CRH3型动车组电气系统可靠性研究

CRH3型动车组电气系统可靠性研究

杨丽

中车唐山机车车辆有限公司

摘要：在当前动车组中，运行的速度非常快，相应的安全责任也非常重大。因而对动车组电信系统的可靠性有了更高的要求。其中动车的电气系统故障是动车组运行安全的关键所在。电气系统出现故障，将会导致动车组不能稳定的运行，扰乱动车组的正常运输秩序，对动车企业带来经济损失和一系列的安全隐患，因此，在本文中，以CRH3型动车组作为例子，对该动车组中的电气系统的可靠性进行了全面综合的分析与研究，从而来提高动车组在电气系统的可靠性，为后期电气系统的稳定运用和检修提供了科学合理的依据。

关键词：CRH3型动车组，电气系统，可靠性

1. CRH3型动车组中电气系统中可靠性的指标

1.1故障率

故障率指的是工作到某一时刻尚未发生故障的产品，并且在该时间段后单位时间再发生故障的概率。故障率的计算公式如下图所示。其中，故障率数值越小，表示元件在单位时间内可能发生故障的概率就越小，元件自身的稳定性越高。

通过对动车组中的元件整个生命周期的大量数据实验的研究中发现，故障率的大致曲线是属于浴盆曲线，而曲线划分为三部分，第一部分是早期故障的阶段，在刚开始使用产品的过程中发生故障的次数较多，后期随着对产品的更换、维修以及改进磨合的过程，进一步使得故障率出现了下降的趋势。在第二阶段中，是属于偶然故障的阶段，该阶段中故障率是呈现稳定的走向，故障率的数值较小，产品发生故障的次数是偶然的。在此过程中，可以通过加大对元件的管理和控制力度，对产品进行定时的维修和检修工作，可以最大化的降低故障率，从而来延长产品的使用时间。第三阶段是耗损故障阶段，该阶段中故障率出现了逐渐上升的趋势，主要的原因是产品出现了磨损、老化以及疲劳、损耗等。此时如果不采取维修措施，将会导致产品出现报废的情况，因而就需要及时对产品进行更换和维修，从而来降低故障率，保证产品处于稳定的工作状态中，最终保证动车组的运行安全。

1.2可靠度

可靠度是指，产品在自身的使用寿命周期内完成相应功能的一个指标，简而言之，就是指产品在相关标准条件下，在规定时间内的可靠性。其中如果产品的使用时间越长，反而可靠度越低。当时间为0时，可靠性是最高的。可靠度的计算公式是R(t)=P(T＞t），其中，t是指规定的时间，T则是指产品自身的寿命。对于受电弓碳滑板的磨损寿命是服从正态分布曲线的，因而当受电弓碳滑板自身的磨损寿命＜相应的性能参数容许下限时，就表明该受电弓碳滑板出现了质量方面的故障。

1.3平均故障间隔时间

为了保证产品能够处于稳定的工作状态，就是要定期对产品进行维修和保养的工作。而对产品进行维修之后，产品就可以继续进行稳定的工作。其中，平均故障间隔时间是指在两次产品故障间内的平均工作时间，用MTBF表示。

1.4平均修复时间

平均修复时间是指产品原件恢复时间的平均值，用MTTR表示，具体的计算公式如下图所示。

此时就可以计算动车组中电气系统的可靠性，通过对上述四个可靠性指标的计算来进一步对电气系统的可靠性进行分析。在经过大多数的数据调查分析和计算中得出，CRH3型动车组发生故障主要是集中在受电弓、牵引变压器、牵引电机以及辅助变流器的设备中，而且这些设备都是保证动车组稳定运行的关键设备。因此，就需要加大对这些设备的管理和维修力度，尽可能的提高这些设备的稳定性和可靠性。同时，还可以通过对四个可靠性指标的计算来得出动车组各个零部件的检修周期，进而来减少动车组的故障发生，降低相应的检修力度。

2. 当前电气系统中牵引传动系统可靠性的评估

牵引传动系统是动车组稳定运行的重要组成部分，为了实现对牵引传动系统可靠性的评估，可以通过路集和最小路集和求最小路集的联络矩阵的方法来进行相应的计算和评估。其中，通过对最小路集不交化对牵引传动系统进行简化，从而能够在不交化最小路基的基础上，再根据当前CRH3型动车组的牵引传动系统运行中的一系列特点，提出关于牵引传动系统的可靠性评估的可靠性指标，一般是使用网络法来进行评估工作，具体的可靠性指标包括了平均故障率、平均可修复率、可用度和不可用度四个方面。接着根据当前CRH3型动车组牵引传动系统的重要组成结构、逻辑功能关系的建立起相对应的牵引传动系统的可靠性框架模型，之后按照该模型建立牵引传动系统的网络拓扑图，这样通该网络拓扑图来实现对动车组传动系统的可靠性检测和评估。在对多条动车组的牵引传动系统可靠性的分析过程中可以得出，动车组的运行环境和小路的条件等都会对牵引传动系统的可靠性产生严重的影响，因此，相关的工作人员就需要重点加大对线路条件和运行环境的重视力度，同时还需要加强对设备的维修力度。

3. 当前电气系统中辅助供电系统可靠性的评估

在动车组的运行中，为了保证动车能够高速稳定的运行，就需要给动车提供一侧附带的辅助设备，而这些辅助设备也是动车组的重要组成部分。因此，为了实现对辅助供电系统的可靠性的评估，本文根据该系统的组成结构和逻辑功能来建立起相对应的系统可靠性的检测模型以及辅助供电系统的网络拓扑图，从而来得出动车组在稳定供电情况以下的可靠度曲线图，通过对曲线图的分析来进一步的得出动车组的可靠性。在对动车组辅助供电系统可靠性的评估值得出，不同的动车组的可靠性会因为运行里程的不同而产生差异，故障率和修复率也是存在较大差别的。根据当前制定的评估模型和网络拓扑图，可以对动车组中的牵引变流器、牵引变压器辅助设备等进行全面的检测，与此同时，还评估分析了该辅助供电的辅助变流器控制、牵引变流器控制等使用直流母线BD来进一步的增加热备冗余配电支路措施前后的可靠性，而根据计算的结果中发现，通过采用一些优化措施，可以显著的降低辅助供电系统的故障率，从而来提高辅助供电系统的可靠性，最终来提升整个动车组在运行中的可靠性，保证动车组的稳定运行。

4.结语

总而言之，在本文中对当前CRH3型动车组电气系统可靠性进行了全面的分析与研究，其中提出了该可靠性的四个可靠性的指标，重点是对当前动车组中的牵引传动系统和辅助供电系统中的可靠性进行了综合的分析和研究，从而来进一步的分析出动车组的电气系统在运行中的可靠性大小，并根据可靠性的结果来提出相对应的改进措施，最终来提升动车组电气系统中的可靠性。

5. 参考文献

[1]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．

[2]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．

[3]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．