电气防火安全检测周期模型的建立及仿真分析

　　随着城市现代化建设和人民生活水平的不断提高，由各类电器、用电设备及线路构成的电气系统得到了广泛的普及和使用。但电气系统在长期运行期间存在的火险隐患确实不少，多年的火灾统计已反映出由于电气火灾隐患得不到及时检查纠正，而造成的火灾是十分突出的。近几年来，消防部门针对这一问题花了很大气力来进行监督检查和整治，特别是《消防法》颁布以来已逐步形成了一种由受检单位、中介检测服务机构、消防部门相结合的电气防火安全检测社会化的管理模式。它由中介检测服务机构为受检单位整改和消防部门监督提供科学依据，从而及时排除电气火灾隐患，以消除或减少电气火灾。因此，作为管理的核心基础，电气防火安全检测是一项科学性、实践性很强的工作，它的程序和方法应是科学合理的、规范标准的，切不可凭主观臆造想多长时间检测一次都可以。在实际工作中往往会出现以下三个方面的误区：一是当某一地区接连发生几次电气火灾后，往往会将区内所有电气系统检查或检测一遍，无论它是刚建的新系统还是长期运行的旧系统，检查之后便不再查了，这样的作法，使电气防火安全检测流于形式；二是频繁地对被检查单位进行电气防火安全检测，耗费了大量人力、财力、物力，给被检查单位带来了一定的经济负担，容易产生抵触情绪，使电气防火安全检测工作无法被社会认同，同时给消防工作的开展带来负面影响；三是没有对电气系统实施定期的防火安全检测，检查次数太少，使电气系统长期难以得到有效的监控，火灾隐患无法及时发现与消除，埋下了火灾的种子，同样会产生不利的影响。

　　因此，基于上述问题的考虑，如何科学合理的安排电气防火安全检测时间，建立定期的检测周期制度就显得十分重要了。本文从电气系统运行的多状态模式出发，建立电气防火安全检测的检测周期模型，从而确定了科学合理的检测时机和周期，经过对该模型进行的仿真分析，证明该模型是可行的。

　　１ 电气系统防火安全检测周期模型

　　电气系统防火安全检测是运用红外、超声、计算机等现代高新技术，并借助实践经验，查找电气系统的火灾隐患的一种科学方法。它不同于传统方法之处在于能直接检测出电气系统中局部过热或火花放电等隐蔽性很强的隐患（即潜在故障），其故障的发展具有渐进性；而传统方法多用于检测如断路等使系统无法正常运行的功能故障，其故障的发展具有突变性。在以往考虑电气系统安全性时，多是基于正常状态到功能故障状态的两状态模型研究，而电气防火安全检测的根本目的是防患于未然，及时发现潜在故障（即火险隐患），这也是电气防火安全检测与其他电气安全检查的本质区别之一www.nanfangmodel.com。因此，在考虑如何确定电气系统防火安全检测的时机和周期，建立检测周期模型时，必须充分考虑潜在故障的影响，建立一种新的非两态的多状态检测周期模型。

　　１．１ 模型的基本条件

　　1.1.1 故障模式

　　故障模式１，宝宝取名具有渐进性，表示电气系统或其设备从正常先发展到潜在故障，再发生功能故障；故障模式２，具有突变性，表示电气系统或其设备直接从正常发展到功能故障，两者关系见图１。

　　α是故障模式１发生潜在故障时的初始时刻，为一随机变量，其分布密度函数为ｇ（α）；

　　β是故障模式１从发生潜在故障开始到发生功能故障时的初始时刻，为一随机变量其分布密度函数为ｆ（β）；

　　γ是故障模式２发生功能故障时的初始时刻，为一随机变量，其分布密度函数为ｗ（γ）。

　　状态：

　　状态１，正常，故障模式１、２均未发生；

　　状态２，潜在故障，故障模式１仅发生潜在故障，故障模式２未发生；

　　状态３，故障模式１、２中有一个发生功能故障。

　　周期与时间：

　　Ｔ是对电气系统防火安全检测的周期；

　　Ａ（Ｔ）是电气系统在周期Ｔ内安全工作的平均可用度；

　　Ｈ１是系统处于状态１时，检测并整改消除隐患一次的平均时间；

　　Ｈ２是系统处于故障模式１、状态２时，检测并整改消除隐患一次的平均时间；

　　Ｈ３是系统处于故障模式１、状态３时，检测并整改消除隐患一次的平均时间；

　　Ｈ４是系统处于故障模式２、状态３时，检测并整改消除隐患一次的平均时间；

　　假设：

　　ａ两种故障模式是相互独立的；

　　ｂ发生故障后应立即停止运行并修复；

　　ｃ电气系统防火安全检测是按固定周期Ｔ进行的；

　　ｄ检测后的隐患应得到整改并消除，使系统运行如新。

　　１．２ 检测周期模型

　　如前所述，电气系统通常表现为三种状态，而每种状态发生的概率及其状态下的防火安全检测和整改修复消除隐患所需的时间不一样，因此，须对三种状态先分别进行讨论。

　　状态１：此时故障模式１、２均未发生，系统工作时间Ｍ１＝Ｔ，因检测整改隐患造成的非工作时间Ｓ１＝Ｈ１。该状态下检测周期内的故障概率为：

　　ｙ１＝ｇ（α）ｗ（γ）ｄαｄγ

　　状态２：此时故障模式１发生潜在故障，故障模式２未发生，系统工作时间Ｍ２＝Ｔ因检测整改隐患造成的非工作时间Ｓ２＝Ｈ２该状态下检测周期内的故障概率，为：

　　ｙ２＝ｇ（α）ｆ（β）ｗ（γ）ｄαｄβｄγ

　　状态３：此时发生功能故障，须分两种情况考虑；

　　（１）故障模式１发生功能故障，故障模式２未发生；

　　工作时间：

　　Ｍ３＝（α＋β）ｇ（α）ｆ（β）ｗ（γ）

　　非工作时间Ｓ３＝Ｈ３

　　故障概率

　　ｙ３＝ｇ（α）ｆ（β）ｗ（γ）ｄαｄβｄγ

　　（２）故障模式２发生功能故障，而故障模式１未发生；

　　工作时间：

　　Ｍ４＝ｒｇ（α）ｆ（β）ｗ（γ）ｄαｄβｄγ

　　非工作时间Ｓ４＝Ｈ４

　　故障概率

　　ｙ４＝ｇ（α）ｆ（β）ｗ（γ）ｄαｄβｄγ

　　综合考虑上述三种状态在电气系统中的存在，可以得到整个检测周期内的平均工作时间和平均可用度；

　　平均工作时间Ｍ＝Ｍ１ｙ１＋Ｍ２ｙ２＋Ｍ３ｙ３＋Ｍ４ｙ４

　　平均可用度：

　　（Ｔ）＝

　　

　　３ 模型仿真及结果分析

　　在实际电气系统中，既存在潜在故障特征，又存在突变故障特征的设备和组件，使电气系统实质上是一个三态混合系统，通过对这一复杂混合系统检测周期模型的仿真运算，可以找到一个最佳检测周期值。

　　设α、β、γ均服从指数分布：ｇ（α）＝λｌｅ－λｌαｆ（β）＝λ２ｅ－λ２βｗ（γ）＝λ３ｅ－λ３γ

　　λ１、λ２、λ３分别取０．０２、０．０１、０．００５（／单位时间）．Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４分别取０．１、０．５、２、２（单位时间），选取周期值Ｔ为仿真变量，范围１０～１００、间隔为本１０（单位时间），Ａ（Ｔ）为仿真目标值，其仿真结果见下表。

　　从表中可以看出：随着周期Ｔ的增加，Ｍ３、Ｍ４缓慢增大，电气系统发生功能故障（无法工作）的可能性越来越明显，逐步占主导地位，这十分符合电气系统长期运行，得不到及时检测维护，老化损耗严重，火灾危险性突出的实际情况。

　　仿真目标值可用度（Ｔ）在３５个单位时间附近达到最大值０．９７６６。由此可确定仿真电气系统的防火安全检测周期为３５个单位时间。表明该模型可以较快和准确地找到最佳检测周期，运用于实际电气系统的防火安全检测是可行的。

　　（Ｔ）是随Ｔ变化的非线性函数，存在极值，可以确定最佳周期值：而以往的系统是没有考虑潜在故障、只有一种故障模式（从正常到功能故障）的两态系统，其（Ｔ）是一个常值（指数分布情况下），是没有最佳检测周期的；因而该模型对电气系统的防火安全检测具有普遍适用性。

　　３ 结束语

　　随着信息社会的到来，人们被包围在类型繁多的电气系统之中，电气系统的防火安全问题显得越来越突出和不容忽视。因此，社会需要我们加快建立和完善有关电气防火安全检测的配套法规、技术规范和标准。在目前仅有《消防法》第２０、４５条规定的情况下，首先尽快研究出符合全国行业性的电气防火安全检测技术规范和标准，从而规范和约束开展该项业务的检测中介机构，使这项具有重大现实意义的社会化消防工作从起步开始，就走上科学化、公正化、规范化的道路，被社会所认可和接受，尽早结束和避免混乱无序状况，真正发挥其保障社会安全的作用。

　　教学模型,仿真模型,电力模型,化工模型,