摘要：本文基于可靠性分析理论，以动车组110kV高压隔离开关为例，对铁路牵引供电系统检修优化进行了一定的理论研究与分析，发现该高压隔离开关每隔12个最小维修周期就应预防性检修一次。每隔108个最小维修周期应更换维修一次，确定了高压隔离开关的检修方式与检修时间。
关键词：牵引供电系统；故障树分析图；IWO算法；检修优化
0.简介
随着我国铁路技术的不断发展，“高铁”已成为我国走出国门的一张新名片。电气化铁路因具有不间断运输、低成本运营和快速度行驶等优点，在国民生产生活中具有举足轻重的作用，大大推动了社会经济的发展进步。其配套的牵引供电系统也日益复杂。牵引供电系统的安全可靠运行问题越来越受到重视，国内外对其研究还处于起步阶段，因此，深入这一领域的研究必不可少。本文从可靠性的角度出发，分别对铁路牵引供电系统进行简介，建立牵引供电系统可靠性模型，以110kV高压隔离开关为例对其进行模型求解与分析研究。
1.铁路牵引供电系统概述
铁路牵引供电系统是一个具有传输、配电等多种功能的系统，牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网组成（如图1所示），其中牵引变电所关心的是牵引变压器类型和牵引变电所接线方式的选择，牵引网的电压水平受供电方式影响[1]。
图1 铁路牵引供电系统示意图
2.牵引供电系统的可靠性模型建立
（a）总故障树图
（b）G2故障树图
（c）G49故障树图
图2 故障树分析图
铁路牵引供电系统由牵引变电所、牵引网所构成。一是馈电线、二是接触网、三是轨道、四是回流线[2]。本文的可靠性分析侧重于重要的组成部分，故本文主要研究牵引变电所与接触网。牵引变电所的主要设备的寿命分布模型采用威布尔分布，用故障树分析法进行建模，采用自耦变压器的供电方式，变电所的运行方式假定只包含正常运行方式与故障运行方式两种，其故障树图建立如图所示。
根据故障树图，利用下行法求解，下行法是从顶事件开始，顺次把逻辑门的输出事件用输入事件置换。经过或门输入事件竖向写出，经过与门输入事件横向写出，直到全部门事件均置换为底事件为止，具有方便计算的优点。根据下行法，此故障树的最小割集有87个，其中一阶割集2个，二阶割集76个，三阶割集9个，根据门电路运算规则，化简到最小割集时发现最脆弱处为设备2151与2161，即55kV隔离开关。故在实际设计的系统中，在2151与2161处应采用可靠性较高的隔离开关，并定期进行预防性检修，避免系统发生故障。
3.牵引供电系统的检修优化研究
对设备或系统的维修一般分为无计划性的维修和有计划性预防性的维修。铁道部门最不希望有突发性的故障或事故发生，在这些情况下经济损失巨大。为提高供电系统的可靠性，减少牵引供电系统发生故障的几率，故本文研究的铁路牵引供电系统采用的是有计划的预防性维修计划。以110kV高压隔离开关为例，利用杂草优化算法[3]（Invasive Weed Optimization，IWO）进行求解，按步骤计算分别为种群初始化、种群生长繁殖、种群空间扩散和种群竞争排除，重复迭代2~4步，设置约束条件为牵引变电所的整体可靠度不低于0.95，搜索控制变量的最优解，如图3所示。
图3 110kV隔离开关的故障次数及可靠度曲线
从图3可知，设备1（110kV高压隔离开关）每隔12个最小维修周期就应预防性检修一次，每隔108个最小维修周期应更换维修一次。此外，在第12，24，36，48，60，72，84，96，130，142个周期应进行预防性维修，在108个周期进行更换维修，更换周期是预防性周期的9倍即可。
4.结语
随着科技的不断发展进步，铁路的发展必定是朝着更快速且更安全可靠的方向。本文基于可靠性分析原理，对铁路的牵引供电系统进行分析，建立系统可靠性模型，以110kV高压隔离开关为例，应用IWO算法对牵引供电系统的检修优化进行一定相关研究，发现设备1（110kV高压隔离开关）每隔12个最小维修周期就应预防性检修一次。每隔108个最小维修周期应更换维修一次。确定了其检修方式与检修时间。
参考文献：
[1]何洋阳，黄康，王涛，张葛祥.轨道交通牵引供电系统综述[J].铁道科学与工程学报，2016，13（02）：352-361.
[2]张小瑜，吴俊勇.高速铁路牵引供电系统的供电可靠性评估方法[J].电网技术，2007（11）：27-32.
[3]周京华，祝天岳，曾鹏，章小卫，蓝志茂.电气化铁路牵引供电系统研究现状及关键性技术[J].电气传动，2015，45（06）：3-9.
论文作者:吴臻易
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：供电系统论文; 故障论文; 预防性论文; 变电所论文; 周期论文; 铁路论文; 可靠性论文; 《电力设备》2018年第34期论文;