高速鐵路供電系統(tǒng)RAMS評估的研究.pdf

1、高速鐵路作為快捷舒適、超大運量、低碳環(huán)保的運輸方式已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的重要趨勢,是解決客運供需矛盾的重要手段之一?！笆晃濉逼陂g,我國高速鐵路的發(fā)展實現(xiàn)了重大跨越,鐵路建設取得了突出成就,已有8358公里高速鐵路投入運營,為經(jīng)濟社會發(fā)展提供了堅強的鐵路運輸保障。牽引供電系統(tǒng)為高速列車提供動力,電力供電系統(tǒng)為行車提供信號、通信用電,整個供電系統(tǒng)是高速鐵路的核心組成部分,必須滿足高可靠性、高可用度、低維修費用和低風險的要求。目前,國外對于

2、高速鐵路供電系統(tǒng)RAMS(可靠性、可用性、可維護性和安全性)評估理論的研究剛剛起步,國內(nèi)相關研究尚屬空白。
　　 本文依托國家自然科學基金項目“高速鐵路牽引供電系統(tǒng)RAMS評估的理論及其應用的研究(60674005)”,根據(jù)高速鐵路的供電層次,分別對其供電系統(tǒng)的可靠性(可用性)、可維護性和安全性三方面的評估理論開展了系統(tǒng)的研究,取得了一定的創(chuàng)新性成果,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 在可靠性評估方面,就外部電力系統(tǒng)對高速

3、鐵路供電的可靠性、牽引變電站主接線和10kV電力供電系統(tǒng)的可靠性,接觸網(wǎng)設備及系統(tǒng)的可靠性展開研究。
　　 (1)結(jié)合牽引供電系統(tǒng)的實際,建立了外部電力系統(tǒng)對高速鐵路供電可靠性的解析模型,提出并推導了考慮牽引變電站越區(qū)供電能力前提下定量評估外部電源供電可靠性的9個指標,開發(fā)了啟發(fā)式就近削負荷和直流靈敏度削負荷兩種快速算法。IEEE-RTS79算例結(jié)果證明該解析模型可準確定位電力系統(tǒng)的供電薄弱環(huán)節(jié),通過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)開發(fā)鄰接終點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的各階故障,建立7個可靠性指標評估變電站主接線的可靠性大小,京津客運專線220kV牽引變電站算例驗證評估方法的有效性；運用最小割集算法得到10kV電力負荷點的各階故障,通過4個可靠性指標比較單雙貫通線的供電可靠性,‘比較貫通線的敷設方式對系統(tǒng)供電可靠性的影響程度,京津客運專線亦莊至永樂段10kV電力供電系統(tǒng)算例說

5、明了評估過程及結(jié)果；
　　 (3)概述了高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)設備分類,統(tǒng)計了關鍵設備的缺陷(故障)及處理措施；介紹了接觸網(wǎng)設備可靠性分布參數(shù)擬合的平均秩法和K-S、X2兩種常用的優(yōu)度檢驗方法,應用以上方法統(tǒng)計分析了京津客運專線開通以來的故障數(shù)據(jù),對接觸網(wǎng)設備及系統(tǒng)進行可靠性建模和評估,為建立接觸網(wǎng)的動態(tài)可靠性模型提供了理論基礎。
　　 在可維修性方面,建立了周期預防性維修活動下接觸網(wǎng)設備及系統(tǒng)的動態(tài)可靠性模型和維修費用模型

6、,將接觸網(wǎng)預防性維修計劃優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一個多目標優(yōu)化問題；在NSGA-Ⅱ優(yōu)化算法的基礎上,對初始種群的混沌生成、保持種群的多樣性、避免個體早熟和增強全局收斂方面進行改進,提出了一種新的混沌自適應進化算法(CSEA),并對京津城際高速鐵路接觸網(wǎng)系統(tǒng)維修計劃進行了優(yōu)化。計算結(jié)果驗證了該算法的有效性和優(yōu)越性,同時該算法對其它多目標優(yōu)化問題的求解也具有一定的普適性。
　　 在安全性評估方面,基于風險理論對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)的綜合風險進行評估。
　　 (1)對惡劣天氣進行建模確定了輸電線路的動態(tài)故障率,將可靠性評估的概率指標轉(zhuǎn)化為考慮時變天氣狀態(tài)的風險指標,對外部電源供電風險進行評估；
　　 (2)定義了風偏風險和積冰風險兩種嚴重程度函數(shù)來描述接觸網(wǎng)在大風和冰凍雨雪天氣下的供電風險事件,通過接觸網(wǎng)的最大風偏量和合成載荷值進行風險估計,確定了接觸網(wǎng)各區(qū)段的實時供電風險；
　　 (3)建立了牽引供電系統(tǒng)風險評估的目標層、