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基于RAMS的高速铁路牵引供电系统可靠性评价

作者：姜保林

来源：《现代城市轨道交通》2018年第10期

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摘 要：提出了基于 RAMS 的牵引供电系统可靠性综合评价方法，深入研究系统可靠性、可维护性及安全性。通过对牵引供电外部电力系统、牵引变电站及接触网系统的可靠性参数计算，完成了对整个牵引供电系统的可靠性定量分析。

关键词：高速铁路；牵引供电系统；可靠性评价；RAMS 中图分类号：U223.2 0 引言

牵引供电系统是高速铁路的动力心脏，需要为机车提供持续可靠的电力供应，为行车提供通信用电等，是整个高速铁路的核心组成部分。此外，由于高速铁路牵引供电系统结构复杂，受自然环境及机车运行情况（如频繁起停）影响大，故障的发生率较高。据统计，因牵引供电系统和电力供电系统发生故障导致铁路运营中断的事故，占所有铁路事故的一半以上。如果事

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先对牵引供电系统和电力系统的可靠性、可用性、可维护性、安全性进行完整而确定的评价，并采取有效措施提高系统的整体可靠性，将会避免事故的发生。在我国电气化铁路的传统设计过程中，虽然对列车涉及系统可靠性的因素进行了校核，但均比较被动且零散，缺乏系统的理论指导和定量的评价标准。

RAMS 是可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维护性（Maintainability）和安全性（Safety）的简称，在铁路行业应用为 IEC6227 ： 2002 标准，但该标准在我国的高速铁路牵引供电系统评价中并未得到系统的应用。目前学者多进行分散性研究，并未给出定量的评价模型和方法，对高速铁路牵引供电的系统性评价仍存在一定的局限性。本文基于 RAMS 牵引供电系统的综合评价方法，进行更加系统深入的研究。

综合考虑外部供电及 10 kV 电力系统，牵引供电系统的 RAMS 评价可划分为 5 个层次（图1）：①S1 外部电力系统；②S2 牵引站；③S3 接触网；④S4 牵引供电系统；⑤S5铁路电力系统。如果将 S2 看作外部电力系统的一个负荷，S1 的可靠性评价结果可以作为 S4 的评价依据，本文主要针对 S4 进行综合评价方法的研究。 1 外部电力系统可靠性评价

综上所述，失电概率、失电频率、电力不足期望、电量不足期望 4 个指标是考核外部电力对某个牵引变电站的可靠性评价指标，铁路丧失通过能力概率指标由前面推导得到。当外部电力系统的结构确定后，I1～I8 便成为常数。当系统元件的可靠性参数变化时，可利用以上公式计算出供电点的可靠性指标，以此来评价外部电力系统对牵引供电系统的可靠性。通过以上指标的评价分析，可以确定影响系统可靠性的薄弱环节，进而改进这些薄弱环节或者元件的可靠性参数，提高系统的可靠性。 2 牵引变电站的可靠性评价 2.1 可靠性指标

目前，我国高速铁路牵引变电站的一次侧一般由2 条 220 kV 线路供电，采用无桥接的接线方式，互为备用。参照电力系统的可靠性评估，牵引变电站主接线系统的主要元件由变压器、断路器、母线、隔离开关、互感器、保护等组成，元件可靠性指标包括以下几项。 （1）故障率 λ（Failure rate）。指元件（系统）t 时刻之前正常，在 t 至 ?t 期间发生故障的概率。

（2）修复率 μ（Repair rate）。指元件（系统）在起始至 t 时刻处于故障状态，在 t 时刻以后每单位时间里完成修复的概率。

（3）平均无故障工作时间 MTBF（Mean time between failure）。指元件（系統）从正常工作至首次故障的平均工作时间，是无故障工作时间的期望值。