《地鐵供電系統(tǒng)可靠性研究報告（論文）》

地鐵供電系統(tǒng)可靠性研究TOC\o"1-3"\h\u293761緒論 緒論1.1研究背景隨著時代的發(fā)展，地鐵已經(jīng)悄然生息的進入人們?nèi)粘Ｉ钪?，甚至成為一線城市的形象標配之一。地鐵以速度快，送客量大，價格便宜，方便舒適等原因在眾多交通工具當中脫穎而出。地鐵軌道交通在緩解城市交通壓力上做出了巨大的貢獻，地鐵日常緊密運行的任何一個小小部件出現(xiàn)了故障，都會給地鐵正常運行帶來很嚴重的問題。地鐵的供電系統(tǒng)對于地鐵而言是非常重要的，換句話說，整體地鐵系統(tǒng)的安全運行與與供電系統(tǒng)是否可靠有著莫大的關(guān)聯(lián)，只有保證地鐵供電系統(tǒng)的可靠性，才能談及地鐵安全出行的可靠性，因此研究地鐵供電系統(tǒng)的可靠性具有一定的實踐意義。1.2研究意義地鐵的正常運行離不開每個環(huán)節(jié)的高度配合。同時各個環(huán)節(jié)又組成了復(fù)雜的供電系統(tǒng)，一般地我們可以將地鐵供電系統(tǒng)分為四大模塊，其中包含輔助動力照明模塊、電力運行監(jiān)控模塊、高壓供電模塊以及牽引供電模塊。在這四大模塊中又是以牽引供電模塊為主來達到系列的配合過程，其模塊中最主要的是牽引供電系統(tǒng)。地鐵在時代發(fā)展中逐漸成為城市的交通樞紐，為人們提供著時時刻刻的便捷。同時，軌道交通又是一個非常復(fù)雜的行業(yè)分支，它包括的種類非常的多。例如：建筑、結(jié)構(gòu)、通信等十多個專業(yè)。在滿足列車基本運行的同時，還要對列車進行現(xiàn)代化改進，提高運輸?shù)男?，并不斷改進列車的運輸服務(wù)體系。在這么多的提高事項中，對地鐵供電系統(tǒng)的研究從目前來看研究較多，效率較高。地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定在一定程度上影響著地鐵運行的穩(wěn)定性，其一大緣由是地鐵供電系統(tǒng)是地鐵正常運轉(zhuǎn)系統(tǒng)的供能來源之一。在這種系統(tǒng)之間緊密聯(lián)系的背景下，研究地鐵供電系統(tǒng)的可靠性十分必要。就地鐵本身而言，其每日的客運量非常大，是一種高密度的交通運輸方式。一旦地鐵出現(xiàn)供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，或者因為供電系統(tǒng)而導(dǎo)致列車無法正常運行，都會直接性地導(dǎo)致很多人出行不便，多數(shù)人在同一個密集的場所進行疏通的時候，也會帶來人員的安全性問題。這種情況下，地鐵不僅沒有給人們緩解交通的壓力，反而存在更大的安全性問題，供電系統(tǒng)的可靠性研究可以在一定程度上控制并降低地鐵故障的發(fā)生率。為了能夠讓地鐵供電系統(tǒng)的可靠性增加，這勢必關(guān)聯(lián)到供電系統(tǒng)整體設(shè)備的優(yōu)質(zhì)性、穩(wěn)定性等。因此只有更加穩(wěn)定、更加強大的供電系統(tǒng)才能保證地鐵系統(tǒng)信號的安全性、穩(wěn)定性和持續(xù)性，這其中的思考是多元化的。全面了解城市軌道交通的安全架構(gòu)才能更好的的依據(jù)原理合理的發(fā)展。無論是基于哪種實際情況的考慮，研究地鐵供電系統(tǒng)的可靠性都非常的重要，只有非常熟練的掌握供電系統(tǒng)的各個設(shè)備，才能在問題來臨時快速解決問題，帶來更加實際的現(xiàn)實意義。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外的第一條鐵路是產(chǎn)生于1863年英國的“倫敦大都會鐵路”。由于當時大的社會背景環(huán)境下電力的發(fā)展沒有得到普及。所以這條鐵路它采用的是蒸汽機器作為動力率引，于是城市快速軌道交通在世界上就有了鼻祖。為以后電力動力牽引列車做出了鋪墊。在后來的鐵路發(fā)展中，其它的國家也都相繼修建了地下鐵路，由原本地上轉(zhuǎn)到地下。這是一種出于空間利用的思考，緩解城市交通壓力。19世紀中后期，美國鋪設(shè)了首條民商雙用地鐵，19世紀末，西門子公司建設(shè)了德國首條電車軌道；同時期匈牙利也開始了地鐵商用之路，首條電氣化地鐵建于首都布達佩斯；1904年紐約市長麥克萊蘭手握操作桿，開啟了紐約地鐵的第一篇章；后來受到第二次世界大戰(zhàn)的影響，城市軌道交通的發(fā)展變得緩慢，各國國民經(jīng)濟受到了傷害。隨著和平時期的到來與發(fā)展鐵路資源又得到了重生，再然后就到了如今國外的地鐵形象。1899年在我國北京最早有了有軌電車，這個時間相對于其他國家算是比較落后了。但是這部電車給當時人們帶來了極大的交通便捷。后來隨著帝國主義瓜分中國的狂潮，中國國民經(jīng)濟受到了嚴重的打擊。自20世紀初，我國各大城市開始引入有軌電車，例如香港、大連、上海等城市，雖然從規(guī)模上來看還很小，但是為以后地鐵交通事業(yè)埋下伏筆.。1979年十月，我國成功運營的第一條商業(yè)地鐵在香港建成，其在一定程度上標志著我國開始進入城市地鐵設(shè)計階段。自新世紀初以來，我國人口總數(shù)排名前20的城市中，正在建設(shè)或者正在規(guī)劃的地下軌道交通線路總里程目前已超過50000千米。隨著我國城市軌道交通的不斷發(fā)展和不斷豐富，我國軌道交通運行里程和規(guī)劃里程在世界的排列上也是名列前茅的。雖然中間的發(fā)展史曲折的，更是離不開科技愛國人員的貢獻。才有了如今的中國鐵路形象。中國科技在一定程度上而言是一種科技品牌的話語權(quán)。很多發(fā)展中國家都十分信賴中國鐵路科技。1.4研究內(nèi)容及方法（1）地鐵供電系統(tǒng)組成：系統(tǒng)外部供電模塊、主變電所、牽引供電模塊、輔助動力照明模塊、輔助電力監(jiān)控模塊、雜散電流防腐蝕模塊。（2）地鐵供電形式組成：區(qū)域分散式供電形式、區(qū)域集中式供電形式、區(qū)域混合式供電形式（3）論文涉及研究方法：①：故障樹分析法。②：故障模式后果法。③：可靠性流程框圖法。

2地鐵供電系統(tǒng)概述地鐵供電系統(tǒng)在某種角度來說屬于地鐵運行系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，因為其功能是為地鐵列車的運行和其他用電設(shè)備提供充足的電力，是整個地鐵系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)不可或缺的一部分。其具體功能的表現(xiàn)形式是電力的轉(zhuǎn)換、電力的傳輸?shù)?。成都地鐵是我國地鐵網(wǎng)絡(luò)重要的組成部分，其目前采用的供電模式是110KV/35KV雙級別集中供電。地鐵主變電所系統(tǒng)，雜散電流防腐蝕系統(tǒng)，牽引網(wǎng)系統(tǒng)，直流供電系統(tǒng)。防雷和接地系統(tǒng)，中壓環(huán)網(wǎng)交流供電系統(tǒng)，電力監(jiān)控系統(tǒng)，輔助照明系統(tǒng)等這些都在地鐵供電系統(tǒng)框架之內(nèi)。2.1外部供電系統(tǒng)地鐵供電系統(tǒng)的正常運行離不開城市主干電力的持續(xù)供電，城市主干電力系統(tǒng)對地鐵系統(tǒng)的支持往往需要被考慮到整體設(shè)計之中。一方面能夠保證地方城市的日常供電，另一方面還可以為地鐵供電系統(tǒng)提供外部電源。在不同的地方城市都會具備屬于該城市的電網(wǎng)電源。這些外部電源能否合理地供應(yīng)相應(yīng)的電源給地鐵也是非常重要的，合理分配才能更好發(fā)展。2.2主變電所主變電所的設(shè)計目的是起到降電壓的效果，由于主變電所進線電壓通常為110KV。這么高的電壓數(shù)值相對于日常使用電壓而言是明顯高的太多，因此主變電壓所要通過兩個主變壓器將110千伏的電壓降壓為35千伏通過中壓供電網(wǎng)絡(luò)向地鐵沿線的牽混所和降壓所供電。圖2.1地鐵110KV/35KV兩級供電系統(tǒng)示意圖圖1-1地鐵110KV/35兩級供電系統(tǒng)示意圖圖1-1地鐵110KV/35兩級供電系統(tǒng)示意圖2.3牽引供電系統(tǒng)牽引供電是一個比較復(fù)雜的過程。地鐵列車的電壓制式為直流1500伏。這里的1500伏是從.主變所送來的35千伏電源通過牽引變電所變壓所得。1500伏的電源主要是驅(qū)動列車進行運行。其供電示意圖如圖所示1-牽引變電裝置；2-饋電線；3-接觸網(wǎng)；4-列車主體；5-行駛軌道；6-回流線；7-電分段圖2.2地鐵牽引供電示意圖牽引變電裝置：即變電所，其作用是為整個系統(tǒng)提供所需的牽引電能。接觸網(wǎng)：經(jīng)過受電器向列車提供電能的導(dǎo)電網(wǎng)。饋電線：牽引變電所到接觸網(wǎng)之間的起輸送電能效果的導(dǎo)線。回流線：其作用是供給牽引電流回溯值牽引變電所的線路。電分段：其作用是使得接觸網(wǎng)分成若干電分段，這在一定程度上可以方便定位事故段和進行檢修。2.3.1牽引供電系統(tǒng)的運行方式運行牽引供電系統(tǒng)的形式大概能分為兩種：一種方式是是按照系統(tǒng)正常的運行普通模式，一種為任一變電所解列時的運行方式。如圖所示圖2.3牽引供電系統(tǒng)的運行方式2.3.2牽引系統(tǒng)運行原理該國現(xiàn)已進入使用傳動技術(shù)的高速動車組的時代，以至再牽引性能；電力網(wǎng)的功率、通訊抗干擾等方面具有較大優(yōu)勢。通信傳輸系統(tǒng)的運行原理可歸納如下：在牽引工況狀態(tài)下，牽引變壓器的二級牽引線圈組向牽引變壓器提供一個單相電流，而在變壓器內(nèi)部則提供一個單相電流。單級電流直接通過脈沖調(diào)節(jié)器變化，產(chǎn)生連續(xù)電流電壓；直接電流的中間環(huán)節(jié)包括過濾電容器、LC二次共振電路、過渡電壓保護電路等。直接反應(yīng)變壓器，將直接中電波轉(zhuǎn)換為三級傳輸電壓，驅(qū)動三維牽引機，并將電力轉(zhuǎn)換為機械電力。在制動工況過程，電機一側(cè)提供一個電壓轉(zhuǎn)換器，一個反電流變壓器，通過平均直流鏈作為一個連續(xù)的電流鏈，一個脈沖調(diào)節(jié)器，有一個-1級功率因數(shù)，使能量能夠流向變壓器，從而完成機械能到電能的轉(zhuǎn)換。2.3.3牽引供電回路電動牽引開關(guān)系統(tǒng)是一個從電力系統(tǒng)接收電力的系統(tǒng)，它通過減壓和變換，為一個電動機車提供電能。牽引供電回路是由多個部分組成的，其中包含牽引變電裝置、饋電線、行駛軌道、接觸網(wǎng)、列車主體、電源、回流線等，除這些主要部分外還包含自耦變壓器、分區(qū)亭和開閉所等其他部分。2.4牽引供變電系統(tǒng)1.開閉所(SSP)事實上，電力牽引系統(tǒng)的開閉是作為配電系統(tǒng)運作的交換中心，即嚴格意義上的高壓交換機，也就是“高壓交換機”的交換站，它們只是作為配電系統(tǒng)運作的。例如環(huán)網(wǎng)、雙軌道傳輸系統(tǒng)等。當電力供應(yīng)分為“內(nèi)部供應(yīng)’”和“外部供應(yīng)”，其中第一個有一個中繼中心，后者在中心沒有牽引變壓器，通常設(shè)置開閉所以提高電力供應(yīng)的可靠性，將可能出現(xiàn)故障的區(qū)域進一步縮小。當供電方式切換為AT方式時，此時由于存在較長的供電臂，因此會設(shè)有開閉所，其位置一般設(shè)在供電臂中部。開閉所在正常情況下應(yīng)該通過同一牽引變壓器的不一樣的復(fù)線區(qū)段或者電源段的兩個入口，或者通過不同的單線區(qū)段或者牽引站的兩個入口。在可能的情況下，開閉所應(yīng)盡量設(shè)置在樞紐地區(qū)的負荷中心附近，這樣的做法能夠降低電源線和接觸網(wǎng)互相干擾，同時還能減少所需電源線長度。2.分區(qū)亭(SP)為了提升整個電力系統(tǒng)的可靠性和其靈活性，在兩個牽引分站之間定期設(shè)立了分區(qū)站，分區(qū)站經(jīng)常用于通過牽引網(wǎng)提供雙邊電力，或通過復(fù)現(xiàn)段牽引網(wǎng)單方面提供電力。但是當接觸網(wǎng)的上下行在其末端進行并聯(lián)操作時，需要分區(qū)亭將兩個供電臂或者接觸網(wǎng)進行聯(lián)絡(luò)，這樣做的目的是萬一發(fā)生了電力事故，其影響范圍能夠得以縮小，并通過其他地區(qū)供電。3.自耦變壓器站當電力牽引系統(tǒng)中使用自耦變壓時，需要在軌道沿線的建筑物上沒10-15公里設(shè)置獨立的自耦變壓器，如果實踐允許的話，自耦變壓器將被安裝在沿鐵路的各站臺，同時，在可能的情況下，將這些設(shè)施與開放式公用分區(qū)亭和開閉所合并，以便利電力管理。4.牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)：這是一個雙導(dǎo)電供電系統(tǒng)，由一條饋線、一條鋼軌回流線和一個接觸網(wǎng)組成，發(fā)送任務(wù)到電機。使用BT供電時，有一條備用電源線供電力供應(yīng)之用。使用AT電力的供應(yīng)是以正饋線和保護電源線為基礎(chǔ)的。饋線：連接母線和變形牽引網(wǎng)的電纜，即從牽引變換到鐵路電氣化的電力。接觸網(wǎng)：安裝在鐵路上的特殊傳輸線，火車頭用電弧及其摩擦供電。回流線：橫向折射線，在該線中，牽引變壓器將軌道或其他平行導(dǎo)線與特定的牽引變壓器終端連接起來。分相絕緣器(電分相)：與接觸網(wǎng)連接，分離不同的電力源，并促進主要用于牽引變壓器的輸出和分組件變電的平穩(wěn)過渡。分段絕緣器(電分段)：它們分為使用接觸網(wǎng)的垂直項和使用站網(wǎng)絡(luò)之間的橫向項。為確?？煽啃裕梢允褂媒^緣開關(guān)控制接觸網(wǎng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)，以此來提高供電系統(tǒng)的可靠性，防止發(fā)生電力事故是時發(fā)生大規(guī)模電力故障。供電分區(qū)：在該區(qū)，正常的電力供應(yīng)從牽引變壓器電源線轉(zhuǎn)到電網(wǎng)末端的一條供應(yīng)線。2.4動力照明供電系統(tǒng)地鐵站上隨處可見的顯示設(shè)備。廣告屏燈光照明等裝備所使用的都是220伏或者380伏的交流電壓。動力照明系統(tǒng)是接收從降壓變電所作用后的220伏或者380伏的交流電壓以供給車站設(shè)備照明，維護車站秩序。所以動力照明供電系統(tǒng)承擔起非常重要的角色。2.5雜散電流防腐蝕系統(tǒng)地鐵供電系統(tǒng)通過鋼軌進行回流，又因為絕緣體的原因，電流會多多少少的進行泄露，這些泄露的電流對于地鐵供電設(shè)備會進行一定程度的腐蝕。這腐蝕的過程可能會伴隨化學(xué)腐蝕或者是物理腐蝕，但是想要有效地避免這些情況，就必須對這些雜散電流進行防腐蝕措施，通過采用非常有效的方法來達到想要的保護。2.6電力監(jiān)控系統(tǒng)地鐵供電系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。在這個過程當中需要進行電力監(jiān)控。電力監(jiān)控的可靠性在一定程度上可以有效地保證地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實施監(jiān)控在每一個環(huán)節(jié)的作業(yè)情況，才能為地鐵的順利出行保駕護航。

3影響地鐵供電可靠性因素——供電方式3.1混合供電的地鐵供電方式由于混合供電比較切合我國的實際用電情況，因此該方式在我國的地鐵供電系統(tǒng)中非常常見。因為在實際的工作過程當中會通到各種各樣的實際困難，單一的結(jié)合分散供電或者是單一的集中供電的方式都不能滿足實際的要求，混合供電則更加的靈活的結(jié)合了兩種供電方式的共同優(yōu)點，所以一般體現(xiàn)較高的復(fù)雜性。3.2集中供電的地鐵供電方式集中供電一般特點是：計費非常便捷，供電非常方便，統(tǒng)一的管理，有利于建設(shè)后日常的維修，但是這種方式前期的投資比較大。我們需要根據(jù)地鐵路線的長度劃分以及其電力用量來設(shè)置專用主變電，其中每一個專用主變電都規(guī)定配備兩路不同的電源，且這兩路不同的電源是相互獨立的。這樣就能夠?qū)⑺桦妷杭壍碾娏μ峁┙o地鐵內(nèi)部的降壓供電系統(tǒng)以及牽引供電系統(tǒng)。圖3.1集中式供電方式3.3分散供電的地鐵供電方式總的來說分散供電模式在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)較差，其緣由是外部電網(wǎng)對這一供電形式影響較大。由于所提供的電源屬于不同的地方，分散供電方式需要兩路電源的支持，所以某可靠性的角度來講，必須有充足的達到一定數(shù)量的變電所和供電容量。與此同時，發(fā)達的穩(wěn)定性高的電力網(wǎng)絡(luò)在地鐵所在區(qū)域也是一個必備的條件，尤其是對供電源的可靠性有著一定的要求。分散供電后期的管理也是不方便的，電源的穩(wěn)定性、可靠性比較差的。圖3.2分散式供電方式

4可靠性基本理論和設(shè)計基礎(chǔ)4.1可靠性的基本概念和指標對于可靠性的研究來說，通常用某一事件發(fā)生的概率來評判，現(xiàn)在對于其定義仍沒有統(tǒng)一。1982年我國對可靠性問題有了一個官方的定義，其在《可靠性基本名詞術(shù)語和定義》里是這樣表述可靠性的，其定義是事物在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，順利完成指定工作或功能的能力，文中定義的事物可以泛指任何具有可操作性的元器件，系統(tǒng)和電器設(shè)備等等。從官方給出的定義中可以看出“規(guī)定功能”、“規(guī)定時間”、“規(guī)定條件”是可靠性的核心含義。“規(guī)定功能”是指事物的技術(shù)指標和必須具備的功能，在分析事物可靠性時，首要目的就是搞清楚它的規(guī)定功能是什么，只有在我們清楚了事物的規(guī)定功能，才能就此為依據(jù)給出相應(yīng)的故障依據(jù)?！耙?guī)定條件”如濕度，環(huán)境溫度，大幅振動等環(huán)境條件作為事物的工作條件時；或是事物的使用條件，保養(yǎng)方法，儲藏條件和對工作人員的技術(shù)需求等。不同規(guī)定條件的背景下所計算得出的可靠性也是不一樣的?！耙?guī)定時間”是指完成某一任務(wù)或某一功能所耗時間有一定的限制，伴隨時間的不斷推進，事物偏離正常方向的概率變大，因此可靠性也會隨之變化，所以關(guān)于可靠性的定義和理解需要涉及事物的規(guī)定時間?？煽啃灾笜丝梢杂脕砗饬渴挛锏目煽砍潭龋旅媸茄芯恐谐Ｓ玫膸追N可靠性指標：（1）平均故障間隔時間（MeanTimeBetweenFailures，MTBF）平均故障間隔時間一般適用于可修性架較高的事物，是反應(yīng)其可靠性的重要指標。其測量方法是在某一標準時間里標準條件下所發(fā)生的連續(xù)兩次發(fā)生故障的時間間隔的平均值，其值越高往往可靠性越好。（2）平均故障前時間（MeanTimeToFailure,MTTF）和平均故障間隔時間相比，當所涉及事物為不可修時，需要使用平均故障前時間來衡量其可靠性，其具體含義為在某一標準時間里和標準狀況下事物壽命單位總數(shù)和故障事物總數(shù)的比例值。（3）平均維修時間（MeanTimeToRepair,MTTR）平均維修時間是指需要維修的單位的平均維修時間，通常和平均故障間隔時間一起衡量某事物的可靠性。（4）可靠度用隨機變量T表示事物工作的時間，其中規(guī)定的事物工作時間為t，則其可靠度可用如下公式表示R(t)=P(T＞t)。R(t)=1-F(t),F(t)=P(T≤t)是事物發(fā)生故障的概率分布函數(shù)。（5）維修度維修度的定義為在某一時間Z內(nèi)修復(fù)故障的概率，其中Z為具有隨機性的自由變量，其定義為修復(fù)已發(fā)生故障的所耗時長。修復(fù)度M(z)=P(Z≤z)（6）可用度定義變量：X(t)=0，其含義為事物在時間t時運行正常，；X(t)=1，其含義為事物在時間t時發(fā)生故障，由此可得t時事物瞬時可用度為A(t)=P{X(t)=0}，令t趨于無窮大，則可得穩(wěn)態(tài)可用度A=A(t)，穩(wěn)態(tài)可用度A1其定義為能夠工作時長與總時長的比值，固有可用度A2其定義為平均故障間隔時間和其與平均維修時間之和的比值，A2作為設(shè)計的可用度應(yīng)該會比實際的可用度A1要大。4.2可靠性評估方法結(jié)合牽引變電所的特點，本文擬采取故障樹分析法和可靠框圖法作為本文中所涉及系統(tǒng)的可靠性的分析。這兩種方法各有優(yōu)劣，每一種方法都有其特定的優(yōu)點和不足的地方，例如在供電系統(tǒng)當中可靠性框圖為常見的一種解決方法，這種方法是大多情況下系統(tǒng)可以選擇和應(yīng)用的。這種方式的種類也是非常繁多，例如串聯(lián)和并聯(lián)都是可以的，串聯(lián)最主要的特點就是所有單元部件當中只要有任何一個出現(xiàn)問題，那么就會導(dǎo)致整一個系統(tǒng)癱瘓。串聯(lián)自然有串聯(lián)的好處，并聯(lián)也有并聯(lián)的優(yōu)點，這兩種類型自然是各有千秋，一般都會按照其系統(tǒng)特點去選擇不同的種類，這樣才能更具有實際意義。圖4.1串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖其可靠度表達公式為：Rs（t）=R1(t)*R2(t)*R3(t)*····Rn(t)以上公式中Rs（t）表示的為系統(tǒng)總可靠度，各分系統(tǒng)的可靠度用Ri（t）表示，其中i∈[1,n]。并聯(lián)的結(jié)構(gòu)相對于串聯(lián)而言就最大的特點就是，只有當結(jié)構(gòu)中全部單位都出現(xiàn)問題的時候，它才會停止工作。只要單位里面有任何一個還能繼續(xù)工作的，就不會引起立刻停止。圖二就是并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖：圖4.2并聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖其可靠度Rs可表示為：Rs（t）=1-[1-R1（t）]*[1-R2（t）]*[1-R3（t）]···*[1-Rn（t）]在上述可靠度表達式中，各自分系統(tǒng)的可靠度用Ri（t）,表示其中i∈[1,n]。以上就是可靠性框圖分析法4.3樹狀圖分析法圖4.3樹狀圖故障樹分析法這種分析方法強調(diào)的是一種前后順序的推理，一環(huán)扣著一環(huán)，能夠非常簡潔的確定發(fā)生故障的部位，從而采職相應(yīng)的措施。地鐵供電系統(tǒng)的故障樹分許可以分為五個步驟：（1）定義探討的故障事件在探討故障事件發(fā)生的過程當中會遇到很多的問題，我們可以去尋求電力監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)助，全方位的去考慮具體的故障事件。合理將這些故障事件進行分類，做到更系統(tǒng)的分析，為接下來繪制故障樹圖做好充足的準備。（2）獲取系統(tǒng)監(jiān)測到的情況在繪制故障樹之前，還需要進行的就是獲取系統(tǒng)監(jiān)測，并將監(jiān)測到的情況進行更加細致的分析。這里的分析可能需要去考慮故障發(fā)生的更深緣由，舉個例子，如果由于外界經(jīng)濟環(huán)境導(dǎo)致發(fā)生了一場事故。如果再深刻的去用人工進行細致分析的話，會加大研究成本，這個時候我們需要借助一些電腦軟件等等進行系統(tǒng)分析，排除其他故障的可能性，更準確地捕捉到故障發(fā)生的源頭，以便繪制故障樹。（3）繪制故障樹根據(jù)前期的資料分析和所監(jiān)測到的故障情況進行合理的繪制故障樹，在繪制的過程當中，要時時刻刻注意故障樹的大概體型特征，局部支路多不多等非常典型的問題，了解故障樹的大概體型特征，才能夠為后來排除故障做出非常大的便利。（4）評估故障樹繪制完故障樹之后，最緊接著的工作就是評估此次故障樹。在評估的過程當中，需要考慮接下來所需要采取的措施及改善方法，這個環(huán)節(jié)酷似改善系統(tǒng)的這個作用，查詢到所存在的問題，針對于局部問題，采取相應(yīng)的措施，并且對此次故障數(shù)進行大概的評估，完成此次故障排查。（5）控制所識別風險這個步驟可能會因為不同的系統(tǒng)而發(fā)生不一樣的變化，它所強調(diào)的是我們在認識危險源，并且采取了相應(yīng)的措施之后，針對于可能會發(fā)生的故障事件，也作出相應(yīng)的認識。4.3.1故障樹的定性分析通過一定的方法分析某一特定事件發(fā)生的最小割集是故障樹分析法的目的。從事物發(fā)生角度講，事物故障的故障樹有n個底事件用x1,x2，···xn表示，其中C={xi···,xj}為部分故障事件的集合，故障樹的定性分析主要分析事件的最小割集。換句話說，設(shè)故障樹中有n個底事件x1,x2..，C={xi,xj}i，j∈[1,n]為某些事件的集合。這些集合之間的關(guān)系可以是任何一種情況，但是當C中所有元素代表的事件都發(fā)生時，集合C所代表的頂事件也必然發(fā)生，這種時間發(fā)生的邏輯順序即為故障樹的割集?；谶@種情況下進行假設(shè)，當集合C中任意一子元素所代表的事件沒有發(fā)生則無法產(chǎn)生故障樹的割集了。這種情況下，由于某一元素代表的事件沒有發(fā)生的情況就可以稱之為最小割集。數(shù)學(xué)上在求最小割集時有兩種常見的方式，即下行法、上行法。（1）下行法順序是從上到下的方式，不停將門下所有的輸入事件均勻的排列在同一行中，按照這樣的方式，一直分下去直到不能再分的地步。這樣能到的基本事件就是割集，當然按照這樣的的分列，不一定能得到最小割集，但是在一定程度上可以很好的觀察了解相應(yīng)的形況。最小割集的找到方法就是在每個底事件下標出相應(yīng)的素數(shù)，并且按照順序標出，精準的將每個割集都有一個數(shù)字來對應(yīng)。再按照數(shù)列的大小進行排列，直到n2能被nl整除，此時故障樹所對應(yīng)的割集就是所求的最小割集。（2）上行法與下行法的邏輯順序剛好相反，上行法的計算方式是由下而上進行的。每進行一步計算，都是要根據(jù)故障樹非常緊密得關(guān)系推理得到，并對得到的邏輯關(guān)系利用布爾運算將其轉(zhuǎn)換為可運算的簡化結(jié)果，通過一步步計算到最終能夠產(chǎn)生最小割集。4.3.2故障樹的定量分析故障樹方法里所涉及的定量分析主要是去計算頂時間在某一特定情況下發(fā)生的幾率。一般可以通過求最小割集發(fā)生的概率去合理估計頂事件發(fā)生的概率，從而進一步得到分析的結(jié)果。4.4地鐵牽引供電系統(tǒng)故障樹分析根據(jù)文獻資料[10-14]，了解到我國常見的地鐵供電系統(tǒng)故障和原因的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)載于表1。表4.1地鐵牽引供電系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象與原因統(tǒng)計故障現(xiàn)象故障原因地鐵主變電所退出運行城市電網(wǎng)出現(xiàn)故障1臺主變壓器故障或，1路110kV進線失壓使主所跳閘斷電變電所變壓器內(nèi)部過熱,引起油氣分離，最終發(fā)展為故障瓦斯保護:縱差范圍內(nèi)電氣故障導(dǎo)致的差動保護環(huán)網(wǎng)電纜故障導(dǎo)致變電所跳閘電纜頭產(chǎn)生電暈,套管閃絡(luò)破損:電纜鎧裝,鉛包斷裂接觸網(wǎng)故障導(dǎo)致變電所跳閘斷電直流饋線開關(guān)失效.直流饋線開關(guān)與上網(wǎng)隔離開關(guān)電纜失效、接觸網(wǎng)設(shè)備短路和電客車故障等原因絕緣棒脫落引起的接觸網(wǎng)斷線故障燕尾槽溝槽處開裂，絕緣棒滑出,接觸網(wǎng)斷線垂落:電客車經(jīng)過時，經(jīng)受電弓的撞.擊、拉扯定位線夾引起的接觸網(wǎng)斷線故障定位線夾存在質(zhì)量問題:受電弓不規(guī)則凹槽對柔性接觸網(wǎng)拉扯、撞擊定位線夾引起的接觸網(wǎng)斷線故障分段絕緣器閃絡(luò)擊穿引起的供電故障分段絕緣器主絕緣表面臟污、材質(zhì)老化等造成絕緣部分滑露與距離不夠分段絕緣器使受電弓.導(dǎo)滑板灼傷導(dǎo)滑板,線夾底部不在同-平面，受電弓通過分段絕緣器時拉弧.打火雷擊使接觸網(wǎng)停電或?qū)е铝熊嚬收细呒苷窘佑|網(wǎng)在雷雨天氣遭受雷擊后出現(xiàn)避雷設(shè)備失效或接觸網(wǎng)損壞或列車高壓設(shè)備損壞根據(jù)國內(nèi)部分地鐵牽引供電系統(tǒng)失效故障的調(diào)研數(shù)據(jù)，結(jié)合文獻［1-4］，確定了牽引供電失效故障的底事件及其發(fā)生概率(見表2)。表4.2地鐵牽引供電失效故障的底事件及其發(fā)生概率底事件事件代號發(fā)生概率底事件事件代號發(fā)生概率底事件事件代號發(fā)生概率腐蝕X10.0003脆裂X140.0003電弧X270.0002電氣燒傷X20.0003傾斜X150.0002載流量小X280.0002疲勞X30.0003腐蝕強X160.0003中間接頭螺紋滑牙X290.0005斷裂X40.0002負載過大X170.0003脫落X300.0001松動X50.0010雷電X180.0002T字頭螺栓脫落X310.0005磨損X60.0010機械磨損X190.0005變形X320.0001強度小X70.0002化學(xué)磨損X200.0004絕緣老化X330.0003動態(tài)載荷大X80.0003電氣磨損X210.0003天氣嚴寒X340.0002彎曲X90.0010材質(zhì)不良X220.0003馳度小X350.0003放電X100.0004疲勞極限小X230.0001瓷瓶絕緣子折斷X360.0003閃絡(luò)X110.0004波動速度小X240.0002破損X370.0020擊穿X120.0001張力小X250.0001城市電網(wǎng)故障X380.0000開裂X130.0003水平偏移大X260.0003過熱X390.0002表3中的基本現(xiàn)象為故障分析提供了一個邏輯框架，可以將地鐵電力供應(yīng)系統(tǒng)故障的各種原因結(jié)合起來。同時，計算牽引系統(tǒng)的平均運行時間，可以采取必要的糾正措施，提高牽引系統(tǒng)的可靠性。圖2顯示了地鐵牽引力供電系統(tǒng)的故障樹模型。圖4.4地鐵供電系統(tǒng)故障樹分析4.4.1定性分析文中所使用的求最小割集的方法為行列式法，通常也可以叫做福塞爾法，用來估計地鐵牽引供電系統(tǒng)的故障率，其計算原理是在保持割集數(shù)量不變的同時提升割集容量，或者也可以保持割集容量不變的同時提升割集的數(shù)目，完成后再用漸進法對頂事件進行處理，利用漸進法中的逐層計算的特點，簡化布爾運算，從而可以產(chǎn)生最低限度的時間集合。對故障樹模型進行計算，得到29個底事件最小割集，分別為:X1，X2，X4，X5，X6，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X22，X23，X26，X29，X30，X32，X33，X38，X39，(X27，X28)，(X34，X36)，(X30，X37)，(X8，X24，X25)，(X19，X20，X21)。4.4.2定量計算（1）頂事件發(fā)生概率底事件最小割集發(fā)生概率為:式中:xj———底事件最小割集，j=1，2，…，n;n代表最小割集的階數(shù);Pj———底事件中產(chǎn)生的最小割集Xj發(fā)生的幾率。通過上式計算可得頂事件發(fā)生幾率可表示為:式中:yi表示的是事件Yi的最小割集，其中i∈[1,n];k表示為最小割集階數(shù)，當集合{Y1，Y2，…，Yk}各事件發(fā)生情況彼此獨立時，有式中:Fi表示為事件i階最小割集產(chǎn)生的幾率。以此便能都得知系統(tǒng)平均正常連續(xù)運行時間為:變式（1）、（2）和（3）以及表3計算了現(xiàn)有地鐵供電牽引系統(tǒng)的不確定性，即地鐵牽引系統(tǒng)故障概率（最大事件）為0.08819855/d，因此TM=122.40.1191854d。（2）底事件重要度有缺陷的地鐵電動牽引系統(tǒng)樹模型包含各種低概率事件，但其對背景現(xiàn)象的重要性各不相同，即背景基本事件的重要性通常分為結(jié)構(gòu)重要性和發(fā)生概率的重要性。在結(jié)構(gòu)重要性方面：Jj———底事件Xj的結(jié)構(gòu)重要度近似值;n———底事件Xj所在最小割集yi的階數(shù)。令I(lǐng)j為概率重要度，其數(shù)學(xué)解釋為某一事件Xj發(fā)生的概率前后變動時，其對頂事件產(chǎn)生的影響，一般Ij越大，其事件對頂事件越重要。其計算公式為:如表4.3所示，用公式（5）計算得出的地鐵電動牽引系統(tǒng)故障的最小割集的底事件集合，能夠在一定程度上表示各事件的結(jié)構(gòu)重要性的高低。表4.3地鐵牽引供電系統(tǒng)失效底事件最小割集結(jié)構(gòu)重要度Jj底事件1.00X1，X2，X3，X4，X5，X6，X9，X10，X11，X12，X13，X14，X15，X16，X17，X18，X22，X23，X26，X29，X30，X32，X33，X38，X39，0.50X27，X28，X30，X34，X36，X37，0.25X8，X19，X20，X21，X24，X25，如表4.3所示，對于腐蝕、疲勞、破裂、磨損和放電等實質(zhì)性現(xiàn)象，最低割集的結(jié)構(gòu)重要性為1%，即：就這些事件而言，地鐵電動牽引系統(tǒng)將失靈，故障主要集中在諸如電弓和接觸網(wǎng)等關(guān)鍵地點。圖4.5中說明了兩者之間的關(guān)系，將基本事件的最小割集階數(shù)和基本事件重要度分別用n和Jj表示，其中n作為一個獨立變量。圖4.5底事件最小割集階數(shù)與其結(jié)構(gòu)重要度關(guān)系由圖可見，n越大，Jj越低。這說明n對Jj影響比較大。由式(5)與圖4.5可知，Jj主要是從故障樹結(jié)構(gòu)角度的分析，與底事件發(fā)生概率無關(guān)。由式(6)計算可得地鐵牽引供電系統(tǒng)失效底事件的概率重要度，如表4.4所示。表4.4地鐵牽引供電系統(tǒng)失效底事件的概率重要度底事件概率重要度底事件概率重要度X4，X5，X6，X9，0.973124X27，X28，1.944303×10-4X10，X11，0.972734X30，1.944303×10-4X29，0.972637X37，9.721513×10-5X1，X2，X13，X14，X16，X17，X22，X26，X33，0.972443X21，1.944302×10-7X15，X18，X39，0.972345X20，1.458226×10-7X12，X23，X30，X32，0.972248X19，1.166581×10-7X38，0.972152X25，5.832907×10-8X34，2.916454×10-4X24，2.916453×10-8X36，1.944303×10-4X8，1.944302×10-8由上表可知，X4(斷裂)、X6(磨損)、X10(放電)和X11(閃絡(luò))的概率重要度較高，表明其對地鐵牽引供電系統(tǒng)失效影響最大;天氣嚴寒、馳度小、脫落、電弧、載流量小等事件的概率重要度比較大，對地鐵牽引供電系統(tǒng)失效影響也比較大;化學(xué)磨損、電氣磨損、張力小等事件的概率重要度較小，對地鐵牽引供電系統(tǒng)影響較小。對地鐵牽引系統(tǒng)的影響是未成年人。因此，潛在的重要背景現(xiàn)象是主要發(fā)生在關(guān)鍵節(jié)點上的故障，如電弧和網(wǎng)絡(luò)接觸這些故障主要會造成地鐵供電系統(tǒng)的斷裂。相關(guān)曲線在圖4.6中顯示，其依據(jù)分別是潛在事件X