基于健康状态的高速铁路牵引供电系统主动维护策略研究

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1、国内图书分类号:TM922.3密级：公开国际图书分类号:621.3西南交通大学研究生学位论文基于健康状态的高速铁路牵引供电系统主动维护策略研究年级二〇一三级姓名王玘申请学位级别工学博士专业电气工程指导教师何正友教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TM922.3U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationSTUDYONPROACTIVEMAINTENANCESTRATEGYFORHIGH-SPEEDRAILWAYTRACTIONPOWERSUPPLYSYSTEMBASEDONH

2、EALTHSTATUSGrade:2013Candidate:QiWangAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DSpeciality:ElectricalEngineeringSupervisor:Prof.ZhengyouHeMay.2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文

3、属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□√，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：(1)在全面总结高速铁路供电系统的多时空尺度性、动态性和随机性等独有特性的基础上，将主动维护的新理念应用于牵引供电

4、设备和系统，系统性地建立了主动维护的理论研究内容，从工程实用化角度提出了主动维护的技术实现途径。对应内容在论文2.2节与2.3节。(2)为全面准确地掌握牵引供电设备和牵引供电系统的健康状态，提出一种健康状态评估的方法，将多源异构的各项监测检测数据逐步定制化为健康状态评价指标集和健康值，实现了对牵引供电设备和系统运行过程中所处健康状态的直观定量掌握。对应内容在论文3.1节与3.2节。(3)为描述牵引供电设备全寿命周期的服役性能退化及失效过程，利用随机过程建立了设备服役性能退化及失效模型，描述了服役于牵引负荷环境下设备所遭受的寿命衰退（软故障）和负荷冲击（硬故障）的竞争失

5、效机理，对于更实际的现场情况，建立了软、硬失效时空耦合模型以描述负荷冲击对寿命衰退的加速效应与负荷冲击具有的时空双阈值。对应内容在论文4.1节与5.1节。(4)针对牵引供电设备的主动维护策略，分别基于完全维修和不完全维修假设由浅入深地提出一种“监—检—修结合”的主动维护策略，结合可靠性、可维护性和经济性指标，定义了可靠度成本率和可用度成本率来评价主动维护策略的性能，通过主动维护决策与优化过程，达到了设备可靠度（可用度）与维护成本的最佳平衡。对应内容在论文4.2节与5.2节。(5)针对牵引供电系统的主动维护策略，从空间尺度决策的角度入手，全面总结了牵引供电系统现阶段或未

6、来会采用的维修方式，提出了影响系统主动维护策略的5大属性及各属性包含的影响因素，解决了维修方式的最优排序组合问题。对应内容在论文6.1节与6.2节。学位论文作者签名：日期：西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要随着近年来我国高速铁路的飞速发展，以及“一带一路”战略的提出，海内外的投运的大规模、网络化的高速铁路将迎来一个全面运营维护的时期。牵引供电系统作为高速列车的唯一动力来源，其健康高效地服役至关重要，随着运营里程的累积、服役时间的增加和设备性能的退化，牵引供电系统的安全隐患必将逐渐暴露出来，维修维护压力也将与日俱增。而现有针对牵引供电系统的维修理论与技术的发展严重

7、滞后，存在很强的“被动性”，包括：设备与系统的运行状态判断不准确、不全面；故障的判断与处理方式存在缺陷；维修维护模式十分落后。因此，亟需发展一种“主动性”的维护理论与技术，通过对牵引供电系统制定并实施主动维护策略，大大提高设备服役能力和系统工作效率，节约大量的运营维护成本，有效减少运营维护人员的工作量和工作压力，为海内外高速铁路向全面运营维护期的转型保驾护航。论文首先分析了高速铁路牵引供电系统在其服役运行和维修活动中表现出的多时空尺度性、动态性和随机性的特性。围绕这些特性提出了牵引供电系统主动维护的新理念，指出主动维护应围绕“全寿命服役周期的健康状态