1、城軌供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)可靠性的故障樹分析,20117169 李艷麗,接觸網(wǎng),作為城軌交通系統(tǒng)牽引供電設備重要組成部分的接觸網(wǎng),是沿城市軌道交通系統(tǒng)線架路(鋪)設的、向列車供電的特殊形式的輸電線路。由于沿線露天布置,線長點多,工作環(huán)境惡劣,又無備用設備,一旦故障停電,將中斷行車。接觸網(wǎng)往往是城市軌道交通系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。,概述,以接觸網(wǎng)電氣失效為頂事件,建立接觸網(wǎng)系統(tǒng)的故障樹模型，并應用基于直接不交化方法和最小割集方法，,計算出接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可靠度和影響該系統(tǒng)可靠性各底事件的重要度;并結合底事件的重要度,提出了提高接觸網(wǎng)可靠性的方法和措施。,接觸網(wǎng)可靠性的故障樹分析法,故障樹分析(FTA)法,是將

2、系統(tǒng)故障的各種原因(包括硬件、環(huán)境、人為因素等),由總體至部分,按樹枝狀結構,自上而下按層細化的分析方法。 接觸網(wǎng)可靠性分析的一般步驟： 從可靠性分析角度,接觸網(wǎng)是由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱等四個部件組成。其中,接觸懸掛包含接觸線、吊弦、承力索、線夾等,支持裝置包含腕臂、連接部件等,定位裝置包含定位桿、定位管、組合定位器、定位支座、定位掛鉤等。 接觸網(wǎng)可靠性的FTA法可歸納為以下幾步: 1)把城軌交通供電接觸網(wǎng)系統(tǒng)看成由若干元件、部件構成的一個完整系統(tǒng),而這些部件、元件在接觸網(wǎng)故障樹中存在一定的網(wǎng)絡拓撲關系; 2)實地調研,收集整理接觸網(wǎng)各元、部件的基礎數(shù)據(jù),如故障時間、故障影響、維

3、修時間等,求出底事件概率。 3)確定要計算的可靠性指標,如系統(tǒng)可靠度、底事件關鍵重要度等。建立接觸網(wǎng)FTA模型。 5)求出接觸網(wǎng)故障樹割集和最小割集; 6)根據(jù)最小割集求得接觸網(wǎng)可靠性指標; 7)根據(jù)可靠性指標,進行分析,對提高接觸網(wǎng)可靠度提出合理的防范措施和改進方法。,接觸網(wǎng)故障樹模型 通過國內(nèi)城軌交通系統(tǒng)的實地調研,收集統(tǒng)計了近五年的生產(chǎn)月報、檢修記錄,得出部分有較大影響的接觸網(wǎng)運行故障記錄臺帳,確定了影響接觸網(wǎng)可靠性的若干主要直接因素。為了更加具體找到接觸網(wǎng)失效全部原因,把接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)不能完成其功能,即“接觸網(wǎng)系統(tǒng)工作不正常”作為系統(tǒng)故障樹的頂事件;找到導致這一故障狀態(tài)的所有可能發(fā)生的

4、因素,再跟蹤尋跡找出導致這些中間狀態(tài)發(fā)生故障的直接原因;一直追尋到引起接觸網(wǎng)發(fā)生故障的全部原因,確定了25項引發(fā)接觸網(wǎng)故障的底事件,建立如圖1所示的接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)故障樹。,根據(jù)對國內(nèi)部分城軌接觸網(wǎng)系統(tǒng)的調研數(shù)據(jù),并結合圖1中的25個底事件,確定各故障引起因素符號以及各底事件概率統(tǒng)計值如表1所示。,接觸網(wǎng)可靠性指標計算,采取最小割集算法求解故障樹 接觸網(wǎng)故障樹求解 設底事件xi,對應的失效概率為qi,(i=1,2,n),n為底事件個數(shù)。則最小割集的失效概率為: 式中,m為最小割集階數(shù)。于是頂事件發(fā)生概率為: 式中,yj,(j=1,2,k)為最小割集,k為最小割集個數(shù)。,故障樹中,各個底事件對系統(tǒng)

5、故障的影響大小不同,可用底事件重要度描述。頂事件發(fā)生概率(不可靠度)PT也是qi(i=1,2,n)的函數(shù): 則第i個底事件的概率重要度定義為: 其中,下標為0的點為計算點。,概率重要度是底事件發(fā)生概率變化引起頂事件發(fā)生概率的變化程度。 而第i個底事件的關鍵重要度定義為: 即關鍵重要度是底事件i故障概率變化率與它引起頂事件發(fā)生概率變化率之比。,對前面接觸網(wǎng)故障樹模型計算,求解故障樹的最小割集有14個,分別為:23、22、21、14、24、5、13、1、9、8、6,7、25,6、11,12、19,20;再由式(1)、(2)計算得到“接觸網(wǎng)系統(tǒng)工作不正?！钡母怕蕿?.1098e-002。同時求得各底

6、事件的重要度為(按降序排列前八位): Ps24=2.29266e-001 Ps01=2.14243e-001 Ps09=1.66206e-001 Ps08=1.16124e-001 Ps21=1.12536e-001 Ps22=4.77861e-002 Ps23=4.00586e-002 Ps05=3.23388e-002 ,底事件重要度分析 由上可知,在已知各個底事件發(fā)生概率的基礎上,可以得出接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性指標。單個底事件的可靠度發(fā)生變化時,勢必影響到整個系統(tǒng)的可靠性。事實上,不同底事件的可靠性參數(shù)發(fā)生變化時,對系統(tǒng)可靠性指標的影響是不同的。重要度反映了底事件可靠性參數(shù)變化對系統(tǒng)可靠性指

7、標影響的大小。 分別以底事件24(線岔彈性元件松動)、底事件1(設備材質問題)、底事件15(饋線斷線)的發(fā)生概率作為自變量,以接觸網(wǎng)系統(tǒng)的可靠度、相應底事件的關鍵重要度等可靠性指標作為因變量,按前面所述算法和公式,設底事件發(fā)生概率在0.0010.005之間變化,得到其關系曲線如圖2、3所示。,由圖2、圖3分析可見,當?shù)资录?4(線岔彈性元件松動)、底事件1(設備材質問題)的發(fā)生概率增大時,系統(tǒng)可靠度都將降低,只是降低的幅度不同。底事件24、底事件1的發(fā)生概率增大時,底事件自身關鍵重要度也隨之增大,其中底事件24的影響更大;而事件15(饋線斷線)對接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠度、自身關鍵重要度都沒有影響。 通

8、過對底事件重要度分析,底事件24（定位線夾松動）對發(fā)生接觸網(wǎng)電氣失效事故影響最大;其次為事件1（設備材質）、事件9(定位線夾斷裂)、事件8(軟定位器銹蝕),最后為事件7(軟定位拉線銹蝕老化)。而底事件18(避雷器擊穿)、事件2(定位管有眼螺栓斷裂)、事件3(定位管連接失效)、事件10(吊弦斷裂)、事件15(饋線斷線)等的計算重要度均為0,它們對接觸網(wǎng)電氣失效的影響非常小。,結論及建議,1)通過采取故障樹分析法,得出接觸網(wǎng)系統(tǒng)可靠度為0.939。表面上看,接觸網(wǎng)可靠性的這一數(shù)據(jù)并不算低,但與城軌供電作為重要一類負荷的要求相比還有差距。因此,城軌接觸網(wǎng)從設計到運營管理還有待進一步改進。 (2)通過求取接觸網(wǎng)故障樹的最小割集,得出了影響系統(tǒng)可靠度的直接原因,可以直觀地指導接觸網(wǎng)系統(tǒng)設備維護、檢修和人員巡檢工作。 (3)由故障樹底事件重要度分析,接觸網(wǎng)電氣失效的影響因子排在前幾位的底事件24、底事件9、底事件8分別是定位線夾松動、定位線夾斷裂和軟定位器銹蝕等,它們同屬于定位裝置失效。定位裝置功