关键词：故障树分析法；可靠性；变电站通信系统；最小割集分析；网络拓扑1引言
随着微机技术和智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED）的迅速发展，微机保护装置、微机故障录波装置、电子式互感器和智能电能测量装置等在变电站系统内得到了大量使用[1]。由于智能设备的应用，大量的变电站运行、状态和控制信息需要传送。因而负责传送这些信息的通信系统的性能便成为进一步提高变电站自动化水平的关键因素。对通信系统的研究除了研究其传输介质、通信速度、拓扑结构和服务品质外，对通信系统可靠性的研究也是一个重要方面。
以往对可靠性的研究主要集中在输电网、配电网自身的可靠性建模和分析算法的研究上[2~4]，或对不同的电网连接方式进行供电可靠性的研究[5]。随着智能设备性能的提高，通信系统的可靠性将直接影响变电站运行的可靠性，也关系着整个电网运行的可靠性。
故障树分析法（FaultTreeAnalysis，FTA）由美国贝尔电话实验室的H.A.Walson首先提出，它是一种系统可靠性分析方法。利用故障树可以寻找潜在故障或进行故障诊断，还可以进一步预测系统故障发生的概率。对系统进行可靠性分析与预测，已广泛应用于工程实践[6]。对于由多个环节构成的变电站通信系统，也可以应用故障树分析法研究其系统的可靠性。
2可靠性理论的基本概念
可靠性理论是进行故障树分析的基础。其中几个关键的技术指标，如可靠度、失效率、平均寿命、系统有效度和失效度等[6]介绍如下：
（1）可靠度R产品在规定的条件下和规定的时间t内，完成规定功能的概率称为该产品的可靠度，记为R(t)=P(T>t),t≥0。
（2）失效率????单位时间内失效的元器件数与元器件总数之比称为失效率，它也是时间的函数。
（3）平均寿命对于不可修复产品，平均寿命指的是平均工作时间（MeanTimeToFailure，MTTF），对于可修复产品，平均寿命指的是相邻故障间的平均工作时间（MeanTimeBetweenFailure，MTBF）。二者统称为平均寿命。数学上就是寿命T的数学期望E(T)。如果寿命T具有分布密度函数f(t)，则
3故障树分析法的基本理论
故障树分析法是研究引起系统发生故障这一事件的各种直接的或间接的原因（例如硬件、软件、环境、人为等因素），在这些原因间建立逻辑关系，并用逻辑框图（即故障树）表示的一种方法。故障树以图形化的方式表示了在一个系统内故障或其它事件之间的交互关系。在故障树中，底事件（basicevent）通过一些逻辑符号（如与门和或门）连接到一个或多个顶事件（topevent）。顶事件一般指危及系统的事件或是不希望发生的系统故障。底事件通常指部件故障或者是人员的错误操作。
故障树分析法的基本步骤如下：
①定义系统和系统故障，确定系统故障事件，即“顶事件”；
②建造故障树；
③进行定性与定量分析。
对故障树的定性分析通常采用最小割集法，即利用引起发生事件的基本事件链来发现系统的薄弱环节，进而采取改进措施，提高系统的可靠性。
设故障树中有n个基本事件x1,x2,...,xn，而C为
基本事件都发生时，顶事件必发生，此时则称C为故障树的一个割集。若C中去掉任意一个基本事件后就不再是割集时，则称此时的C为最小割集。最小割集的求解方法有上行法（Semanderes算法）、下行法（Fussell-Vesely算法）和质数法。
若已求得故障树的所有最小割集C1,C2,...,Cm,并且已知基本事件x1,x2,...,xn发生的概率，则顶事件发生的概率为
4变电站通信网络失效模型及其分析
4.1概念
失效模型及其分析就是分析变电站通信网络的构成和可能引起网络功能失效的各种组成部分，并分析每一部分的失效度和各部分间的相互关系。当已知各部分的失效度-时，利用故障树分析法可以很容易得到系统的总失效度：用或逻辑（OR）将任一部分的失效会导致上一级失效的所有部分的失效度加起来，用与逻辑（AND）将只有所有部分都失效才会导致上一级失效的所有部分的失效度乘起来，根据这样的原则从底部向上依次构造故障树，得到系统的总失效度或“顶事件”。
4.2通信系统模型
目前的变电站通信网络通常包括集线器（hubs）、交换机（switches）、路由器（routers）、IED网络接口设备（IEDNetworkInterfaces）和服务器（servers）等硬件设备。根据设备厂商提供的数据和假定MTTR为48h，按照前面可靠性基本理论的计算可以得到如表1所示的各设备的失效度q。备有上述数据后，就可以建造故障树。以一变电站为例，站内有30套主保护装置和30套后备保护装置负责站内线路、开关和变压器等的监控，有60套IED设备负责电压、电流和功率等电量和非电量信息的传送。在底层，每6组保护装置和6组IED设备共享一个交换机，5个交换机以星型方式连接到路由器，并与服务器和广域网（WAN）交换信息。系统连接框图如图1所示。
图1中每个交换机下的12个设备是6套保护装置接口和6套IED设备接口。保护设备引起的故障因素有微机保护装置失效、保护装置接口（也是IED设备接口）失效。而系统的失效因素有保护设备故障、交换机故障、IED设备接口故障、路由器故障和服务器故障。据此可以建立如图2所示的故障树，其中顶事件定义为变电站通信系统故障。
利用该故障树建立通信网络的失效模型后，就可以进行最小割集的定性分析和定量分析。
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