林裕华

0 前言

在牵引供电接触网的安全评估中，即风险评估中，需通过对接触网进行可靠性水平的分析来确定各项设备的安全评估指标。

对既有成熟的接触网设备或体系，通常采用接触网故障统计的方法得到各个部件的故障率，根据故障率统计结合概率重要度或统计损失的规律分析，可返算得到整体系统的可靠性水平。对新建的高速铁路接触网系统，经验统计获得数据值显然只能是事后的、无法满足现代高可靠性、耐久性用户要求的，需要采取新的科学方法事先获得新开发接触网系统的可靠性水平并评估薄弱环节，以指导控制工程实施，达到系统安全性目标。

1 重要度的概念

首先定义可靠性分析中的各零部件的重要度：底事件或最小割集对顶事件发生的贡献。由此可确定薄弱环节，改进设计方案。重要度分为概率重要度和结构重要度。

概率重要度：第i 个部件不可靠度的变化引起系统不可靠度变化的程度，公式表达为

式中，Δgi(t)为概率重要度；Fi(t)为元、部件不可靠度；为顶事件发生概率；Fs(t)为系统不可靠度。

结构重要度：零部件在系统中所处位置的重要程度，与零部件本身故障概率好坏无关。

2 接触网零部件的概率重要度

国内高速铁路接触网正定位典型零部件安装示意见图1，并据此定义接触网零部件的不可靠度和对其概率重要度进行排序。

2.1 接触网腕臂系统的不可靠度

接触网腕臂各零部件的不可靠度计算公式定义如下：

图1 国内高速铁路接触网正定位典型零部件安装示意图

2.2 接触网腕臂零部件的概率重要度排序

根据上述统计法的公式计算可以得出接触网各零部件概率重要度的排序。很多情况下，统计法对于新型开发的系统往往获取不到足够的可靠性数据。通过采用基于测试的数据得到接触网零部件重要度排序更为直接和准确。

3 基于测试数据的零部件重要度排序分析

3.1 现场测试数据的分析处理

对试运行中的350 km/h 高铁线路，通过稳定性测试获得的接触网动态测试数据进行分析，可得到单弓和双弓2 种工况下的弓网抬升量、振动频率。某高铁线路的接触网测试数据如下。

单弓测试数据：最大抬升量 25.447 ～63.283 mm；振动典型值为1～3 阶频率0.938 3～2.834 Hz，振幅0.793 2～0.168 3 mm。

双弓测试数据：最大抬升量37.23～92.72 mm；振动典型值为1～3 阶频率1.468～3.856 Hz，振幅1.365～0.251 5 mm。

3.2 等效载荷及其应力测试分析

通过实测得到某工况的零部件等效应力时程图或结合列车运行时产生的弓网接触荷载、列车运行时产生的风载，也可以通过有限元仿真计算得到应力峰值、均值和标准差较大的零部件荷载分布，单弓和双弓工况下定位管的测试数据分析见图2和图3。

图2 单弓工况定位管等效应力时程图

图3 双弓工况定位管等效应力时程图

3.3 直接影响运行可靠性的零部件重要度分析

表1 和表2 分别给出了根据单弓和双弓2 种工况下5 种零部件的接触网动态响应测试数据。这些零部件在工作过程中所受的应力较大，将会直接影响系统运行可靠性。

表1 单弓工况5 种零部件的应力典型值表 单位：MPa

表2 双弓工况5 种零部件的应力典型值表 单位：MPa

根据基于现场测试数据的有限元分析结果得到的零部件重要度排序。其中，单弓工况重要度排列顺序依次为：定位管、斜腕臂、水平腕臂、绝缘子和定位环；双弓工况重要度排列顺序依次为：定位管、水平腕臂、斜腕臂、绝缘子和定位环。

为便于对比分析，根据2007 年度到2010 年度间故障率，计算出零部件重要度排序，见表3。

表3 由故障率得到的零部件重要度指标表

对比上述各表可知，斜腕臂、水平腕臂、定位管、绝缘子、定位环等零部件，即是结构应力集中的零部件，也是牵引供电系统在运行过程中故障率较高的零部件。

4 接触网零部件重要度排序的应用

接触网零部件重要度排序分析，可以辨别实际运行中故障率较高的零部件，确定高速铁路接触网各零部件工作状态和可靠性规律，以便采取有效冗余的设计措施，加强日常运营维护管理。

综合以上分析表中所提供的接触网重要度排序，结合FEMA 专家打分等方法加权计算还可以最终较为科学地确定设备的安全评估指标，计算分配各零部件的重要性安全性比例，可得到相应零部件的安全评估指标，对完善牵引供电系统安全评估技术体系有重大意义。

[1] 戚广枫.可靠性理论在接触网领域的初步应用研究[J].电气化铁道，2006，z1.

[2] 鄂科鉴字[2006].接触网系统的可靠性、安全性和可维修性（RAMS）分析与研究[R].

[3] IEC 60300-3-9 1997.可靠性管理 第3-9 部分：应用指南技术系统的风险分析[S].

[4] IEC 62278-1 2002.铁路设施.可靠性,有效性,维修性和安全性(RAMS)的规范和论证[S].