基于高速動車組牽引系統(tǒng)受電弓故障RAM分析

王海瑞

摘 要：該文采用RAM評估中常用的故障樹分析和故障模式影響及危害性分析（FMECA）方法對受電弓故障進(jìn)行分析，找出故障發(fā)生的潛在誘因并指導(dǎo)設(shè)計提高受電弓的可靠性水平。

關(guān)鍵詞：牽引系統(tǒng) 受電弓 RAM分析

中圖分類號：U26 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（a）-0082-01

牽引系統(tǒng)作為高速鐵路的“心臟”和“血管”，負(fù)責(zé)為電力機車和客運專線動車組提供可靠持續(xù)的電力。列車牽引運行是將電能轉(zhuǎn)換成機械能，在其運行時，受電弓將接觸網(wǎng)單相工頻交流電，經(jīng)過相關(guān)的高壓電氣設(shè)備傳輸給牽引變壓器，牽引變壓器降壓輸出單相交流電共給牽引變流器，脈沖整流器將單相交流電變換成直流電，經(jīng)中間直流電路的直流電輸出給牽引逆變器，牽引逆變器輸出電壓/頻率可調(diào)的三相交流電源驅(qū)動牽引電動機，牽引電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速通過齒輪變速箱傳遞給輪對驅(qū)動列車運行[1]。

為了提高牽引系統(tǒng)受電弓運行的可靠性水平，不但要對各個子系統(tǒng)的主要故障模式進(jìn)行定性分析和建立起相應(yīng)的可靠度計算模型，找到可靠性指標(biāo)偏低的故障頻發(fā)環(huán)節(jié)，還要研究它一旦發(fā)生故障是否在較短的時間內(nèi)經(jīng)過維修恢復(fù)到正常運行狀態(tài)的維修性，因此該文把受電弓的可靠性和維修性作為研究重點。

1 RAM分析

RAM即系統(tǒng)可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維修性（Maintainability）的縮寫。RAM分析即對上述三個方面的全面分析。RAM的工作是以RAM的理論和方法分析產(chǎn)品的可靠性、可用性、維修性，提出設(shè)計改進(jìn)的措施和方法，提高產(chǎn)品的RAM水平，進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量。RAM分析方法主要包括可靠性建模、RAM指標(biāo)分配和預(yù)計、故障模式、影響及危害性分析（FMECA）、故障樹分析、故障報告分析和糾正措施系統(tǒng)、RAM驗證等[2]。

2 牽引系統(tǒng)可靠性現(xiàn)狀

牽引系統(tǒng)的可靠性是整個高速列車可靠性的重點，是在綜合考慮了其自身的參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點后的研究方法。其自身具有以下特點：（1）牽引負(fù)荷不斷變化，要研究它的等效電路和阻抗難度大；（2）影響沿線的通訊信號；（3）牽引供電系統(tǒng)的負(fù)荷有不間斷、高密度的特點；（4）對實際故障記錄與故障參數(shù)的記錄不完善、不精確。

牽引系統(tǒng)可靠性的研究始于2004年，Sergo Sagareli發(fā)表了一篇有關(guān)牽引供電系統(tǒng)可靠性的論文，首次在國際上提出了牽引系統(tǒng)可靠性的概念，并建議建立一個可靠性委員會之類的機構(gòu)，用來完善鐵路系統(tǒng)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國已經(jīng)對牽引供電系統(tǒng)可靠性的問題做了一定的研究，但沒有形成一定的理論體系[3]。

3 牽引系統(tǒng)受電弓故障

受電弓是從接觸線獲得電能的部件，列車運行時壓縮空氣通過車的各閥進(jìn)入受電弓升弓裝置氣囊，升起受電弓，使受電弓滑板與接觸線接觸；降弓時，排出升弓裝置氣囊內(nèi)壓縮空氣，使受電弓落下。

受電弓故障目前最為集中的是兩方面的內(nèi)容：（1）受電弓不能升弓；（2）受電弓拉弧。a

引起受電弓不能升弓的原因有以下幾個方面：（1）氣囊組裝故障（A1）；（2）控制系統(tǒng)故障（A2）；（3）控制氣源的壓力小于0.3MPa（A3）；（4）截止塞門未打開（X1）；（5）鋼絲繩斷裂（X1）；（6）氣囊破裂（X1）；（7）連版卡死（X1）；（8）氣路堵塞（X1）；（9）閥體故障（X1）；（10）管路嚴(yán)重泄漏（X1）。

引起受電弓拉弧的原因有以下幾個方面：（1）靜態(tài)壓力減?。ˋ1）；（2）碳條破損（X1）；（3）閥體故障（X2）；（4）管路泄漏（X3）。

4 故障樹（FTA）分析

故障樹分析指用來表明產(chǎn)品那些組成部分的故障或外界事件或它們的組合將導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生一種給定故障的邏輯圖。根據(jù)章節(jié)3中受電弓故障原因分析，建立如下兩個故障樹邏輯分析過程：（1）頂事件為：受電弓不升弓；中間事件：A1，A2，A3；底時間為：X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7。引起頂事件發(fā)生的邏輯關(guān)系為：X1，X2，A1，A2至少有一個發(fā)生時，則頂事件發(fā)生；引起A1事件發(fā)生的邏輯關(guān)系為：X3，X4，至少有一個發(fā)生時，則A1發(fā)生；引起A2事件發(fā)生的邏輯關(guān)系為：X5，A3，至少有一個發(fā)生時，則A2發(fā)生；引起A3事件發(fā)生的邏輯關(guān)系為：X6，X7，至少有一個發(fā)生時，則A1發(fā)生。2）頂事件為：受電弓拉?。恢虚g事件：A1；底時間為：X1，X2，X3，X4。引起頂事件發(fā)生的邏輯關(guān)系為：X1，A1至少有一個發(fā)生時，則頂事件發(fā)生；引起A1事件發(fā)生的邏輯關(guān)系為：X2，A2，至少有一個發(fā)生時，則A1發(fā)生；引起A2事件發(fā)生的邏輯關(guān)系為：X3，X4，至少有一個發(fā)生時，則A2發(fā)生。

根據(jù)故障樹中的分析，受電弓在設(shè)計階段已針對誘發(fā)頂層故障的各底層事件，通過優(yōu)化和改進(jìn)，增加冗余設(shè)計，細(xì)化操作方法和明確維護檢查周期等手段，降低了各底層事件的故障率，提高了產(chǎn)品的可靠性。

5 故障模式影響及危害性分析（FMECA）

故障模式影響及危害性分析（FMECA）是分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及對系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按照每一個故障模式的嚴(yán)重程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法[3]。即從產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)和產(chǎn)品使用角度發(fā)現(xiàn)各種缺陷與薄弱環(huán)節(jié)，從而提高產(chǎn)品的可靠性水平。FMECA的結(jié)果以FMECA報告形式提供。報告內(nèi)容分以下幾點：（1）分析受電弓的故障模式，即受電弓不能升弓和受電弓拉弧；（2）產(chǎn)生原因：即章節(jié)3中的原因；（3）影響的部位：產(chǎn)生故障的部位；（4）故障影響：分為局部影響，高一層影響和最終影響；（5）降低故障影響采取的措施：即分析產(chǎn)生故障的原因，并逐條找出對應(yīng)的解決措施；（6）預(yù)計采取所有措施后取得的效果：即分析原因，找出問題，提出解決方法，驗證，得出解決方法是否有用。

6 結(jié)語

近年來，隨著高速電氣化鐵路的快速發(fā)展，對牽引系統(tǒng)受電弓的可靠性要求越來越高。該文以故障樹（FTA）分析法和故障模式影響及危害性分析（FMECA）法這兩種可靠性分析方法進(jìn)行分析，從而找出受電弓中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，知道設(shè)計師制定和實施各種改進(jìn)措施，提高整個受電弓系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸廷孝，鄭鵬洲，何國偉.可靠性設(shè)計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，1997.

[2] 王超.機械可靠性設(shè)計[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1992.

[3] 郭永基.電力系統(tǒng)可靠性分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.endprint