中铁建电气化局集团南方工程有限公司 湖北省武汉市 430070
摘要：随着电气化铁路的大规模兴建，电气化铁路的可靠性、可用性、可维修性和安全性问题备受关注。文章主要针对电气化铁路牵引供电系统可靠性评价系统进行了阐述，以供参考。
关键词：电气化铁路；牵引供电系统；可靠性评价
1导言
在我国铁路不断建设发展的过程中，电气化铁路成为了我国铁路建设发展的新形势，该类铁路对牵引供电系统进行使用，在铁路重载方面具有重要的应用作用。但在实际对牵引供电进行使用时，由于电气化铁路牵引供电系统的特殊性以及运行环境的复杂多样性，使得出现设备故障或供电故障的概率比电力系统要高，因此，为了更科学地评价牵引供电系统的可靠性，提高运营维护水平，建立科学的设备和系统评估模型和定量评估方法十分必要。
2电气化铁路牵引对铁路运输的影响
电气化铁路网的高谐波含量、低功率因数和负序连续性严重影响了电气化铁路的发展。电气化铁路的电力牵引是一种没有能量的电力机车，所需的能量由电牵引系统提供。牵引力供应系统主要涉及牵引力站和接触网。变电站位于铁路线附近，通过高压传输线路将电力从工厂输送到铁路线上的悬链线。悬链线是直接将电能提供给电力机车的设备。电气化铁路是从外部牵引力和能源系统获取电能并被电力机车牵引的铁路，包括电力机车、维修设施、牵引动力系统、各种电器和通信、信号和其他铁路运输设备。电气化铁路是一种现代化的铁路运输方式，它比传统的铁路具有技术和经济优势。由于电力机车由外部电源供电，不需要自己的电源，可减轻质量，因此，在每个轴的相同负载下，机车功率高，牵引力大，速度快，运输能力大大提高，节能降耗。铁路运输是国家一级的主要能源消耗。因此，牵引方式的选择对合理利用能源具有重要意义。
3电气化铁路牵引供电系统可靠性评价系统构建途径
3.1牵引供电系统可靠性评价体系
本文将牵引供电系统可靠性评价体系划分为5个模块，如图1所示，各项统计时间指标均以1年为单位，若投运当年统计期间不满1年的则按实际投运时间折算。
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图1 牵引供电系统可靠性评价体系
模块1和模块2从所内供电设备的角度分析了设备的可靠性，模块3和模块4从牵引网供电单元的角度分析了牵引网的可靠性，模块5求取各模块可靠性评价指标的加权平均值。
模块1主要对处所（包括牵引变电所、分区所、开闭所和自耦变压器所）中的单台供电设备进行可靠性评价。其中，供电设备包括变压器、断路器、隔开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、电抗器、电容器、电缆线路、母线和组合电器等。可靠性评价指标为：可用系数；运行系数；计划停运系数；非计划停运系数；计划停运率；非计划停运率；平均连续可用时长；暴露率；可靠系数。
模块2根据单台（段）设备可靠性评价结果计算可得同一处所或同一线路中同类多台（段）设备可靠性指标。可靠性评价指标与模块1相同。
模块3中牵引网供电单元指在牵引供电系统中能够实现独立停送电的牵引网最小区段。电气化铁路牵引网可靠性指标可以根据供电单元里程或供电单元个数进行计算。其中，牵引网供电单元里程按电气化线路实际长度计算。可靠性评价指标与模块1相同。
模块4根据牵引网供电单元可靠性评价结果计算可得运营线路牵引网可靠性。可靠性评价指标与模块1相同，考虑到我国电气化铁路的设计特点及运行特点，需多考虑以下3个指标：供电单元平均故障停电时间；平均故障停电次数；单元故障停电平均持续时间。
模块5为以上4个模块分别求取多年可靠性评价指标的加权平均值。
3.2重视牵引变压器容量选择
作为牵引变电所的核心设备，准确对变压器进行安装和调试至关重要。安装前，首先检查变压器的工作参数如工作电流、阻抗等是否达到要求；因为变压器是通过电磁感应原理，利用变压线圈进行变压，所以在安装时要通过结构特点进行安装；安装过程中，确保变压器的各个工作部件参数符合工作标准，进行检查，安装时根据变压器的型号和结构特点以及现场工况进行安装，确保设备的安装位置和放置方式，对相关安装规范了熟于心，安装过程所用机具确保正常，比如吊车和电焊机等，提前进行调试和检查，防止安装过程出现故障，造成不必要的损失。
此外，牵引变压器是为电力机车提供能量的关键设备，其容量大小关系到电气化铁路的运营安全及运营成本，容量过小会造成牵引变压器负荷率过大，影响牵引变压器寿命。所以当列车实际运行过程中，列车牵引负荷电流受牵引货物的重量、司机操控等因素影响经常变动，而牵引供电计算是从能耗角度计算的，在坡度较大的情况下得出的列车平均电流往往较大；由牵引计算的过程可知，其计算结果体现的是车站到车站的数据，而牵引供电计算的结果体现的是变电所到接触分相的数据。接触网分相位置不可能与车站中心位置重合，所以会导致误差的产生。我们要根据理论计算与实测数据计算结果及其对比分析，综合考虑计算误差、线路通过能力、预留储备能力等因素，利用实测数据对牵引变压器容量进行计算，可进一步验证理论计算结果的正确性。
3.3可靠性统计分析软件
电气化铁路牵引供电系统可靠性研究牵涉范围广，持续周期长，工作量巨大。同时，应与管理信息系统或安全生产调度指挥系统现有统计指标相融合，并充分共享信息。
牵引供电可靠性统计分析软件基于面向对象的程序设计，提高了程序的灵活性和可维护性，使得程序更加便于分析、设计、理解。采用SQL数据库与浏览器/服务器模式（Browser/Server，B/S）相结合方式及全路统一数据库的模式，建立系统架构图如图2所示。牵引供电可靠性统计分析软件可保证数据的时效性并且降低了数据的冗余度，达到充分共享信息资源，合力提升电气化铁路牵引供电系统的信息化水平的目的。
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图2 系统架构图
3.3.1SQL数据库
本软件SQL数据库采用主键（primarykey，PK）与外键（foreignkey，FK）相结合的方式，通过设置主键唯一标识表中的每一行，可保证表的实体完整性；通过设置外键使表与表之间形成关联，保持数据一致性以及数据库的层次结构。SQL数据库的设计满足数据库第三范式（3NF）的设计规范，很大限度地合理地处理数据，减少数据的冗余，使数据库更加简洁、结构明晰。
局管理、供电段管理、线路管理表格中还包括牵引所个数、AT所个数、分区所个数、供电臂个数、牵引网供电单元个数，线路供电段关系表中的起止公里等信息。其中，供电设备还包括电流互感器、断路器、电抗器、隔离开关、母线、阻波器、耦合电容器、避雷器、组合电器等。每个设备注册表中包括设备初始信息记录，如：设备的型号、安装位置、出厂日期、投运日期等。主要记录牵引网供电单元和所内设备的运行及变动情况，以及保护装置的动作情况。其中，各表中还包括停运区段、停运起止时间、停运时长、故障原因等信息。
3.3.2B/S架构可靠性统计分析软件
牵引供电可靠性统计分析软件基于面向对象的程序设计，采用B/S架构，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上，客户机上只需要一个浏览器，就可以与服务器进行信息交互，简化了系统的开发、维护和使用。本软件将以电气化铁路牵引供电系统可靠性指标评价体系为依托，开发能适用于基础数据采集与管理的软件。对于供电段层面以记录供变电设备初始情况、运行情况等为主；对于铁路局则是以记录运营线路的安全信息和停时故障为主；而对于国家铁路局集团公司则以路局、供电段、线路管理及供电设备和运营线路可靠性信息的查询为主。
4结束语
总之，本文构建了牵引供电系统可靠性评价体系，并根据我国电气化铁路牵引供电的特性归纳出牵引供电系统停运性质，同时建立了科学的可靠性定量评价指标。采用SQL数据库与B/S系统架构相结合的方式，建立较为完善的逻辑型数据模型，开发可靠性评价软件，保证了数据传输的时效性并且降低了数据的冗余度，达到充分共享信息资源，合力提升牵引供电系统的信息化水平。
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