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摘要：本文着重分析了牵引供电系统的可靠性问题。针对牵引供电系统自身的特点,结合可靠性的定义,从结构可靠性的角度出发,将牵引供电系统分为牵引变电所、接触网与供电分区三个部分进行可靠性分析。地铁在城市的发展和人们日常的生活中发挥了巨大的作用，而维持地铁运行所需要的电能是由地铁供电系统提供的，地铁供电系统是否可以安全可靠运行直接影响到地铁的安全运行和稳定运营，提高地铁供电系统的可靠性和安全性的方法措施。
关键词：地铁供电系统；可靠性；安全性；供电设备
一、系统可靠性和安全性分析的重要性
由于地铁运营的高密度和大客流量特点,供电系统必须尽量降低供电设备以及系统的失效风险,一旦地铁供电系统发生故障或事故,造成运营中断,将给国民经济和社会发展造成巨大损失。近年来,地铁因为供电因素发生的部分安全事故有:2003年7月1日上海地铁一号线莲花路到萃庄列车突然停电,被迫停运62分钟,经查明原因是由于地铁牵引变电站直流开关跳闸,列车蓄电池亏电量,才致使列车无法正常启动的;2003年8月28日,英国首都伦敦和英格兰东南部部分地区突然发生重大停电事故,伦敦近2/3地铁停运,大约25万人被困在伦敦地铁中;2004年7月22日,广州地铁1号线遭遇大面积停电事故,造成线路部分区间停运长达1小时55分,有6个地铁站受到影响,3900名乘客退票,社会影响极大。可见,地铁供电系统是否安全与可靠运行,对地铁列车的可靠运行起至关重要的作用。一旦供电出现问题,造成列车停运，不仅会给社会带来巨大的经济损失,还会造成社会秩序的混乱,影响社会的安定和繁荣。因此,对地铁供电系统进行可靠性和安全性评估,找出系统薄弱环节,提高供电系统可靠性和安全性的措施与方法,降低地铁供电系统故障率,保障乘客的人身安全,节约地铁运营成本。对地铁供电系统进行可靠性和安全性分析评估的重要性主要体现在以下三方面:
(1)找出影响地铁牵引供电系统可靠性的薄弱环节,指导地铁运营维护人员工作地铁供电系统由大量设备构成,这些设备受利用程度、环境和老化等因素的影响,可靠性和安全性不断下降。在熟悉牵引供电系统结构和运行方式的基础上,建立了牵引供电系统设备或元件失效的故障模式后果分析表,该表包含故障失效后果,故障的检验方法以及补救措施;在故障模式后果分析表的基础上,建立了牵引供电系统的故障树模型,并对故障树进行了定性和定量的分析。分析故障具体设备，故障周期，影响程度，故障原因及备用措施和保障方案，分析列出了影响地铁牵引供电系统的薄弱环节,可以指导地铁供电系统管理和维护人员制定维修计划,通过有计划的维修恢复设备运行的状态,降低设备故障率。
(2)制定合理的维修计划,维修周期，节约维修费用
地铁供电系统设备维修费用在地铁运营成本中占很大一部分,降低维修费用可以节约地铁运营成本。众所周知,缩短维修间隔可以提高系统可靠性,与此同时,频繁的维修活动也会导致较大的费用支出。如果维修间隔太长,虽然可能节约用于维修活动的费用,但是地铁供电系统失效的风险增大,一旦系统失效,会引起的费用损失可能远远大于维修费用。因此,通过可靠性分析得到系统平均无故障运行时间,制定合理的维修计划是节约费用的有效措施，如下表：
二、牵引供电系统及其运行方式
2.1牵引供电系统组成
在城市轨道交通牵引供电系统中,电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车,再从电动列车经钢轨(称轨道回路)、回流线流回牵引变电所。由馈电线、接触网、轨道回路及回流线组成的供电网络称为牵引网。牵引供电系统即由牵引变电所和牵引网组成,其中牵引电所和接触网是牵引供电系统的主要组成部分。如图2.1所示
牵引变电所:供给城市轨道交通一定区域内牵引电能的变电所。
接触网(或.接触轨):经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网(有接触轨和架空接触网两种方式)。
馈电线:从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线。
回流线:用以供牵引电流返回牵引变电所的导线。
电分段:为便于检修和缩小事故范围,将接触网分成若干段成为电分段。
轨道:列车行走时,利用走行轨作为牵引回流电路。
（a）正常运行 （b）任一牵引所解列
(1)正常运行方式
正线各供电区间,均由相邻牵引变电所双边供电;车辆段内接触网由车辆段牵引变电所供电;停车场内接触网由停车场牵引变电所供电。
(2)任一牵引变电所解列时的运行方式
当任一牵引变电所解列(不含线路端头牵引变电所),由相邻变电所越区“大双边”供电。当正线线路端头的牵引变电所解列,分别由相邻的牵引变电所单边供电。车辆段或停车场牵引变电所解列时,由正线牵引变电所通过合上正线与车辆段或停车场接触网分段隔离开关向车辆段或停车场牵引网供电,而车辆段或停车场牵引变电所不向正线支援任务。
三、接触网系统可靠性分析
接触网直接为机车供电,没有备用,一旦发生故障,会影响整个列车运行。刚性接触网的部件主要包括接触线、支持定位装置、刚柔过渡部件、汇流排、电连接器、分段绝缘器和隔离开关等。接触网系统部件及元件构成如表3所示。
四、地铁供电系统安全性分析
4.1地铁供电系统安全等级划分
根据火灾安全评价的特点,结合地铁供电运行中出现危险所造成的人员伤亡和设备损失及损失程度的大小,可以将地铁供电系统的安全等级侧,划分为五级:非常安全,很安全,安全,基本安全,不安全。
非常安全:在这种安全等级下,地铁供电系统不会发生任何危险。
很安全:此等级较上一等级“非常安全”稍低,在这种情况下,地铁供电系统也比较安全,不会出现危险。
安全:当地铁运营时,没有人员伤亡和设备的损坏,属于安全等级居中的一级。一般情况下,系统的安全性都属于此等级。
基本安全:极限(临界的)—处于形成事故的边缘状态,地铁供电系统在这种情况下暂时还不会造成人员伤亡和系统的损坏。因此处于这种状态时,采取控制措施或彻底排除。
不安全:会造成地铁工作人员或乘客伤亡和地铁供电系统损坏,要立即采取措施。
4.2地铁供电系统安全评估指标体系
4.2.1评价指标体系建立原则
系统评价指标体系是由若干单项评价指标组成的整体,系统评价指标体系的确定是系统评价成功与否的关键,指标体系要实际、完整、合理、科学,尽可能全面反应地铁供电系统安全的所有因素。在建立地铁供电系统安全指标体系的过程中,要遵循下面的原则:
1)科学性原则评价指标需充分反应地铁供电系统的内在安全机制,指标体系结构的确定、指标的取舍都要有科学的依据,以此保证评价结果的真实、可靠,正确反应地铁供电系统的安全现状。
2)全面性原则地铁供电系统是一个复杂的巨系统,安全影响因素众多,指标体系必须全面反应地铁的安全现状,既要包括隐患指标,又要包括事故指标,综合衡量地铁供电系统的安全水平。
3)主导性原则在全面性原则的基础上,指标要选择那些影响全局的安全关键因素。
4)操作性原则指标要求概念明确,能方便的测量,尽可能的把指标定量化。
4.2.2评价指标的确定
为了衡量事故对供电系统运行的影响程度,参考可靠性理论,根据评价指标体系的建立原则,提出地铁供电系统安全性指标。将地铁供电系统安全性综合评价指标分为三个层次。第一个层次为供电系统综合安全水平;第二层次包括供电系统设备、实施安全水平,地铁供电工作相关人员安全水平,外界环境的安全水平,供电系统管理的安全水平,第三层次为具体的评价指标。地铁供电系统安全水平层次结构模型如下图所示:
五、结束语
地铁作为一种新的交通工具，以其本身的优越特性，在各大城市中得到了巨大的发展，并逐渐深入市民日常生活，为城市交通发挥着越来越重要的作用。文章在介绍了可靠性和安全性基本概念的基础上，简单分析了可靠性框图法，同时，也介绍了安全性分析的方法——模糊综合评判法。对地铁供电系统可靠性和安全性分析法的研究具有重要意义；采用先进的系统架构，减少外部电源影响；用排除外界干扰等方法来提高地铁供电系统的可靠性和安全性。
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论文作者:鄢家林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：供电系统论文; 地铁论文; 变电所论文; 可靠性论文; 安全性论文; 系统论文; 指标体系论文; 《电力设备》2017年第30期论文;