摘要：由于动车组科技含量高、运行速度快、安全责任重大，其可靠性有严格的要求。可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。我国动车组还没有经过完整的生命周期，高速动车组高压电器系统部件的全生命周期的管理还没有实践经验，对高压电器系统及其部件的可靠性设计还没有实践数据的支撑，现有高压电器系统及其部件的可靠性设计还处于技术引进和理论研究的阶段。
关键词：CRH_3型动车组；高压电器系统；可靠性；
CRH_3系列动车组采用一些控制继电器来根据乘务人员的指令信号和动车上各种装置的运行工况，自动检测和传递信号，以实现动车组各种电路的自动转换，实现简单的逻辑运算和控制，保证各有关独立器件正常工作。对于一些频繁动作的高压电器，其控制电路中继电器动作次数较多，易发生触头粘连现象，从而影响动车组正常运行。
一、可靠性分配原则
可靠性分配就是在产品研制任务书（或合同）中规定的总体可靠性指标，自顶向底，由上到下，从整体到局部，逐步分解，分配到各系统、分系统及设备。也就是上一级产品对其下一级产品的可靠度定量要求，是一个演绎分解的过程。由于ＣＲＨ３Ｃ型动车组服役时间比较短，牵引系统在运用阶段经过了大量的质量整改（尤其是武广线），利用现有的故障信息统计其故障率和寿命指标分布难度较大。因此根据ＣＲＨ３Ｃ型动车组牵引传动系统结构和特点，采用专家评分分配法对在武广线运用的ＣＲＨ３Ｃ型动车组牵引系统可靠性指标进行预分配。专家评分分配法参考以下的准则进行评价。各个因素评分值范围为１分～１０分，评分越高说明对产品的可靠性指标越低。（１）复杂程度。它是根据产品组成单元的数量以及组装的难易程度来评定的，越复杂的产品，可靠性就越低，要达到高可靠性就需要付出高代价，最复杂的评１０分，最简单的评１分。（２）重要程度。根据在牵引传动系统重要程度评定，重要的部件可靠性要求高，给以较低的评分，如齿轮箱，影响不大的评１０分，最重要的评１分。（３）技术成熟度。根据产品目前的技术成熟度来评定。成熟度低的评１０分，成熟度高的评１分。（４）环境条件。根据产品单元所处的环境来评定。单元工作过程中会经受极其恶劣的严酷环境条件的评１０分，环境条件好的评１分。由于高压电器和牵引单元结构较为复杂，工作条件比较恶劣，分配的故障率就有所上升，平均故障间隔时间较短。可见冗余设计可以有效地降低系统故障率，提高故障间隔时间，对电气设备进行再分配。
二、CRH_3型动车组高压电器系统可靠性
1.高压电器系统可靠性模型。可靠性框图用来表示系统各部分之间的功能关系以及逻辑关系。系统各部分由部件、组合件、单元等构成，系统的可靠性依赖于每一部分的可靠性，也依赖于每一部分的组合方式。高速动车组可靠性是指在运用条件下和规定时间内动车组达到预定功能的能力。动车组作为铁路运送旅客的载体，其高压电器系统有着重要的作用，任何高压电器系统关键部件的损坏将导致列车的晚点，影响运营秩序，还会危及列车的安全运营。本文以CRH3型高速动车组高压电器系统部件故障造成的列车运行晚点作为可靠性考核指标（该指标代表两个牵引变压器均能正常工作），利用可靠性的方法对cRH3型高速动车组高压电器系统进行可靠性评估。CRH3型动车组由两个牵引单元组成，当动车组正常运行时，优先选择的受电弓（通常情况下为司机占用端的后弓）从接触网上取电，经各高压电器设备提供给动车组，两个牵引单元都正常工作。当优先选择的受电弓正常工作时，另一台受电弓及其配套的设备处于备用状态。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当出现异常情况，导致优先选择的受电弓降弓，经优先级配置之后，备用受电弓及其配套的高压电器设备投入正常工作。当优先选择的受电弓工作时，车上与之配套的高压电器设备在逻辑功能上成串联关系。受电弓从接触网上获取电能，经主断路器、车顶隔离开关等输送给两个牵引单元，每个牵引单元上与其配套的高压电器设备在逻辑功能上也成串联关系。根据CRH3型动车组高压电器系统各部件的逻辑功能关系，结合串联系统、并联系统、旁联系统的可靠性框模型，建立CRH3型动车组高压电器系统的可靠性模型。
2.高压电器系统可靠性指标。一是可靠性规律。动车组是大型复杂系统，而高压电器系统是动车组的重要组成部分。根据现代维修理论和可靠性理论，大型复杂系统的故障发生是随机的，并且故障发生后及时进行更换或修复，故障率会保持相对稳定。为分析高压电器系统的故障规律，受电弓组件（受电弓上除碳滑板之外的所有部件）故障数据，对受电弓组件的故障规律进行研究分析。同理，可以证明高压电器系统中除受电弓碳滑板以外，其他所有部件的故障规律均服从指数分布。而受电弓碳滑板是磨耗性部件，需要另行分析。受电弓碳滑板是动车组从接触网获取电能的集电受流部件，它直接与接触网线接触，在静止或滑动的状态下从接触网的导线上获取电能，为动车组提供电力。在受电弓碳滑板与接触网导线接触的过程中，碳滑板会产生磨损并且厚度不断变薄。二是可靠性评估。根据串联系统、旁联系统的可靠性数学模型，基于上述计算所得的高压电器系统各部件的可靠性指标参数，计算得到CRH3型动车组高压电器系统各组成部分的可靠性评估指标。CRH3型动车组高压电器系统部件的可靠度均较高，可靠度低于99％的部件仅有受电弓碳滑板、受电弓组件、主断路器、牵引变压器及变压器冷却系统这5个部件，其中受电弓碳滑板和受电弓组件的可靠度低于90％，这主要是由于动车组高速运行过程中，受电弓与接触网间的弓网关系非常复杂，受电弓受到很大的振动与冲击，弓网动态接触力、离线、硬点、接触线动态抬升量都对受电弓的可靠度有很大的影响。因此，在动车组检修时，应特别重视对受电弓、主断路器、牵引变压器及变压器冷却系统的检查、维护，及时发现和处理安全隐患，减少故障的发生。此外由于部分部件的故障率较高，CRH3型动车组整个高压电器系统的平均故障间隔里程为36．661 9万km，其每10万km的可靠度为80．82％。因此，为了进一步提高CRH3型动车组高压电器系统的可靠性，需要对受电弓、主断路器、牵引变压器等故障率较高的部件进行优化改进；同时在动车组检修时，依据计算所得的高压电器系统平均故障间隔里程，可以更合理地确定各部件的检修周期，重点加强对高故障率部件的检查、维护，减少故障的发生。由于高压电器安装在车顶，工作环境恶劣，会受到风、雨、雪、日晒等天气影响，同时车顶设备还会遭到异物撞击，受电弓和主断路器发生这种意外故障的比例很大。其中受电弓还要与高压电网接触取电，其上臂出现裂纹、风管破损十分常见，因此受电弓故障发生的频率最高。还有车顶的接 触网线也会比牵引系统其他线路更易磨损、绝缘等级降低。因此，整个高压电器是牵引系统故障最多的分系统，受电弓和主断路器又是高压电器最为薄弱的部分，需要重点维护。
动车组高压电器系统是关系列车运行安全的关键因素之一，为了确保高速动车组的安全运行，需要从可靠性角度进行综合比较分析。结合可靠性模型，进一步评估CRH3型动车组高压电器系统的可靠度及平均故障间隔里程，为CRH3型动车组高压电器系统的安全运用及确定合理的检修周期提供科学依据。
参考文献：
［１］董锡明．轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性［Ｍ］．北京：中国铁道科学出版社，２０18．
［２］王华胜．ＣＲＨ3型动车组可靠性建模与分配［Ｊ］．铁道学报，２０17，３１（５）：１０８－１１２．
［３］陆廷孝，郑鹏洲．可靠性设计与分析［Ｍ］．北京：国防工业出版社，2017．
论文作者:王尚勇,孙超宇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/18
标签：车组论文; 可靠性论文; 系统论文; 高压电器论文; 部件论文; 故障论文; 故障率论文; 《基层建设》2018年第32期论文;