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1、城轨供电系统接触网可靠性的故障树分析20117169李艳丽接触网作为城轨交通系统牵引供电设备重要组成部分的接触网,是沿城市轨道交通系统线架路(铺)设的、向列车供电的特殊形式的输电线路。由于沿线露天布置,线长点多,工作环境恶劣,又无备用设备,一旦故障停电,将中断行车。接触网往往是城市轨道交通系统可靠性的薄弱环节。概述以接触网电气失效为顶事件,建立接触网系统的故障树模型，并应用基于直接不交化方法和最小割集方法，,计算出接触网系统的可靠度和影响该系统可靠性各底事件的重要度;并结合底事件的重要度,提出了提高接触网可靠性的方法和
2、措施。接触网可靠性的故障树分析法故障树分析(FTA)法,是将系统故障的各种原因(包括硬件、环境、人为因素等),由总体至部分,按树枝状结构,自上而下按层细化的分析方法。接触网可靠性分析的一般步骤：从可靠性分析角度,接触网是由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱等四个部件组成。其中,接触悬挂包含接触线、吊弦、承力索、线夹等,支持装置包含腕臂、连接部件等,定位装置包含定位杆、定位管、组合定位器、定位支座、定位挂钩等。接触网可靠性的FTA法可归纳为以下几步:1)把城轨交通供电接触网系统看成由若干元件、部件构成的一个完整系统,而这
3、些部件、元件在接触网故障树中存在一定的网络拓扑关系;2)实地调研,收集整理接触网各元、部件的基础数据,如故障时间、故障影响、维修时间等,求出底事件概率。3)确定要计算的可靠性指标,如系统可靠度、底事件关键重要度等。建立接触网FTA模型。5)求出接触网故障树割集和最小割集;6)根据最小割集求得接触网可靠性指标;7)根据可靠性指标,进行分析,对提高接触网可靠度提出合理的防范措施和改进方法。接触网故障树模型通过国内城轨交通系统的实地调研,收集统计了近五年的生产月报、检修记录,得出部分有较大影响的接触网运行故障记录台帐,确定了
4、影响接触网可靠性的若干主要直接因素。为了更加具体找到接触网失效全部原因,把接触网供电系统不能完成其功能,即“接触网系统工作不正常”作为系统故障树的顶事件;找到导致这一故障状态的所有可能发生的因素,再跟踪寻迹找出导致这些中间状态发生故障的直接原因;一直追寻到引起接触网发生故障的全部原因,确定了25项引发接触网故障的底事件,建立如图1所示的接触网供电系统故障树。根据对国内部分城轨接触网系统的调研数据,并结合图1中的25个底事件,确定各故障引起因素符号以及各底事件概率统计值如表1所示。接触网可靠性指标计算采取最小割集算法求解
5、故障树接触网故障树求解设底事件xi,对应的失效概率为qi,(i=1,2,…,n),n为底事件个数。则最小割集的失效概率为:式中,m为最小割集阶数。于是顶事件发生概率为:式中,yj,(j=1,2,…,k)为最小割集,k为最小割集个数。故障树中,各个底事件对系统故障的影响大小不同,可用底事件重要度描述。顶事件发生概率(不可靠度)PT也是qi(i=1,2,…,n)的函数:则第i个底事件的概率重要度定义为:其中,下标为0的点为计算点。概率重要度是底事件发生概率变化引起顶事件发生概率的变化程度。而第i个底事件的关键重要度定义为:
6、即关键重要度是底事件i故障概率变化率与它引起顶事件发生概率变化率之比。对前面接触网故障树模型计算,求解故障树的最小割集有14个,分别为:{23}、{22}、{21}、{14}、{24}、{5}、{13}、{1}、{9}、{8}、{6,7}、{25,6}、{11,12}、{19,20};再由式(1)、(2)计算得到“接触网系统工作不正常”的概率为6.1098e-002。同时求得各底事件的重要度为(按降序排列前八位):Ps[24]=2.29266e-001Ps[01]=2.14243e-001Ps[09]=1.66206e
7、-001Ps[08]=1.16124e-001Ps[21]=1.12536e-001Ps[22]=4.77861e-002Ps[23]=4.00586e-002Ps[05]=3.23388e-002……底事件重要度分析由上可知,在已知各个底事件发生概率的基础上,可以得出接触网系统的可靠性指标。单个底事件的可靠度发生变化时,势必影响到整个系统的可靠性。事实上,不同底事件的可靠性参数发生变化时,对系统可靠性指标的影响是不同的。重要度反映了底事件可靠性参数变化对系统可靠性指标影响的大小。分别以底事件24(线岔弹性元件松动)、
8、底事件1(设备材质问题)、底事件15(馈线断线)的发生概率作为自变量,以接触网系统的可靠度、相应底事件的关键重要度等可靠性指标作为因变量,按前面所述算法和公式,设底事件发生概率在0.001～0.005之间变化,得到其关系曲线如图2、3所示。由图2、图3分析可见,当底事件24(线岔弹性元件松动)、底事件1(设备材质问题)的发生概率增
