn)行系統(tǒng)全面分析，
確定引起事故發(fā)生的基本原因事件。
事故樹分析(FTA)作為安全科學(xué)中常用分析
2o15#~9 豫l_I穗求}89
技術(shù)與應(yīng)用
方法，通過逆向邏輯進(jìn)行演繹分析，對危險性進(jìn)行
系統(tǒng)的辨識和評價，不僅能分析出事故的直接原因，
而且能深入地揭示出事故的間接原因[2]。利用該方
法分析大型電力事故(事件)，能直觀反映各事件間
的因果關(guān)系， 引導(dǎo)人員逐級向下分析，并通過定性
分析確定系統(tǒng)危險性。
Bowtie一種風(fēng)險分析和風(fēng)險管理的工具，通過
識別風(fēng)險、分析風(fēng)險因素、設(shè)置風(fēng)險屏障、采取風(fēng)
險控制和控制措施，有效預(yù)防事故發(fā)生。該方法可
以對危害事件發(fā)生的原因、后果、屏障建立是否充
足提供一個可視化的評估。
本文基于實際電力事故，對其進(jìn)行事故樹分析，
并結(jié)合Bowtie可視化功能，對分析的結(jié)果和防護(hù)措
施進(jìn)行可視化展示，從而為日常的安全管理提供科
學(xué)和可信的參考依據(jù)。
險進(jìn)行分析，評估應(yīng)對措施并制定安全防護(hù)措施／屏
障，可直觀判別對策措施的有效性。
1．3 Bow．tie可視化事故樹分析
本文在事故樹分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合BowTie風(fēng)
險分析方法及工具，確定圖1所示分析步驟 。
圖1 事故樹&amp;amp;BowT|e分析步驟
1 方法概述 2 大型電力事故(事件)案例分析
1．1 事故樹分析方法
事故樹分析主要基于演繹分析的思想，按因果
關(guān)系逐層深入分析，確定可能引起頂上事件發(fā)生的
基本事件，并將所有事件通過樹形圖的形式展現(xiàn)出
來。
利用事故樹進(jìn)行定性分析時，通常先求出事故
樹的最小割集和最小徑集，再通過計算得到基本事
件的結(jié)構(gòu)重要度大小。
1)最小割集：可能導(dǎo)致項上事件發(fā)生的最小基
本事件集合。
2)最小徑集：本身不發(fā)生即可防止頂上事件發(fā)
生的最小基本事件集合。
3)結(jié)構(gòu)重要度：各基本事件影響頂上事件發(fā)生
的重要程度。
本文選用常用結(jié)構(gòu)重要度算法進(jìn)行近似計算：
一 1
= 。嘉 1)
xiekj
式中， ff1為第f個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)；k
為最小割集總數(shù)；島為第，個最小割集；nj為第i個
基本事件所在的庀潔0集的基本事件數(shù)。
1．2 BowTie風(fēng)險分析
BowTie風(fēng)險分析方法是基于屏障防護(hù)理論的
一套風(fēng)險分析方法。該方法借鑒了事故樹及事件樹
的分析流程，同時又加入了屏障理論的思想，從危
險、頂級事件、威脅和后果的相互關(guān)系詳細(xì)說明風(fēng)
險。在事故樹分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用該方法對事故風(fēng)
90 1電．|l技撤2015年第9期
以某市220kV母線失壓事件為例，該事件發(fā)生
時，運(yùn)行人員正在進(jìn)行母線側(cè)部分刀閘機(jī)構(gòu)箱更換、
刀閘機(jī)構(gòu)箱二次回路連鎖調(diào)試、刀閘直流接觸電阻
測試等工作，工作時需要部分線路及母線停電檢修。
檢修中發(fā)生某刀閘短路故障，并引起≠}1、≠}2、≠}3主
變重瓦斯誤動，從而擴(kuò)大跳閘范圍。事后共導(dǎo)致425
條配網(wǎng)線路失壓，其中涉及兩個重要用戶。
2．1 事故樹分析
第一步，確定頂上事件。針對該事件，確定“大
面積停電”為頂上事件。
第二步，調(diào)查或分析造成頂上事件的各種原因：
首先分析造成項上事件的直接原因，一般從人為因
素、機(jī)器設(shè)備或環(huán)境原因等角度進(jìn)行分析。經(jīng)過調(diào)
查與分析發(fā)現(xiàn)，此次事故的直接原因為設(shè)備故障：
撐1，萍2，3拌主變重瓦斯誤動。
對于該類電力事故(事件)，結(jié)合安全系統(tǒng)人．
機(jī)．環(huán)三要素，可從安全意識、作業(yè)程序執(zhí)行、電力
設(shè)備及生產(chǎn)用具使用、人員安全防護(hù)、設(shè)備、生產(chǎn)
用具、防護(hù)系統(tǒng)、自然災(zāi)害、外力破壞、作業(yè)環(huán)境
9個方面對進(jìn)行原因分析 J。值得注意的是，該事
件為已發(fā)生電力事件，在利用事故樹進(jìn)行分析時，
基本事件往往基于調(diào)查結(jié)果進(jìn)行選取，因此事故樹
中為實際導(dǎo)致電力事件發(fā)生的中間／基本事件，而排
除了部分可能事件(即在傳統(tǒng)事故樹分析時涉及的
可能導(dǎo)致事故發(fā)生、實際上未發(fā)生的假設(shè)事件)。
該事件的分析如下：
1)T(大面積停電)的直接原因
主要是22035刀閘短路(A1)和≠≠1、≠}2、群3主
變重瓦斯誤動(A2)。
3主變中22035刀閘在發(fā)生短路故障時，≠≠1、
≠}2、≠}3主變重瓦斯的穿越性電流產(chǎn)生的短路點動力
引起主變繞組快速擠壓和擴(kuò)張，使本體油快速往油
枕方向涌動，油流經(jīng)過瓦斯繼電器時，達(dá)到重瓦斯
繼電器動作值，觸發(fā)重瓦斯繼電器動作，從而跳開
≠}1、拌2、3#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)，擴(kuò)大跳閘范圍，造成線
路的失壓，引起大面積的停電事件。
2)事件A2的原因
引起事件A2的原因主要有三個：22305刀閘短
路，瓦斯繼電器動作值過小和無防重瓦斯誤動措施。
三者共同組成本事故主變重瓦斯誤動的原因，若其
中一項不成立，則本案例的大面積停電事件就不會
發(fā)生，其關(guān)系為：A，=A ×A1 XX1。
3)22305刀閘短路(A )原因
通過分析發(fā)現(xiàn)，刀閘發(fā)生短路是由兩個事件組
成即22306刀閘合閘不到位(A )和誤判斷22306
刀閘在合閘位置(A )，兩事件的同時發(fā)生導(dǎo)致了事
件A1的發(fā)生，即A3和A4是與門關(guān)系：A】=A3×A4。
A 原因有兩個：人員進(jìn)行合閘操作(X2)和刀
閘有缺陷(A )，X 和A 的同時發(fā)生導(dǎo)致了事件
A3的發(fā)生，故兩者的關(guān)系為與門關(guān)系：A =X ×A ；
分析A ，主要由于刀閘內(nèi)部生銹且阻力過大(A。)
及未按廠家要求每年至少操作刀閘一次(X6)兩個
原因共同導(dǎo)致， 即兩個原因為與門關(guān)系：
A =A ×X6；分析A8，若彈簧組件生銹(X9)和
油緩沖器生銹(X。。)其中任何一個發(fā)生，都會導(dǎo)致
事件A8的發(fā)生，故兩者為或門關(guān)系：A8=Xq+X】o。
分析A ，有兩個原因即刀閘缺少限位標(biāo)識(X，)
和刀閘位置顯示錯誤(A )，兩個原因共同發(fā)生導(dǎo)致
A 的發(fā)生，故x 和A 的關(guān)系為與門關(guān)系，關(guān)系式
表示為：A4=X3×A7；分析A7，是由刀閘指示牌
指示不準(zhǔn)確(X )和刀閘位置顯示二次先于一次(x )
共同造成的， 故兩者的關(guān)系為與門關(guān)系：
A7 X7+X8。
分析造成A (瓦斯繼電器動作值過小)的原因：
對于瓦斯繼電器動作值過小，是由于整定值設(shè)置不
正確(X4)和反措不當(dāng)(X5)兩個原因共同造成的，
故x 和x 的關(guān)系為與門關(guān)系， 表達(dá)為：
A5=X4 X X5。
為了便于進(jìn)行事故樹分析，將各事件進(jìn)行編號，
見表1，事故樹如圖2所示。
表1 事件符號說明
技術(shù)與應(yīng)用
符號 事 件
T 大面積停電
A】 22035刀閘短路
A2 1、 2、 3主變重瓦斯誤動
A3 22036刀閘合閘不到位
A 誤判斷22036刀閘在合閘位置
A5 瓦斯繼電器動作值過小
A6 刀閘缺陷
A7 刀閘位置顯示錯誤
A8 刀閘內(nèi)部生銹且阻力過大
X1 無防重瓦斯誤動措施
X2 人員進(jìn)行合閘操作
X3 刀閘缺少限位標(biāo)識
Xd 整定值設(shè)置不正確
X5 反措不當(dāng)
X6 未按廠家要求每年至少操作刀閘一次
X1 刀閘指示牌指示不準(zhǔn)確
X8 刀閘位置顯示二次先于一次
X9 彈簧組件生銹
Xjo 油緩沖器生銹
2．2 定性和定量分析
根據(jù)大面積停電事件的事故樹計算，得到其最
小割集及最小徑集見表2。
表2 大面積停電事件最小割集及最小徑集表
分類 組合事件
PI={x1，X2，X3，最小割集 X4，X5，X6，X7，X8，X9}
P2={Xl，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，Xlo，
M r {X1) M2={x2) M3：{x3}
最小徑集 M4={X4} M5={X5} M6={X6}
M7 {X7} M8={X8} M9={X9，Xlo}
結(jié)合公式(1)及表2中最小割集對各基本事件
的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行計算并排序，見表3。
表3 最小割集結(jié)構(gòu)重要度計算結(jié)果
基本事件 結(jié)構(gòu)重要度 基本事件 結(jié)構(gòu)重要度
X1 0．0078125 X6 0．0078125
X2 0．0078125 X 0．0078125
X3 0．0078125 X8 0．0078125
X4 0．0078l25 Xo 0．00390625
X5 0．0078125 X 10 0．00390625
基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序：X1=x2；x3=x4=x5=x6=x7=x8>
X9=X l0
2015年第9期嚎|_l技術(shù)f 91
技術(shù)與應(yīng)用
圖2 大面積停電事故樹
對于已發(fā)生事故進(jìn)行事故樹分析時，基本事件
往往基于前期調(diào)查結(jié)果進(jìn)行選取且排除了可能事
件，導(dǎo)致事故樹以與門為主，或門較少。由表2和
表3可以看出，該大面積停電事故樹共有2個最小
割集，9個最小徑集，但各事件間的結(jié)構(gòu)重要度差
別較小。通過分析其最小割集及最小徑集，能夠分
析事故發(fā)生的基本事件組合及應(yīng)采取的安全措施，
但未能突出事件關(guān)鍵起因。此時，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行適
當(dāng)處理， 以便為后期事故調(diào)查及原因分析提供更具
指導(dǎo)意義的理論依據(jù)。
鑒于該種情況，結(jié)合電力事件常見分類，對l0
個基本事件進(jìn)行重新整理并分析(見表4)。
對比表3和表4結(jié)果可見，表4中整理后的數(shù)
據(jù)結(jié)構(gòu)重要度差異較大，并看出設(shè)備質(zhì)量不良和日
常運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)是該次事件發(fā)生的主要原因，與實
際的調(diào)查報告也是相符的，故驗證本次事故樹的分
析的正確性。
表4 基本事件整理結(jié)果
代號 基本事件 事件描述 結(jié)構(gòu)重要度之和 歸一化結(jié)果
E1 Xl 設(shè)備缺少安全防護(hù)裝置 0．0078125 0．1l111l1l1
E2 X2 正常操作 0．0078 l25 O．11l1ll111
E3 X3，X7，X8，X9，X10 設(shè)備質(zhì)量不良 0．O3l25 0．444444444
E4 Xa 誤操作 0．0078125 O．111111l11
E5 X5，X6 運(yùn)維不當(dāng) 0．015625 0．222222222
2．3 BowTie可視化分析
通過事故樹分析結(jié)果可知，此次大面積事件發(fā)
生主要由設(shè)備質(zhì)量不良和日常運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)引起，
針對這兩個原因，應(yīng)制定防范措施，以避免該類事
件的再次發(fā)生。
對設(shè)備質(zhì)量不良和日常運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)， 歸根結(jié)
底是由于電網(wǎng)運(yùn)行管理缺失導(dǎo)致的。因此，從設(shè)備
質(zhì)量不良、日常運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)和電網(wǎng)運(yùn)行管理缺失
三個威脅角度進(jìn)行Bowtie分析，并且結(jié)合電網(wǎng)的日
常管理進(jìn)行安全防護(hù)屏障設(shè)置[6 ]。
據(jù)調(diào)查統(tǒng)計， 本次大面積停電事件造成的損失
主要有負(fù)荷損失、重要用戶停電和設(shè)備損壞及損失
三個方面。本次大面積停電事件共損失負(fù)荷
604MW，造成兩個重要用戶停電，以及主變220kv
側(cè)22035刀閘三相動靜觸頭和盆式絕緣子損壞。
通過上述分析，確定設(shè)備質(zhì)量不良、日常運(yùn)行
維護(hù)不當(dāng)及電網(wǎng)運(yùn)行管理缺失為三個威脅事件；負(fù)
荷損失、重要用戶停電及設(shè)備損壞和損失為后果事
件；結(jié)合電網(wǎng)管理實際，從電網(wǎng)的設(shè)備設(shè)計、風(fēng)險
控制、應(yīng)急處置角度建立屏障和安全措施，見表5
和表6。
經(jīng)過上述對威脅、防護(hù)屏障、后果及控制措施
分析，建立以大面積停電為頂級事件的Bow．tie可
視化分析圖，如圖3所示。
表5 BowTie屏障
威脅 安全防護(hù)措施／屏障
設(shè)備質(zhì)量不良 GIS設(shè)備設(shè)計設(shè)備質(zhì)量控制安裝及售后服務(wù)設(shè)備驗收
目常運(yùn)行維護(hù)不當(dāng) 風(fēng)險辨識與管控設(shè)備巡查標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)風(fēng)險評估安全大檢查
電網(wǎng)運(yùn)行管理缺失 完善電網(wǎng)風(fēng)險評估規(guī)則調(diào)度自動化系統(tǒng)功能模塊和性能完善在應(yīng)急情況下，及時調(diào)整快速復(fù)電策略
92 I llqltllt 2015年第9期
表6 BowTie安全措施
技術(shù)與應(yīng)用
后果 控制措施 干擾因素 控制措施
應(yīng)急預(yù)案應(yīng)急信息報送應(yīng)急處置
負(fù)荷損失 事故后應(yīng)急處置 應(yīng)急處置不當(dāng)
機(jī)制應(yīng)急隊伍建設(shè)及物資配備
重要客戶電源配置調(diào)度系統(tǒng)與快速復(fù)電系統(tǒng)互聯(lián)互
重要用戶停電
通停電監(jiān)控系統(tǒng)硬件維護(hù)發(fā)布信息閉環(huán)管理
設(shè)備損壞和損失 非電量保護(hù)動作設(shè)備風(fēng)險及電網(wǎng)風(fēng)險聯(lián)動
圖3 BowTie風(fēng)險分析圖
2．4 結(jié)果分析
1)根據(jù)事故樹結(jié)構(gòu)可知，該事件有2個割集，
9個徑集， 因此，事故防止途徑較多，可通過加強(qiáng)
割集中基本事件的管理以提供系統(tǒng)的安全性。
2)該事件2個最小割集均為9階，說明事故模
式多方原因同時發(fā)生導(dǎo)致，較難發(fā)生。同時，有8
個1階最小徑集以及1個2階最小徑集，說明通過
對這些基本事件進(jìn)行控制，能有效防止該類事件的
發(fā)生。
3)根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度分析結(jié)果可知，該事件主要
由設(shè)備質(zhì)量不良引起， 同時， 日常運(yùn)維不當(dāng)也是其
關(guān)鍵原因之一，而這兩者歸根結(jié)底是由于電網(wǎng)運(yùn)行
管理缺失導(dǎo)致的。
4)為防止同類大型電力事件的發(fā)生，利用
BowTie對事故樹分析結(jié)果進(jìn)行深入分析：設(shè)備質(zhì)量
不良、日常運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)及電網(wǎng)運(yùn)行管理缺失為三
個威脅事件；負(fù)荷損失、重要用戶停電及設(shè)備損壞
和損失為后果事件；結(jié)合電網(wǎng)管理實際和基于已有
的研究成果，建立了安全防護(hù)措施，具體有防護(hù)屏
障和控制措施，從而建立了可視化的Bow—tie風(fēng)險
分析圖[10-11]。
3 結(jié)論
I)本文通過對電力事故分析，得到最小徑集9
個，最小割集2個。通過最小割集，確定系統(tǒng)危險
性；根據(jù)最小徑集，提供預(yù)防事故(事件)發(fā)生的
有效途徑。
2)計算基本事件結(jié)構(gòu)重要度，并根據(jù)實際需要
進(jìn)行適當(dāng)處理，確定引起事故發(fā)生的主要及次要原
因，為事故調(diào)查提供科學(xué)依據(jù)。
3)本文基于實際的電力事故，對其進(jìn)行事故樹
分析，最后得到此次大面積事件發(fā)生主要由設(shè)備質(zhì)
量不良、日常運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)及電網(wǎng)運(yùn)行管理缺失導(dǎo)
致的。
4)利用BowTie對事故樹分析結(jié)果進(jìn)行深入分
析，建立了可視化的Bow．tie分析圖，直觀的顯示
威脅、防護(hù)屏障、威脅及控制措施之間關(guān)系，屏障
即為控制風(fēng)險的措施，為電網(wǎng)的安全管理提供依據(jù)。
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作者簡介
蕭鏡輝(1982．)，男，本科，中級工程師，重要從事電網(wǎng)安全監(jiān)管
及變電運(yùn)行工作。
(上接第46貝)
7)可靠的切換判別， 自動識別接觸狀態(tài)，無需
接觸器節(jié)點接入。
防晃電智能控制模塊已應(yīng)用在河南神馬六六鹽
項目，投入運(yùn)行至今獲得了用戶良好評價。
5 結(jié)論
防晃電智能控制模塊的開發(fā)解決了大功率接觸
器使用過程中，利用跳閘繼電器節(jié)點直接切斷電源
實現(xiàn)接觸器跳閘，極易引起跳閘出口繼電器拉弧失
敗，使繼電器出口接點粘聯(lián)的問題。通過防晃電智
能控制系統(tǒng)的無斷弧切斷電流電路功能，可以在交、
直流模式運(yùn)行下有效地控制跳閘出口； 同時，采用
防晃電智能控制模塊可以選擇直流運(yùn)行方式， 降低
接觸器的能耗；在電力系統(tǒng)交流電壓跌落時，該智
能模塊可徹底的解決由于系統(tǒng)電源晃電問題給用戶
造成的困擾和嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
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作者簡介
王 野(1980．)，男，吉林省吉林市人，博士研究生， 主要從事電
力系統(tǒng)繼電保護(hù)的開發(fā)與設(shè)計方面的研究。

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