铁路电力配电系统可靠性分析

铁路电力配电系统可靠性分析

张存龙

中铁十六局集团电务工程有限公司北京市100018

摘要：铁路电力配电系统可靠性评估，是指外部电源到铁路电力用户，包括铁路变配电所、铁路电力贯通线、分支线、自闭线等在内的整个铁路配电系统按可以接受的供电标准以及期望的供电数量来满足铁路电力负荷及其供电电能需求的量度。随着我国铁路建设的蓬勃发展，为了切实保障铁路运输的正常运行，本文从铁路配电系统主要特点入手，可靠性分析方法在铁路电力配电系统可靠性分析中的应用，以供参考。

关键词：铁路；电力配电系统；可靠性

1铁路配电系统主要特点

铁路配电系统因其特殊性在系统构成及功能设计上有别于其它电力系统，主要表现如下。

1.1变（配）电所结构单一，电压等级较低

铁路负荷属于直接面向最终客户的终端负荷,因此铁路配电系统内多设置10kV配电所､35kV变电所,个别用电枢纽设计110kV变电所｡一般根据各地区电源情况和铁路负载要求,合理设计配电所电压等级｡因为功能要求､应用范围基本一致,所以铁路供配电系统的主接线等构成基本相似,设备配置无明显变化｡

1.2供电系统可靠性要求较高

铁路配电系统虽然电压等级较低,但一､二级负荷所占比重较高,因此对系统供电可靠性要求较高｡一般情况下,相邻配电所倒闸作业支持中断供电时间仅有0.6s｡虽然铁路部门采用诸多措施确保供电的可靠性,但只局限在配电所范围内,因此重要的贯通线或自闭线发生永久性故障时,缺少恰当的隔离､定位和恢复措施,将致使贯通线或自闭线失电,严重影响系统的可靠性｡同时,铁路配电系统的特点决定其检修工作费时费力,缺少准确的故障定位,为检修工作带来极大不便｡

1.3配电系统接线形式简单

铁路配电系统是一个沿铁路敷设的线状辐射网,通常沿着铁路两侧分别设置10kV的自动闭塞相邻和电力贯通线路,距离约40km~60km配备变(配)电所,各配电所间相互连接,互为备用｡各配电装置的连接线包括自闭线和贯通线，具体系统设计时可能存在两种连接线，也可能只有两种连接线的一种形式。连接线不单完成相邻所之间的电气连接，也为铁路电力系统最重要的负荷提供所需电源。

2铁路电力配电系统可靠方法

铁路配电系统不仅直接影响铁路运输系统的安全运行，也关乎多个铁路职能部门正常工作。铁路电气化系统自身结构十分复杂，包含很多电气设备，一旦发生事故，所波及的范围很大并会造成重大损失。因此，研究铁路的供电系统可靠性，确保铁路的正常运行具有十分重要的意义。下面对提升铁路电力配电系统可靠性的方法进行了分析。

2.1蒙特卡罗法

蒙特卡罗模拟法是一种用数值计算的方法来模拟系统过程的方法。模拟法首先对系统进行划分，各部分称为元素，通过概率分布可以预测出每一个元素的特性，然后将这些元素的特性进行不同组合，来确定系统的可靠性。蒙特卡洛法属于统计试验方法，所获得的结果也直观易懂，很容易被工程技术人员理解和掌握，且应用该方法时，能够发现一些工程技术人员难以预料的事故。此外，蒙特卡洛法的采样次数与系统规模无关，容易处理各种实际运行控制策略，故适用于复杂系统，尤其是难以用解析法进行求解的大型复杂电力系统。蒙特卡洛法应用性很强，并且计算结果的计算精度较高，但是由于需要多种元素进行组合，往往造成计算时间增长。同时，铁路电力配电系统中元件的故障率往往是由统计数据测得，由于统计数据不足或者测量误差等原因，导致引用这些元件的故障率对配电系统进行可靠性分析时会产生一定的误差。

2.2状态空间法

状态空间法以马尔可夫过程为理论基础。马尔科夫过程表示一个过程在时刻所处的状态为已知的条件下，过程在时刻所处状态的条件分布于过程在时刻之前所处的状态无关的特性，即状态的转移概率与系统之前的历史无关。应用状态空间法进行铁路电力配电系统可靠性分析时，首先，应用马尔可夫链建立铁路电力设备的模型，并确定各个设备可能的状态，以及状态之间的转换过程和转换概率;对系统的状态进行分析，确定系统在监测过程中的状态;随后，对发生故障进行判断，从而确定在预测的时间内，故障发生概率最大的系统状态，该状态即作为评估状态;最后，所遴选出的系统状态作为概率指标，对系统运行中有可能发生的故障进行预报，或者提出相应的改善措施。状态空间法可以解决的范围很广，且便于计算机编程计算。但是建立模型相当复杂，由于原件只有两种工作状态，通常情况下，原件的修复时间必须服从指数分布，当系统包含了多个元件时，计算量将成倍增长，且由于近似计算，往往会造成计算精度相对较低。且采用状态空间法进行计算时，要求系统设备的故障是独立的，故该方法具有一定的局限性。

2.3故障树分析法

故障树就是建立一个以系统故障状态为顶端，以最不希望发生的故障状态作为目标，将遴选出的故障状态作为一种事件构造一个故障树，依据最不希望发生的概率构建的逻辑关系图就称为故障树。故障树分析法简单明确，但是仅仅适用于规模较小的电力系统，面对规模较大的电力系统，故障树的构造就会变得十分繁琐，且需要将大量时间花费在计算上，且不能够考虑到系统元件的修复。

结束语

铁路电力配电系统是铁路电力供应的基础设施，通过电力贯通线、自闭线为车站信号、区间信号、电气集中设备等维持铁路正常运营所必须的生产、生活设施提供电源。铁路电力配电系统故障将会影响列车正常运行，打乱运输秩序，造成严重的经济损失。目前，铁路运输正向高速度、高密度方向发展，各种新型大容量用电设备不断涌现，对铁路电力配电系统的可靠运行构成威胁。因此，本文分析了包括蒙特卡罗模拟法，状态空间法，故障树分析法在内的可靠性分析方法在铁路电力配电系统可靠性分析中的应用。

参考文献：

[1]魏念龙.基于配变容量的铁路配电线损等值电阻法研究[J].电气时代,2015,11:84-87.

[2]杨庆.于家堡站交通枢纽主变配电所方案研究[J].铁道标准设计,2015(03).

[3]张凉永.高速铁路全电缆电力贯通线的电容电流及其容性无功补偿分析[J].高速铁路技术,2015,01:27-31+37.

[4]罗建.铁路智能低压配电系统[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2015,06:185-186.

[5]王笃学.铁路综合维修基地配电能源管理系统方案探讨[J].高速铁路技术,2015,03:1-4.