直流牵引供电系统接触网可靠性分析研究

直流牵引供电系统接触网可靠性分析研究

黄钦付

重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司重庆401122

摘要：当前，我国地铁行业发展迅速，为人们的出行提供了很大的便利，同时地铁承担的运输量也在不断增加，对地铁可靠性的要求也越来越高，接触网是地铁牵引供电系统的重要组成部分，其可靠性直接影响到系统的稳定性，基于此本文对牵引供电系统的接触网常见故障进行了分析，阐述了接触网可靠性的分析方法，并提出了提高接触网供电可靠性的措施。

关键词：牵引供电系统；接触网；可靠性分析

引言

近年来，我国的地铁发展较快，运输量也不断提升，牵引供电系统作为地铁运输的核心部分，其可靠性十分重要，接触网是牵引供电系统中的主要组成部分，提高接触网系统可靠性是保证牵引供电系统正常运行的关键。

1基于牵引供电系统接触网的故障分析

在对牵引供电系统接触网故障进行分析时，可以分别对柔性接触网以及刚性接触网故障进行分析。（1）柔性接触网主要由附加导线、支持装置、支柱、定位装置、接触网等结构组成，其常见故障包括空间结构尺寸、导电回路以及绝缘性能。在接触网线索、零件脱落或接触线零部件变形的情况下，接触网空间结构尺寸将偏离正常尺寸。在接触网出现接触线断开、回流线断开、定位器根部烧伤等问题时，接触网导电回路也会出现故障。若接触网绝缘子闪络击穿、绝缘部件放电击穿、带电部分对地放电等故障，就会降低接触网的绝缘性；（2）刚性接触网最常见的是T型接触网，它包括汇流排、定位装置、定位绝缘子、接触线等，刚性接触网的故障一般为点故障，在系统运行过程中，刚性接触网中的部件很容易出现松动脱落、受电弓集中磨耗、接触线严重磨耗等故障，影响供电系统的正常运行。

2基于故障树模型的接触网可靠性分析

2.1考虑维修因素的接触网可靠性建模分析

接触网系统是由定位装置、接触悬挂、基础装置、支柱、支持装置串联组成。其中接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索、线夹；支持装置包括腕臂、套管、承力索座、绝缘子、定位环。根据接触网的构成，可以画出接触网失效的故障树，如图1所示。由于接触网系统是一个串联系统，因此如果接触网中的任何一个部件出现问题将会影响其他部件，给整个供电系统造成影响。

图1接触网系统失效故障树

2.2故障树分析法

2.2.1故障数分析法简介

故障树分析法是一种图形演绎方法，是故障事件自上到下的失效分析方法，该分析方法是将系统最不希望发生的事件（即顶事件）作为故障分析的目标。首先，用逻辑演绎法先找到导致顶事件发生的直接原因（中间事件或基本事件）；然后，进行深入的跟踪和分析找到导致这些中间事件发生的直接原因，直到找到全部发生故障的基本原因，最后用相应的逻辑符号将这些事件联接成树状图，即为故障树。

2.2.2故障树定性和定量分析

故障树定性分析的目标是求出所有导致故障树顶事件发生的最小割集。全部最小割集就是所有导致顶事件发生的可能的失效模式。故障树的定量分析是计算故障树发生顶事件的概率，用表示底事件；表示基本事件发生的概率；n为底事件总数。最小割集失效概率的表达式为：

yi代表第i个最小割集；

k表示最小割集个数。

2.2.3基本事件的重要度计算

基本事件的重要度是指发生底事件或最小割集对顶事件产生影响的程度。计算基本事件的重要度能够明确系统中易发生故障的环节。重要度包括结构重要度和概率重要度，其中结构重要度是指在分析系统结构基础上，分析各基本事件所处位置对整个系统可靠性的影响程度，它和基本事件失效概率没有关系，其表达式为：

概率重要度是指某个部件或事件的失效率发生变化后，系统失效率随之变化的程度，其表达式为：

根据各部件的失效率，结合公式（1）、（2）可计算出系统的失效率P（T）。由系统的失效率P（T），可计算系统平均无故障运行时间为

（公式5）

2.3接触网可靠性分析

（1）最小割集分析

为了进一步分析接触网可靠性，根据故障树模型，运用最小割集理论对支柱与基础失效故障树（图2）为例进行最小割集分析，用布尔代数化简法对其进行化简，逻辑或门用和表示，逻辑与门用乘表示，化简如下：

可得该故障树的最小割集为{d1}、{d2}、{d10}、{d11}、{d12}、{d21，d22，d23}。

同理，可以求出导致接触网系统失效的所有最小割集，共23个，分别为：{d1}、{d2}、{d3}、{d4}、{d5}、{d6}、{d7，d8}、{d9}、{d10}、{d11}、{d12}、{d13}、{d14}、{d15}、{d16}、{d17}、{d7，d18，d19}、{d20}、{d21，d22，d23}、{d24}、{d25，d26，d27}、{d28}、{d29，d30}。

图2支柱与基础失效故障树

（2）接触网顶事件可靠度计算

将2.2节中求出的最小割集及表1给出的接触网各零部件失效的概率代入公式（1）、（2）、（3）可得接触网顶事件的失效概率：P（T）=0.00664，既不可靠度为0.00664。

由公式（5）得，接触网平均无故障时间MTTF=1/0.00664=150.6d=0.413年。

结束语

本文对牵引供电系统的接触网可靠性进行了分析，主要采用故障树的分析方法对接触网常见故障进行了分析，通过进行定性和定量分析找出了导致接触网失效的所有故障组合以及容易导致接触网失效的故障类型，从而找到接触网的薄弱环节，进而加强对薄弱环节的检修和维护，这样就能够提高牵引供电系统接触网的可靠性。

参考文献：

[1]杨波.牵引供电系统接触网可靠性分析研究[J].工程技术：全文版，2016（11）：00192-00192.