本站原创【摘 要】铁路电气化的主要组成部分之一就是接触网.接触网处于动态变化中,受天气影响较大,又无备用性,已制约到电力牵引优越性的发挥.研究电气化铁路可靠性现状,根据接触网特性提高其可靠性及可用度,将供电故障时间及次数大大减少,将故障控制在可接受范围内,可提高电气化铁路水平.因此对接触网进行故障分析和可靠性研究极具现实意义和利用价值.本文分析了我国的接触网系统故障情况,总结了国内外接触网可靠性研究现状和分析方法.
【关 键 词】接触网；故障分析；可靠性
1.接触网主要故障分析
1.1空间结构尺寸方面故障
接触网不仅要保障向电力机车提供的电流质量良好,而且还要保证在规定的空间几何位置上接触悬挂能牢固地接触,保证受电弓从接触线上取流能平滑并且质量良好.由于机车受电弓有限的宽度和愈来愈快的运行速度,一旦接触网的技术参数发生变化或接触悬挂上零件脱落的情况发生,就会给电力机车或电动车的运行带来很大障碍,严重的情况下还会造成弓网故障.受当时条件限制,建设初期标准偏低的接触网已经不能很好适应当今铁路发展形势,导线质量不一,时常发生断线状况,疲劳耗损较为严重.
1.2绝缘方面故障
绝缘是接触网这一特殊的高压供电设备的重要技术指标之一,接触网不同于地方的供电线,距离机车近且悬挂高度较低,常常遭到环境和混合牵引的机车的污染,具有相当大的绝缘难度.根据绝缘介质来划分,接触网的绝缘主要包括绝缘体绝缘和空气间隙绝缘两种,接触网的正常运行会受到任何一方面放电的影响.鉴于我国设计方面和特殊的自然环境的原因,整个故障占比例较高的就是绝缘方面的故障,其影响范围也较广,应该得到较为严肃认真的对待.
1.3电气联结方面故障
因事先难以发现并且具有严重的危害性,电气烧伤故障作为铁路电气化接触网设备的一类故障,已引起供电运营检修部门的高度重视.由于接触网设备主要在力与电的双重作用下工作,所以接触网故障的主体由机械故障和电气烧伤故障构成.由于接触网运行时间长久和不断增加的牵引运能,越来越突出设备的电气烧伤现象已得到检修部门的关注.供电运营单位为确保供电安全的一个重要任务就是预防和防治接触网设备发生电气烧伤故障.
2.接触网可靠性发展状况
“受流质量、安全可靠、景观设计”是接触网需要解决的三大问题,可靠性列在其中.高速铁路由于具有系统本身结构复杂、设备繁多、任务繁重等特点,一旦出现事故,波及范围及社会政治经济影响都很大,研究接触网的一项重要课题就是研究其供电可靠性.高速铁路的供电可靠性也因高速客运专线铁路的大规模兴建而倍受关注.可靠性工作受到国外的电气公司与各种国际机构（如IEC、IEEE等）的高度重视,专职的可靠性工程师在一些著名的电气公司或可靠性管理部门非常常见.不管有些产品有无规定可靠性指标,公司内部都会开展可靠性研究工作,国外各公司间竞争的一个非常重要的手段就是产品可靠性的高低.国外也有着活跃的可靠性学术交流,目前国际上已将传统的可靠性评估扩展为RAMS评估.该项评估包括对系统可靠性（reliability）、可用性（ailability）、可维护性（maintenance）和安全性（safety）的全面评估.现在有关铁道的RAMS国际标准已由最早的EN50126：1999上升为IEC62278：2002.有许多涉及到可靠性的国际学术会议,例如,IEEE霍姆接触会议（每年召开一次）、国际可靠性物理学会议（每年召开一次）、国际电接触会议（每年召开一次）、国际可靠性与维修性会议（每年召开一次）等等.
可靠性理论在我国只有30年的引进历史.我国于1976年发布了第一个可靠性行业标准《可靠性名词术语》.第一个可靠性国家标准于1979年发布.80年代,我国在IEc/Tc56有关标准和美国军工标准作为参照下,制定了一批可靠性标准,基本完成了可靠性基础标准配套工作.90年代以来,产品的可靠性工作受到机械工业系统的高度重视,产品的可靠性标准（包括可靠性试验方法）和质量标准中的可靠性指标已经得到普遍使用.1990年,机械电子工业部在《加强机电产品设计工作的规定》第二十四条作出明确规定：新产品鉴定定性时,必须有可靠性试验报告和设计资料.在铁道方面,制定了（113/T1335―1996）《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》.进入21世纪后,（G1150068-2001）《建筑结构可靠度设计统一标准》在建筑领域正式形成.将可靠性原理方法与供电系统科学结合,电气化铁道的供电可靠性评估采用最科学经济的方法充分发挥电气供电设备的潜力,保证铁路运行所需的连续不断电力.
3.接触网可靠性分析的方法
人们根据可靠性分析结果对系统进行评价,发现了许多可靠性分析方法.确定性方法和概率性方法是计算可靠性方法的两大类.概率性方法按照所使用的数学工具又可以分为：解析法和模拟法.确定性方法可用于在预期故障发生的情况下研究系统可靠性水平.以前常用的系统N-1或N-K安全性检验,就是评价确定性可靠性的常用方法.此方法具有考察的状态数有限、能详细而精确的描述每个考察状态的优点.缺点是在于这些状态表的生成受技术人员的经验的决定,有可能漏掉状态,而且状态的严重程度也可能不能察觉的随时间变动.对系统的安全性进行粗略估计可以采用确定性方法的计算结果,改进薄弱环节,但它只能进行一些故障阶数较少的故障类型的事故后果的预想,而且不能预测事故发生的可能性具体有多大.近年来,概率性分析方法已逐渐取代确定性可靠性评估方法.
根据零部件故障和修复的统计值,概率性方法可以计算出系统和节点的运行参数变化区间和风险指标,从而对系统的可靠性作出较为全面和客观的评价.概率性可靠性评价方法分为解析法和模拟法两种.解析法对零部件或系统的寿命过程进行合理的理想化,并将这一寿命过程用数学模型描述,如用指数分布等.再通过运算来求解,得出可靠性指标.网络法、状态空间法和故障树分析法是解析法的常用方法.
在系统设计过程中,通过对系统各组成部分的潜在的故障模式分析,对系统功能的影响分析,按严酷程度对每一个潜在故障模式进行归类类,总结出可采取的预防措施来促进系统可靠性的提高.
4.结语
随着列车不断提速以及电气化铁道运营范围的不断扩大,对接触网可靠性有着越来越高的要求.因此,分析我国的接触网系统故障情况并探讨如何提高接触网系统可靠性显得极为重要.
【参考文献】
[1]李雪,吴俊勇,杨媛.京津城际高速铁路接触网可靠性维修研究[C].2010铁路电气化新技术学术年会论文集,2010.
[2]杨媛.高速铁路供电系统RAMS评估的研究[D].北京大学博士论文,2011.
[3]李会杰.西南交通大学硕士研究生学位论文,2007：23-26.