地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研究

地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研究

蔺涛 姜瑜

青岛地铁运营有限公司 山东青岛 266100

摘要：地铁作为现代城市轨道交通的重要组成部分，其供电系统的可靠性和安全性直接关系到地铁运营的安全和效率。因此，对地铁供电系统进行全面、深入的可靠性和安全性分析显得尤为重要。本文将从地铁供电系统的结构、运行原理及潜在风险出发，探讨其可靠性和安全性的分析方法，为地铁运营提供科学、合理的保障措施。

关键词：地铁供电系统；可靠性；安全性；分析方法

0引言：作为地铁运营的重要基础设施，供电系统的可靠性和安全性对于确保地铁列车的正常运行和乘客的出行安全具有至关重要的意义。一旦供电系统出现故障，不仅可能导致地铁列车停运，影响乘客的出行体验，还可能对乘客的生命财产安全构成威胁。因此，对地铁供电系统的可靠性和安全性进行深入的研究和分析，对于提升地铁运营的整体效率和安全性具有重要的现实意义和理论价值。

1地铁供电系统概述

地铁供电系统主要由外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统和杂散电流腐蚀防护系统等组成。其中，外部电源为地铁供电系统提供电能，主变电所对电能进行变压处理，牵引供电系统为地铁列车提供动力，动力照明供电系统为地铁车站和隧道提供照明和动力支持，杂散电流腐蚀防护系统则用于防止杂散电流对地铁设施的腐蚀。地铁供电系统作为地铁运营的核心基础设施，承载着为地铁列车提供稳定、可靠电力供应的重要职责。一个高效、安全的供电系统不仅能确保地铁列车的顺畅运行，还能为乘客提供舒适、安全的出行环境。

2地铁供电系统可靠性分析

2.1可靠框图法

根据地铁供电系统的结构，利用可靠框图表示系统各部件之间的逻辑关系，通过计算各部件的可靠性指标，评估整个系统的可靠性。可靠框图法是一种基于图形表示的系统可靠性评估方法，特别适用于地铁供电系统这种复杂且多组件的系统。该方法通过构建可靠性框图（Reliability Block Diagram, RBD），直观地展示地铁供电系统中各部件之间的逻辑关系，进而评估整个系统的可靠性。

2.1.1构建可靠性框图

首先，需要明确地铁供电系统的主要组件，如外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统和杂散电流腐蚀防护系统等。分析各组件之间的逻辑关系，如串联、并联、桥接等。在地铁供电系统中，某些组件可能采用串联方式连接，即一个组件的故障会导致整个系统失效；而其他组件可能采用并联方式连接，即一个组件的故障不会影响其他组件的正常运行。根据识别的组件和确定的逻辑关系，绘制可靠性框图。在框图中，每个组件用一个方块表示，方块之间的连接表示逻辑关系。

2.1.2计算可靠性指标

可靠性指标用于量化组件和系统的可靠性。常用的可靠性指标包括可靠度（Reliability）、故障率（Failure Rate）和平均故障间隔时间（Mean Time Between Failures, MTBF）等。收集各组件的可靠性数据，如历史故障记录、维修记录等。这些数据将用于计算组件的可靠性指标。根据收集的数据和可靠性指标的定义，计算各组件的可靠性指标。例如，可以使用统计方法估算组件的故障率或可靠度。根据组件的可靠性指标和可靠性框图中的逻辑关系，评估整个地铁供电系统的可靠性。这通常涉及使用数学模型（如串联模型、并联模型等）来计算系统的可靠性指标。

2.2故障模式后果法

故障模式后果法（Failure Mode and Effect Analysis, FMEA）是一种系统化的可靠性分析方法，它旨在识别系统中潜在的故障模式，评估这些故障模式对系统性能的影响，并确定相应的预防措施。对于地铁供电系统，其复杂性和重要性使得故障模式后果法成为一种有效的分析工具。

2.2.1定义系统与故障模式识别

首先，明确地铁供电系统的范围，包括外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明供电系统和杂散电流腐蚀防护系统等关键组件。对于系统中的每一个组件，识别其可能出现的故障模式。例如，在牵引供电系统中，可能的故障模式包括整流器故障、接触网断线、开关设备故障等。结合历史数据和专家经验，列出每个组件的潜在故障模式。分析每个故障模式对系统性能的影响。对于地铁供电系统，可能的后果包括供电中断、列车运行受阻、乘客安全受影响等。根据后果的严重程度，为每个故障模式分配一个后果评分。

2.2.2风险等级与预防措施

评估每个故障模式的发生概率。这通常基于历史数据、组件的可靠性数据以及维护记录等信息。根据发生概率的高低，为每个故障模式分配一个概率评分。结合故障后果评分和故障发生概率评分，计算每个故障模式的风险优先级。风险优先级较高的故障模式应优先处理。

根据风险优先级，制定相应的预防措施。预防措施可能包括定期维护、冗余设计、更新设备等。

2.3故障树分析法

故障树分析法（Fault Tree Analysis, FTA）是一种由上至下的演绎式失效分析法，通过构建故障树来评估系统的可靠性。在地铁供电系统中，故障树分析法以系统故障为顶事件，逐层分析导致故障发生的直接原因和间接原因，形成故障树。

2.3.1故障树构建

首先，定义顶事件。在地铁供电系统中，顶事件通常为一个不希望发生的系统故障，如“供电系统失效”。然后，分析可能导致顶事件发生的直接原因。例如，在“供电系统失效”这一顶事件下，直接原因可能包括“外部电源故障”、“主变电所故障”、“牵引供电系统故障”等。对于每一个直接原因，继续分析可能导致其发生的更下一层原因。如“外部电源故障”可能由“城市电网故障”、“电源线路故障”等引起；“主变电所故障”可能由“变压器故障”、“开关设备故障”等引起。通过上述分析，形成一个以系统故障为顶事件，包含多层原因的故障树。故障树中的每个事件都用一个符号表示，事件之间的关系用逻辑门（如与门、或门）连接。

2.3.2故障树分析

最小割集是导致顶事件发生的最低阶基本事件的集合。在故障树中，找出所有的最小割集，可以识别出导致系统失效的所有可能的基本事件组合。对于地铁供电系统，通过分析最小割集，可以了解哪些基本事件的组合会导致供电系统失效，从而采取相应的预防措施。最小路集是顶事件不发生所需的最低阶基本事件的集合。在故障树中，找出所有的最小路集，可以确定系统不失效的所有可能的基本事件组合。对于地铁供电系统，最小路集分析有助于识别出哪些基本事件的同时发生可以确保系统不失效，从而为系统设计和维护提供指导。

3地铁供电系统安全性分析方法

（1）危险源辨识。在地铁供电系统中，可能存在的危险源包括但不限于电力设备故障、电力线路问题、机械伤害、触电风险、火灾、爆炸等。这些危险源可能由设备老化、维护不当、操作失误等多种因素引起。对于每个识别出的危险源，需要分析其可能导致的安全事故。例如，电力设备故障可能导致供电中断，影响列车运行和乘客安全；电力线路问题可能引发火灾或触电事故，对人员和设备造成损害

（2）风险评估。根据历史数据、设备状态、操作记录等信息，评估各危险源导致事故发生的可能性。对于可能性较高的危险源，应给予更高的关注。分析事故发生后可能造成的后果，包括人员伤亡、财产损失、运营中断时间等。严重性较高的危险源需要采取更为严格的控制措施。评估通过现有措施对危险源的控制程度。对于可控性较低的危险源，需要寻求更有效的控制方法或加强现有措施的执行力度。

结束语

本文深入探讨了地铁供电系统可靠性和安全性的分析方法，提出了相应的评估方法，并通过案例分析验证了方法的有效性。未来，随着地铁供电系统的不断发展和完善，还需要进一步研究和探索更加先进、科学的可靠性和安全性分析方法，为地铁运营提供更加全面、深入的保障。同时，也需要加强地铁供电系统的维护和检修工作，确保系统的长期稳定运行。

参考文献

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[2]王凯,韩述欢.浅谈供配电系统可靠性分析策略[J].电子世界.2016,(12).

[3]潘基灵.基于配电系统可靠性评估方法与应用研究[J].科技视界.2016,(3).

作者简介：蔺涛（1993.01—），男，汉族，山东临沂人，大学本科学历，助理工程师，研究方向为地铁供电相关设备。