城轨供电系统接触网可靠性的故障树分析.ppt

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: 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): 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)、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0.0010.005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)的发生概率增大时,系统可靠度都将降低,只是降低的幅度不同。底事件24、底事件1的发生概率增大时,底事件自身关键重要度也随之增大,其中底事件24的影响更大;而事件15(馈线断线)对接触网系统可靠度、自身关键重要度都没有影响。 通过对底事件重要度分析,底事件24（定位线夹松动）对发生接触网电气失效事故影响最大;其次为事件1（设备材质）、事件9(定位线夹断裂)、事件8(软定位器锈蚀),最后为事件7(软定位拉线锈蚀老化)。而底事件18(避雷器击穿)、事件2(定位管有眼螺栓断裂)、事件3(定位管连接失效)、事件10(吊弦断裂)、事件15(馈线断线)等的计算重要度均为0,它们对接触网电气失效的影响非常小。,结论及建议,1)通过采取故障树分析法,得出接触网系统可靠度为0.939。表面上看,接触网可靠性的这一数据并不算低,但与城轨供电作为重要一类负荷的要求相比还有差距。因此,城轨接触网从设计到运营管理还有待进一步改进。 (2)通过求取接触网故障树的最小割集,得出了影响系统可靠度的直接原因,可以直观地指导接触网系统设备维护、检修和人员巡检工作。 (3)由故障树底事件重要度分析,接触网电气失效的影响因子排在前几位的底事件24、底事件9、底事件8分别是定位线夹松动、定位线夹断裂和软定位器锈蚀等,它们同属于定位装置失效。定位装置功