高速铁路牵引变电所可靠性分析与风险评估

摘要

由《中长期铁路网规划》可知，高速铁路作为重大的基础设施与重大民生工程是今后国家工程建设的重点，牵引变电所是高速铁路供电系统电能转换控制的关键，即承担着外部电力系统的输送来的电能，同时向接触网稳定供电，对其供电的可靠性以及风险隐患进行研究显得尤为重要。同时，高铁牵引变电所的可靠运行也是高铁安全运营的保障，一旦高铁牵引变电所发生供电故障，那么将引起列车晚点甚至停运、大量旅客滞留，给社会造成巨大的经济损失。
　　高铁牵引变电所具有可修复性，冗余性等一些动态特性，传统的可靠性研究方法大多是基于静态的研究，也没有考虑可修复特性;针对以上问题，在可靠性研究方面本文采用FMEA(Failure Mode And Effects Analysis，故障模式后果分析)与DFTA(DynamicFault Tree Analysis，动态故障树分析)两种方法共同进行定性与定量分析。首先，掌握高铁变电所的结构特点、电气主接线形式以及所内的电气设备，根据现场实际运行情况以及参考资料对各个一次设备的故障模式进行细致分类，通过故障模式找出与之相应的故障原因、故障后果及解决方案，并建立FMEA表。其次，以FMEA表中一次设备故障作为高铁牵引变电所DFTA模型的底事件，并结合DFTA相关方法特点寻找独立的动态子树与静态子树模块，结合已知数据计算可靠性相应指标如可用度，首次失效前平均工作时间;最后，对计算结果进行分析，找出所内存在的薄弱电气一次设备。
　　在风险评估研究方面，以风险评估的原理为基础，综合考虑人员、环境、管理、设备四大影响因素，构建高铁牵引变电风险评估层次模型;运用模糊数学理论，提出改进模糊层次分析法与熵权法分别对系统进行主客观的赋权计算，并解得最终的综合权重向量。改用评分机制来替代传统模糊评判中的最大隶属度原则，并确定系统的最终得分与风险等级。改进模糊综合评判在赋权计算上将传统的1-9标度语言改为3标度语言，简化计算难度，评分机制克服最大隶属度原则的一些缺点，相比于传统最大隶属度原则更为科学，客观地反映高铁牵引变电所的风险水平。
　　通过算例结果表明，可靠性分析与风险评估研究所采用的方法简单、有效，为工程实际应用奠定良好的应用理论基础。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 可靠性分析

1．2．2 风险评估研究

1．3 目前存在的主要问题

1．4 论文的主要内容

2 FMEA与DFTA的相关原理

2．1 FMEA法概述

2．1．1 FMEA的特点

2．1．2 FMEA的基本实施步骤

2．2 DFTA法

2．2．1 DFTA逻辑门介绍

2．2．2 DFTA分解法及其步骤

2．2．3 动态子树模块分析方法

2．2．4 静态子树模块分析方法

2．2．5 重要度计算与合成方法

2．3 可靠性相关指标介绍

2．3．1 可修复系统的特点

2．3．2 可靠性相关指标

2．4 小结

3 基于FMEA与DFTA高铁牵引变电所可靠性分析

3．1 高铁牵引变电所可靠性分析模型

3．2 高铁牵引变电所FMEA分析

3．2．1 故障判据

3．2．2 FMEA分析表

3．3 DFTA模型建立

3．4 DFTA模块化

3．5 子树模块求解过程

3．5．1 静态子树模块计算

3．5．2 动态子树模块计算

3．5．3 系统模块T计算

3．5．4 底事件概率重要度计算

3．5．5 对比分析

3．6 小结

4 风险评估研究的相关理论

4．1 风险理论概述

4．1．1 风险的定义

4．1．2 风险的特征

4．2 风险评估指标体系的构建思路

4．2．1 风险评估指标体系的构建原则

4．2．2 风险评估指标体系的构建思路

4．3 风险评估指标体系的计算方法

4．3．1 层次分析法

4．3．2 改进型模糊层次分析法

4．3．3 熵权法相关理论

4．3．4 主客观相结合的综合权重

4．4 评价机制

4．5 小结

5 基于FAHP与熵权法的高铁牵引变电所风险评估实例分析

5．1 风险评估指标体系的构建

5．2 评语集的建立

5．3 基于FAHP与熵权法的风险评估

5．3．1 主观权重的确立

5．3．2 客观权重的确立

5．3．3 综合权重向量的确立

5．4 评价机制

5．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果