摘 要：本文采用故障树模型及其分析法分析了影响27.5kV牵引供电系统安全可靠运营的事故因素，其次利用概率论相关理论引出了地铁牵引供电系统可靠性的几个计算评估指标，并利用这些指标分析计算了在故障树中各基本事件发生几率的大小，最后对故障因素根据临界重要度进行排序，筛选出在故障树中对顶上事件的发生影响较大的基本事件，给出避免这些故障的相应措施。这些措施在实际应用中可有效降低故障率以及实现事前预防，节约运营成本。
关键词：27.5kV；牵引供电系统；故障树；基本事件
1.概述
牵引供电系统为铁路的运营提供了动力来源，系统供电中断会对铁路运输造成财产损失，甚至还会危及乘客的生命安全。因此对于牵引供电系统的安全风险进行有效评估是保证铁路可靠性运营的前提。铁路牵引供电系统的可靠性主要是指牵引供电系统的稳定性以及系统设备结构的稳定性，系统本身具有的特性、系统设备在运营方面的安全性能。其中有几个颇具代表性的能够反映供电系统可靠性的指标：故障停电指标、供电质量指标、外部影响指标、预安排停电指标以及设备性能指标等
故障树分析法是一种图形演绎方法，它也是可靠性分析的基本方法，简称FTA(Fault Tree Analysis,故障树分析法)，由贝尔实验室于1961年首次提出，经几十年的研究和发展，故障树分析法如今已经成为冶金采矿业、核工业、计算机软件业、交通运输业等众多领域内研究系统可靠性的重要方法[1]。
本文通过FTA相关原理及分析方法对铁路27.5kV牵引供电系统作了有效的可靠性评估，针对其组成及特点，建立了以27.5KV牵引供电系统为例的故障树模型。利用建立好的故障树模型列出顶上事件对应的结构函数式，并通过集合运算律对该函数式进行化简，最终得到若干最小割集。由这些最小割集的特点结合各评估指标的计算公式得出各个基本事件在故障树中的临界重要度，对这些可能导致顶上事件发生的基本事件进行排序。以上方法可以确定在故障树结构中对目标事件影响较大、重要程度较高的基本事件，并采取相应的处理措施以避免目标事件的发生。
2.故障树分析方法
FTA分析法是复杂系统可靠性分析的基本方法之一，由美国贝尔实验室首创。其基本原理是将系统中最不希望发生的意外事故作为逻辑分析的目标，即故障树模型中的顶上事件，接着根据系统结构特点及功能等找出造成这一故障现象的全部可能发生的因素，再依次向下找出导致这些中间故障状态发生的直接原因，直到找出造成该故障状态发生的全部基本原因，即故障树中的底事件[2]。在自上而下的分析过程中需要准确地反映出实际情况，从而找出事故发生的最根本原因以便于我们对于整个系统故障的可靠性研究。
3.相关参数
3.1 结构重要度
故障树的结构重要度是根据故障树的结构来分析每一个基本事件对顶上事件影响程度的大小，结构重要度的计算公式为：
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其中，表示一个基本事件，当的状态由0（不发生）变为1（发生）时，如果造成的顶事件的状态由0（不发生）变为1（发生），则令，为基本事件的个数，则为除了事件之外的其他基本事件的个数。
结构重要度仅仅是根据基本事件在故障树结构中出现次数的多少来判断其重要程度，并未考虑各个基本事件的发生几率大小。当某个基本事件在故障树的最小割集组中出现次数越多，其结构重要度就越高。在这里割集指的是故障树中引起顶事件发生的基本事件的集合，若在该集合中的所有基本事件都发生，则顶事件必然会发生。而最小割集指的是在一个故障树的若干割集中，如果某一割集组内的基本事件仅缺少一件，就可以避免顶事件的发生，则该割集组就叫做最小割集。
3.2 顶上事件发生概率
顶上事件是指系统中最不希望发生的、风险程度较高的意外事故，各个基本事件组成的最小割集发生的概率之和就是顶上事件发生的概率。可采取以下近似计算公式
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其中，表示顶上事件发生的概率；表示最小割集发生的概率。
3.3 概率重要度
概率重要度是用以衡量基本事件发生概率的变化对顶上事件造成的影响大小的指标，其计算公式为：
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其中，为基本事件的概率重要度；为顶上事件发生几率；为基本事件发生几率。
某个基本事件的概率重要度与其所在最小割集中重复出现的次数有关，而并非取决于其本身的概率值大小。除此之外，概率重要度还具有的另一个重要性质：当全部基本事件发生的几率均为时，概率重要度系数与结构重要度系数相等。
3.4 临界重要度
概率重要度能够反映的内容具有一定的局限性，从而我们提出了临界重要度的概念。临界重要度，又称F-V重要度，是衡量事件重要度的指标，它从敏感度和概率这两个基本角度衡量了各个基本事件的重要程度[3]。F-V重要度的定义如下式：
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其中，表示内含的割集组在顶事件已经发生的情况下处于故障状态的概率；表示顶事件的发生概率。F-V重要度与概率重要度系数的关系表达式如下：
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4.模型建立
各个基本事件的代表符号如表1所示。
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建立顶事件为“27.5kV断电事故”的故障树模型如图3所示。
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图3 27.5kV断电事故故障树模型
4安全风险评估措施
根据以上故障树模型及相关计算分析可以得出，在影响目标事件“27.5kV断电事故”发生的全部基本事件中，具有较高的重要程度的是：瓷瓶表面脏污造成闪络，人为误操作，维护检修不周，电缆绝缘损坏，设备误动作，绝缘零件损坏。因此在对27.5kV牵引供电系统的安全风险评估中，应对以上事件作为重点，找出控制措施。
结 论
本文通过建立铁路27.5kV牵引供电系统的故障树模型，在对大量数据进行算例分析的基础上，找出了影响牵引供电系统安全可靠运行的最基本也最主要的几个故障因素。
主要结论如下：
(1) 在造成1500V断电事故的基本事件中：瓷瓶污秽造成闪络、人为误操作、维护检修不周、电缆绝缘损坏、设备误动作、绝缘零件损坏、人为使框架带电在故障树中具有相对最高的等级层次；
(2) 亲自调研并查阅相关资料提出了针对这些故障因素的预防措施，措施主要围绕了加强对员工的培训教育，落实责任，对于发现的问题要及时处理上报，实时动态监控，定期巡视检查，确保设备正常运营等环节；
(3) 通过这些控制措施可达到有效降低铁路牵引供电系统故障率的目的，同时可以节约铁路运营的经济成本，保障乘客人身安全，避免意外事故带来的经济损失。
参考文献
[1] 曾德容,何正友,于敏.地铁牵引变电所可靠性分析[J].铁道学报,2008,30(4):22-27.
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[2] 谢将剑,吴俊勇,吴燕.牵引供电系统可靠性建模方法[J].交通运输工程学报,2008,8(5):23-26.
[3] 相晓鹏,邵玉槐.基于最小割集法的配电网可靠性评估算法[J].电力学报,2006,21(2):149-1