王海瑞

摘 要：该文采用RAM评估中常用的故障树分析和故障模式影响及危害性分析（FMECA）方法对受电弓故障进行分析，找出故障发生的潜在诱因并指导设计提高受电弓的可靠性水平。

关键词：牵引系统 受电弓 RAM分析

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（a）-0082-01

牵引系统作为高速铁路的“心脏”和“血管”，负责为电力机车和客运专线动车组提供可靠持续的电力。列车牵引运行是将电能转换成机械能，在其运行时，受电弓将接触网单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出单相交流电共给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源驱动牵引电动机，牵引电动机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行[1]。

为了提高牵引系统受电弓运行的可靠性水平，不但要对各个子系统的主要故障模式进行定性分析和建立起相应的可靠度计算模型，找到可靠性指标偏低的故障频发环节，还要研究它一旦发生故障是否在较短的时间内经过维修恢复到正常运行状态的维修性，因此该文把受电弓的可靠性和维修性作为研究重点。

1 RAM分析

RAM即系统可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维修性（Maintainability）的缩写。RAM分析即对上述三个方面的全面分析。RAM的工作是以RAM的理论和方法分析产品的可靠性、可用性、维修性，提出设计改进的措施和方法，提高产品的RAM水平，进而提高产品质量。RAM分析方法主要包括可靠性建模、RAM指标分配和预计、故障模式、影响及危害性分析（FMECA）、故障树分析、故障报告分析和纠正措施系统、RAM验证等[2]。

2 牵引系统可靠性现状

牵引系统的可靠性是整个高速列车可靠性的重点，是在综合考虑了其自身的参数和结构特点后的研究方法。其自身具有以下特点：（1）牵引负荷不断变化，要研究它的等效电路和阻抗难度大；（2）影响沿线的通讯信号；（3）牵引供电系统的负荷有不间断、高密度的特点；（4）对实际故障记录与故障参数的记录不完善、不精确。

牵引系统可靠性的研究始于2004年，Sergo Sagareli发表了一篇有关牵引供电系统可靠性的论文，首次在国际上提出了牵引系统可靠性的概念，并建议建立一个可靠性委员会之类的机构，用来完善铁路系统的可靠性标准。目前，我国已经对牵引供电系统可靠性的问题做了一定的研究，但没有形成一定的理论体系[3]。

3 牵引系统受电弓故障

受电弓是从接触线获得电能的部件，列车运行时压缩空气通过车的各阀进入受电弓升弓装置气囊，升起受电弓，使受电弓滑板与接触线接触；降弓时，排出升弓装置气囊内压缩空气，使受电弓落下。

受电弓故障目前最为集中的是两方面的内容：（1）受电弓不能升弓；（2）受电弓拉弧。a

引起受电弓不能升弓的原因有以下几个方面：（1）气囊组装故障（A1）；（2）控制系统故障（A2）；（3）控制气源的压力小于0.3MPa（A3）；（4）截止塞门未打开（X1）；（5）钢丝绳断裂（X1）；（6）气囊破裂（X1）；（7）连版卡死（X1）；（8）气路堵塞（X1）；（9）阀体故障（X1）；（10）管路严重泄漏（X1）。

引起受电弓拉弧的原因有以下几个方面：（1）静态压力减小（A1）；（2）碳条破损（X1）；（3）阀体故障（X2）；（4）管路泄漏（X3）。

4 故障树（FTA）分析

故障树分析指用来表明产品那些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。根据章节3中受电弓故障原因分析，建立如下两个故障树逻辑分析过程：（1）顶事件为：受电弓不升弓；中间事件：A1，A2，A3；底时间为：X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7。引起顶事件发生的逻辑关系为：X1，X2，A1，A2至少有一个发生时，则顶事件发生；引起A1事件发生的逻辑关系为：X3，X4，至少有一个发生时，则A1发生；引起A2事件发生的逻辑关系为：X5，A3，至少有一个发生时，则A2发生；引起A3事件发生的逻辑关系为：X6，X7，至少有一个发生时，则A1发生。2）顶事件为：受电弓拉弧；中间事件：A1；底时间为：X1，X2，X3，X4。引起顶事件发生的逻辑关系为：X1，A1至少有一个发生时，则顶事件发生；引起A1事件发生的逻辑关系为：X2，A2，至少有一个发生时，则A1发生；引起A2事件发生的逻辑关系为：X3，X4，至少有一个发生时，则A2发生。

根据故障树中的分析，受电弓在设计阶段已针对诱发顶层故障的各底层事件，通过优化和改进，增加冗余设计，细化操作方法和明确维护检查周期等手段，降低了各底层事件的故障率，提高了产品的可靠性。

5 故障模式影响及危害性分析（FMECA）

故障模式影响及危害性分析（FMECA）是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及对系统造成的所有可能影响，并按照每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法[3]。即从产品设计、生产和产品使用角度发现各种缺陷与薄弱环节，从而提高产品的可靠性水平。FMECA的结果以FMECA报告形式提供。报告内容分以下几点：（1）分析受电弓的故障模式，即受电弓不能升弓和受电弓拉弧；（2）产生原因：即章节3中的原因；（3）影响的部位：产生故障的部位；（4）故障影响：分为局部影响，高一层影响和最终影响；（5）降低故障影响采取的措施：即分析产生故障的原因，并逐条找出对应的解决措施；（6）预计采取所有措施后取得的效果：即分析原因，找出问题，提出解决方法，验证，得出解决方法是否有用。

6 结语

近年来，随着高速电气化铁路的快速发展，对牵引系统受电弓的可靠性要求越来越高。该文以故障树（FTA）分析法和故障模式影响及危害性分析（FMECA）法这两种可靠性分析方法进行分析，从而找出受电弓中的缺陷和薄弱环节，知道设计师制定和实施各种改进措施，提高整个受电弓系统的可靠性。

参考文献

[1] 陆廷孝，郑鹏洲，何国伟.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，1997.

[2] 王超.机械可靠性设计[M].北京：冶金工业出版社，1992.

[3] 郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京：清华大学出版社，2005.endprint