高速鐵路供電系統(tǒng)RAMS評(píng)估的研究.pdf

1、高速鐵路作為快捷舒適、超大運(yùn)量、低碳環(huán)保的運(yùn)輸方式已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的重要趨勢(shì),是解決客運(yùn)供需矛盾的重要手段之一。“十一五”期間,我國(guó)高速鐵路的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了重大跨越,鐵路建設(shè)取得了突出成就,已有8358公里高速鐵路投入運(yùn)營(yíng),為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了堅(jiān)強(qiáng)的鐵路運(yùn)輸保障。牽引供電系統(tǒng)為高速列車(chē)提供動(dòng)力,電力供電系統(tǒng)為行車(chē)提供信號(hào)、通信用電,整個(gè)供電系統(tǒng)是高速鐵路的核心組成部分,必須滿(mǎn)足高可靠性、高可用度、低維修費(fèi)用和低風(fēng)險(xiǎn)的要求。目前,國(guó)外對(duì)于

2、高速鐵路供電系統(tǒng)RAMS(可靠性、可用性、可維護(hù)性和安全性)評(píng)估理論的研究剛剛起步,國(guó)內(nèi)相關(guān)研究尚屬空白。
　　 本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高速鐵路牽引供電系統(tǒng)RAMS評(píng)估的理論及其應(yīng)用的研究(60674005)”,根據(jù)高速鐵路的供電層次,分別對(duì)其供電系統(tǒng)的可靠性(可用性)、可維護(hù)性和安全性三方面的評(píng)估理論開(kāi)展了系統(tǒng)的研究,取得了一定的創(chuàng)新性成果,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　 在可靠性評(píng)估方面,就外部電力系統(tǒng)對(duì)高速

3、鐵路供電的可靠性、牽引變電站主接線(xiàn)和10kV電力供電系統(tǒng)的可靠性,接觸網(wǎng)設(shè)備及系統(tǒng)的可靠性展開(kāi)研究。
　　 (1)結(jié)合牽引供電系統(tǒng)的實(shí)際,建立了外部電力系統(tǒng)對(duì)高速鐵路供電可靠性的解析模型,提出并推導(dǎo)了考慮牽引變電站越區(qū)供電能力前提下定量評(píng)估外部電源供電可靠性的9個(gè)指標(biāo),開(kāi)發(fā)了啟發(fā)式就近削負(fù)荷和直流靈敏度削負(fù)荷兩種快速算法。IEEE-RTS79算例結(jié)果證明該解析模型可準(zhǔn)確定位電力系統(tǒng)的供電薄弱環(huán)節(jié),通過(guò)改善靈敏度高的元件可靠性參數(shù)

4、,可使整條鐵路的供電可靠性大大提高；
　　 (2)開(kāi)發(fā)鄰接終點(diǎn)矩陣生成最小割集算法程序以快速查找牽引變電站上下行供電點(diǎn)的各階故障,建立7個(gè)可靠性指標(biāo)評(píng)估變電站主接線(xiàn)的可靠性大小,京津客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)220kV牽引變電站算例驗(yàn)證評(píng)估方法的有效性；運(yùn)用最小割集算法得到10kV電力負(fù)荷點(diǎn)的各階故障,通過(guò)4個(gè)可靠性指標(biāo)比較單雙貫通線(xiàn)的供電可靠性,‘比較貫通線(xiàn)的敷設(shè)方式對(duì)系統(tǒng)供電可靠性的影響程度,京津客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)亦莊至永樂(lè)段10kV電力供電系統(tǒng)算例說(shuō)

5、明了評(píng)估過(guò)程及結(jié)果；
　　 (3)概述了高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備分類(lèi),統(tǒng)計(jì)了關(guān)鍵設(shè)備的缺陷(故障)及處理措施；介紹了接觸網(wǎng)設(shè)備可靠性分布參數(shù)擬合的平均秩法和K-S、X2兩種常用的優(yōu)度檢驗(yàn)方法,應(yīng)用以上方法統(tǒng)計(jì)分析了京津客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)開(kāi)通以來(lái)的故障數(shù)據(jù),對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備及系統(tǒng)進(jìn)行可靠性建模和評(píng)估,為建立接觸網(wǎng)的動(dòng)態(tài)可靠性模型提供了理論基礎(chǔ)。
　　 在可維修性方面,建立了周期預(yù)防性維修活動(dòng)下接觸網(wǎng)設(shè)備及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可靠性模型和維修費(fèi)用模型

6、,將接觸網(wǎng)預(yù)防性維修計(jì)劃優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題；在NSGA-Ⅱ優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上,對(duì)初始種群的混沌生成、保持種群的多樣性、避免個(gè)體早熟和增強(qiáng)全局收斂方面進(jìn)行改進(jìn),提出了一種新的混沌自適應(yīng)進(jìn)化算法(CSEA),并對(duì)京津城際高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)維修計(jì)劃進(jìn)行了優(yōu)化。計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了該算法的有效性和優(yōu)越性,同時(shí)該算法對(duì)其它多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的求解也具有一定的普適性。
　　 在安全性評(píng)估方面,基于風(fēng)險(xiǎn)理論對(duì)惡劣天氣下外部電源供電、接觸網(wǎng)供

7、電及牽引供電系統(tǒng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。
　　 (1)對(duì)惡劣天氣進(jìn)行建模確定了輸電線(xiàn)路的動(dòng)態(tài)故障率,將可靠性評(píng)估的概率指標(biāo)轉(zhuǎn)化為考慮時(shí)變天氣狀態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo),對(duì)外部電源供電風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；
　　 (2)定義了風(fēng)偏風(fēng)險(xiǎn)和積冰風(fēng)險(xiǎn)兩種嚴(yán)重程度函數(shù)來(lái)描述接觸網(wǎng)在大風(fēng)和冰凍雨雪天氣下的供電風(fēng)險(xiǎn)事件,通過(guò)接觸網(wǎng)的最大風(fēng)偏量和合成載荷值進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估計(jì),確定了接觸網(wǎng)各區(qū)段的實(shí)時(shí)供電風(fēng)險(xiǎn)；
　　 (3)建立了牽引供電系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目標(biāo)層、