新时期下地铁牵引供电系统可靠性和安全性分析

李波

（福州地铁集团有限公司，福建福州350009）

0 引言

牵引供电系统为地铁的运行提供源源不断的电能，其是否能安全可靠的运行与地铁的稳定运营和安全运行息息相关，一旦供电系统出现故障则导致轨道交通运输的瘫痪，甚至危及乘客的生命安全，造成不可估量的损失。针对地铁牵引供电系统的管理，必须突出安全性和可靠性，通过关键技术的应用保证其安全高效运行。

1 地铁牵引供电系统的内容

1.1 外部电源

顾名思义，外部电源即为地铁牵引供电的电力体系，通常由外部城市电网来供应，而依据外部电源的结构及供电方式的差异，又可以细分为集中式供电、分散式供电和混合式供电等形式。目前，城市地铁交通的供电方式以集中式供电为主[1]。

1.2 主变电所

主变电所是处理电压的重要设备，一般来说，电压设置在110kV，由于不同的城市地铁结构存在差异性，决定了进线电压的不同，主变电所与使用电压有较大的差异，自然其所接受的电压非常高[2]。据此，在实践中应突出对变压器电压的适配性，利用环网系统向其他变电所输送。

1.3 牵引供电系统

该系统的职能在于为地铁运行提供直流1500V 的电压。在牵引变电所内先将主变送的交流35kV 降压至1180V，再通过整流器将交流1180V 转换成直流1500V，通过这样的举措，为地铁车辆提供稳定的电源，助力地铁车辆安全稳定运行。

1.4 接触网系统

接触网作为牵引变电所向地铁车辆输送电能的重要媒介，其运行状态与地铁的运输能力息息相关。

1.5 电力监控系统

牵引供电系统的稳定性直接关系到整个地铁车辆的正常运行。因此，需采取有效措施对地铁牵引供电系统进行严格监控，全方位监控每个环节，电力监控系统会发挥自身的功效采集和管理每个步骤和环节。地铁牵引供电系统构成如图1所示。

图1 地铁牵引供电系统的构成

2 外部电源供电方式

2.1 集中供电方式

为保障地铁运行的稳定性，每个地铁主变电所都具有相互独立的两路电源，一路将电压级电力传输到牵引供电系统，一路将电源提供给降压供电系统。供电方便、维护简单、计费便捷，可靠性高、可统一调度管理是集中式供电方式的主要特点，但是也存在一定弊端，即投资费用高。具体如图2所示。

图2 集中式供电方式

2.2 分散式供电的方式

这种供电方式的特点在于无须主变电所，通过设置牵引变电所和降压变电，依托城市供电体系进行电力资源保障，即其供电源于城市电网的区域变电所。同时，还可以与城市电网建立有效联系，提升电网资源的共享能力，使部分区域的供电可以达到双路电源的效果。基于此，分散式供电方式具有其特殊要求，即完成供电容量及变电所数量的保障，还要地铁所在区域范围内，具有较为发达可靠的供电电源、中压网络电压。另外，由于外部电网对于分散式供电的稳定性具有显著影响，因此需要从可靠性的角度加以改善。

2.3 混合供电方式

这种方式将集中供电和分散供电方式集为一体，综合了二者的优点的同时，也具有一定的复杂性，混合式供电方式具有灵活、完善的特点，因此更加符合实际外部条件。

3 影响地铁牵引供电系统可靠性与安全性因素分析

3.1 设备老化的影响

地铁牵引供电系统由复杂的系统所构成，其中包含了大量的元器件，一旦某个环节出现问题，则会埋下安全隐患。由于地铁牵引供电系统处于长期的运行状态，且需要应对各种复杂的环境，极易造成设备的老化，如果在管理环节忽视设备维保，将易引发诸多的安全和使用问题。基于此，在实践管理中应当注重设备老化问题，采取定期、不定期的方式实施检测，及时处理设备老化带来的问题，避免安全问题的产生。

3.2 外部环境的影响

外部环境指经济、自然等非人为因素，会对地铁牵引供电系统造成直接影响，尤其是长期的运行状态下，受各类外部环境因素的干扰，使地铁牵引供电系统管理压力增加，难以适应复杂的环境而导致故障产生。随着系统信息化、智能化发展，地铁牵引供电系统也变得更加复杂，但其系统的外部抗干扰能力仍然较弱，因此必须要在实际的应用场景下，注重对复杂环境的分析，将各类因素纳入管理范畴，以安全性、可靠性为管理核心，做好外部干扰因素的整体防范。

3.3 维修计划的影响

地铁牵引供电系统的应用离不开维修计划的保障，只有真正保证高质量的维保，才能够实现地铁牵引供电系统的持续安全运行。当地铁牵引供电系统出现故障或者存在潜在问题时，均需要利用维修计划的制定加以解决，以避免引发更加严重的后果，为此企业需要加强各项标准及规范的制定，切实从安全可靠的层面出发，有效落实地铁牵引供电系统的维修计划。

4 地铁牵引供电系统可靠性和安全性分析方法

4.1 地铁牵引供电系统可靠性分析方法

地铁牵引供电系统可靠性，属于地铁网络中最核心的内容，在开展可靠性分析时，可以选用故障模式后果法、故障树分析法及可靠框图法等方式。如目前常用的方法为可靠框图法，用以理清地铁供电关系，基于结构模型用于表示系统结构，在框图之下实施科室的分析，这种方式能够广泛应用于大部分系统检测。在该分析方法下又可细分为并联结构和串联结构两种，以并联结构为核心的分析中，其可靠度分析公式为：

式（1）中：Rs(t)表示系统可靠度；Ri(t)表示各部分可靠度，i=1，2，3，……，n。

在串联结构中，每个环节都相扣的，一旦一个环节出现故障，则会埋下安全隐患，出现系统故障，基于此，系统可靠性公式如下：

式（2）中：Rs(t)表示系统可靠度；Ri(t)则表示各部分可靠度，i=1，2，3，……，n。

4.2 地铁牵引供电系统安全性分析方法

综合评判法属于最常用的安全分析法，能够满足对多种因素的整体评价，构建因素即影响因素的集合，以U 进行表示，公式为：

从影响因素来看，涉及系统的每一个单元，因此其评价集选择如下：

式

（4）中：V 主要实施安全性的评价，如绝对安全以v1表示，很安全以v2表示，安全以v3表示，比较安全以v4表示，不安全以v5表示。以敏感性分析拟合权重，并结合专业评判及历史数据综合分析。

4.3 改善地铁牵引供电系统可靠性和安全性的方法

比较常用的方法以可靠性框图法分析为主，基于提升可靠性角度可以分为三个阶段：一阶段在外部电源的设计阶段，牵引供电系统必须满足系统的可靠性要求，并保持适当的备用容量。地铁牵引供电系统的外部电源以高压线路为主，其优势在于比普通供电防护性更高，能够满足地铁车辆持续运行的需求，降低了故障产生的概率。二阶段在项目的建设安装阶段，建设方应选用高度可靠的牵引供电设备，严格按照工艺标准进行施工，确保设备的安装质量。三阶段是在设备调试阶段，根据合理的调试程序对系统进行检测，开展设备质量技术分析，重点对牵引供电系统运行情况提出优化建议。

从提高安全性方面来说，首先，对于牵引供电系统设备，应定时进行相应的检查才能加强设备的安全性，使设备稳定地运行。其次，工作人员还要重视设备的保养，根据设备的维修手册标准定期做好设备维护工作，保障设备运行的安全性。最后，工作人员对设备进行检查时，除了发现故障外，还要认真剖析产生故障的根本原因，然后针对同类型的故障形成预防性措施，主动排除设备的安全隐患。通过检查、定期维护、故障排查、预防性措施，提高牵引供电系统的安全性。

5 结语

综上所述，要确保地铁牵引供电系统的可持续运行，需要以牵引供电系统可靠性和安全性分析为前提，掌握更先进的管理和维护检测技术，当故障产生时实施针对性处理。尤其是要加强分析方法的研究，能够快速发现潜在风险，通过预防性措施，消除安全隐患，进一步减少地铁车辆运行问题的产生，保证居民的安全出行。