基于故障树分析法的牵引供电系统接触网可靠性评估

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1、基于故障树分析法的牵引供电系统接触网可靠性评估：由于接触X故障占牵引供电系统故障的绝大多数，所以牵引供电系统的可靠性很大程度取决于接触X的可靠度。本文根据数理统计原理，利用故障树分析方法，对牵引供电系统接触X的可靠性进行了分析，得到了接触X电气部分及机械部分两方面的可靠度、平均故障时间、故障率等重要指标，并对这两方面进行了逻辑上的串联建模，提高了接触X可靠性分析的统一性。为牵引供电系统接触X的可靠性的设计、维护与科学管理提供了理论依据与新方法。　　关键词：接触X故障树分析可靠性串联模型　　牵引供电系统包括外部电源系统、牵引变电站和接触X三大

2、部分。根据文献[1]所提供的统计数据，牵引供电系统大部分故障发生在接触X部分。因其沿铁路线露天布置，工作环境恶劣，使用条件苛刻，且无备用设备，一旦故障停电，将中断行车。因此，牵引供电系统的可靠性主要取决于接触X系统的可靠性[2]。本文将牵引供电系统的接触X可靠性评估工作分为电气部分与机械部分两个角度，利用故障树分析，并建立数学模型，提高了接触X可靠性评估的完整性。　　1故障树分析法概述[3]　　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，通过树状逻辑因果关系图，以系统的某一不希望发生的事件(顶事件)作为分析目标，向下逐

3、层追查导致顶事件发生的所有可能原因，直到基本事件(底事件)。通过对可能造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素等)进行分析，画出一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图(即故障树)。然后确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率，计算系统的故障概率。　　1.1故障树分析的步骤[4]　　建树工作要求建树者对于系统及其各个组成部分有透彻的了解，它是一个多次反复、逐渐深入完善的过程，故障树分析法的步骤为:　　①选择合理的顶事件。若FTA的任务是分析已发生的故障的原因，则顶事件是给定的，无须选择；若FTA是预测系统会发生何种故障、并分析造

4、成故障的原因，就要正确地选择顶事件。　　②建造故障树。对于复杂系统，建树时应按系统层次由上而下，逐级展开。　　③简化故障树。在明确定义系统接口和进行合理假设的情况下，可以对所建故障树进行必要的简化。对于复杂庞大的故障树可应用模块分解法、逻辑简化法和早期不交化方法等进行合理的简化。　　④求故障树顶事件的故障模式（最小割集），对故障树结构进行定性分析。一棵树包括许多信息，应确认各事件的结构重要度，以判断各事件所代表的单元在系统中的重要性大小。分析共同原因失效，对其影响大的应给予充分注意，按共同模式失效原则进行处理，以得到正确的概率值。　　⑤在已

5、知底事件发生的概率值的情况下，对故障树进行定量分析。计算出顶事件发生的概率和有关的可靠参数，必要时进行重要度分析，计算顶事件发生概率的上下限。　　⑥对所得结果进行分析，必要时进一步修改后再进行计算。　　1.2故障树的定性及定量分析　　故障树的顶事件和导致故障的诸多因素之间的逻辑关系可以用函数表示，给出故障树的数学表述，进而对故障树进行定性分析和定量计算。　　1.2.1故障树的定性分析　　故障树定性分析的主要任务是寻找导致顶事件发生的所有可能的失效模式，即找出故障树的全部最小割集[5]。所谓割集是指故障树中一些底事件的集合，当这些时间同时发生

6、时，顶事件必然发生，最小割集是指将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集了。　　在故障树中，只要有一个最小割集K发生，顶事件Φ就会发生。若故障树有k个最小割集K=（K1，K2，......，Kk），只要任意一个最小割集Kj（j=1，2，...，k）中全部底事件xi发生时，故障树的顶事件必然发生。所以函数表达为：　　（式1）　　　　（式2）　　1.2.2故障树定量分析　　设底事件x1，x2，...，xn，发生的概率为q1，q2，...，qn，则这些事件和与事件积的概率分别有以下几种情况：　　①若x1，x2，...，xn为独立事件时：　　

7、积的概率为　　（式3）　　和的概率为：　　（式4）　　②若x1，x2，...，xn为相斥事件时：　　积的概率为：　　（式5）　　和的概率为：　　（式6）　　③若x1，x2，...，xn为相容事件时：　　积的概率为：　　　　　　（式7）　　和的概率为:　　（式8）　　根据各部件的失效概率λi计算出系统的失效概率λ，系统可靠度平均无故障工作时间　　2接触X系统故障树的建立　　2.1接触X电气部分故障树分析　　接触X的供电方式分为单边供电、双边供电和越区供电三种方式。以供电臂停运（OutageProbabilityofanArm）为顶事件，以导致

8、其发生的原因为底事件建立故障树。　　2.1.1单边供电方式　　如图1所示，接触X每个供电臂由牵引变电站一边供应电能，相邻两牵引变电所之间毗连的供电臂属于同相。　　建立以“牵引变电