基于故障树分析法的柔性接触网可靠性分析
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摘要：建立了城市轨道交通架空柔性接触网的故障树分析模型，通过求解故障树最小割集，得出了影响城市轨道交通接触网可靠性的薄弱环节和主要故障原因，并结合数据，根据故障树定量分析的理论，通过C语言编程计算出城市轨道交通接触网的失效概率和可靠度以及各个底事件的概率重要度和关键重要度。
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0053-01
1 引言
接触网是城市轨道交通牵引供电系统的重要组成部分，沿轨道线路架设，通过受电弓或集电靴向客车供电。由于城市轨道交通接触网线路长，零部件多，工作环境恶劣，在受电弓和风的作用下一直处于动态变化之中。又因其无备用性，如果故障则将导致中断行车。因此若要减少城市轨道交通牵引供电系统的故障时间及故障次数，必须提高城市轨道交通牵引供电系统接触网的可靠性。目前，我国城市轨道交通接触网主要有架空柔性接触网、架空刚性接触网、接触轨（第三轨）三种类型。本文采用故障树分析法主要对其中的架空柔性接触网的可靠性进行讨论。
2 故障树分析法
2.1 故障树分析法简介
故障树分析法又称失效树分析，简称FTA（Fault Tree Analysis）。用于各种系统的可靠性、安全性分析和风险评价。它是一种自上而下逐层展开的图形演绎分析方法，是故障事件在一定条件下发生的逻辑规律。它是以系统的某一不希望发生的事件（顶事件）作为分析目标，向下逐层追查导致顶事件发生的所有可能原因，直到基本事件（底事件）。通过可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境、人为因素等）进行分析，画出一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，即故障树。分为定性分析和定量分析。
2.2 故障树定性分析
上行法求解最小割集的公式为： （1）
cj为示第j个最小割集；xi为第j个最小割集中第i个底事件。
2.3 故障树定量分析
故障树的定量分析主要有两方面的内容：一是由输入系统各单元的失效概率求出系统的失效概率；二是求出底事件概率重要度和关键重要度，最后根据关键重要度的大小排序作为首先改善相对不大可靠的零件或部件的依据。
（1）系统的失效概率。
设系统有n个最小割集，分别为E1，E2，E3….En。则系统顶事件失效概率F（T）为：
（2）
（2）概率重要度。
概率重要度的计算公式为： （3）
Ipr（i）为第i个底事件的概率重要度；Q为系统失效概率；qi为第i个底事件的失效概率。
（3）关键重要度关键重要度的计算公式为：
（4）
Icr（i）为第i 个底事件的关键重要度。所以，关键重要度还可以表示为：
（5）
3 结果分析
根据以上公式，结合构建的轨道交通架空柔性接触网的故障树分析模型，运用C语言编程计算，得到了架空柔性接触网概率重要度和关键重要度，如表1所示。其中的故障代号见相关文献。
根据架空柔性接触网各底事件概率重要度和关键重要度的计算结果显示，除过疲劳极限小和振幅过大，剩下底事件的概率重要度相差不大，都接近于1。要改善接触网的可靠性，应该降低这些底事件的发生概率。各底事件的关键重要度较大的是松动、材质不良、吊弦断裂、击穿、断裂、电气烧伤、绝缘老化、腐蚀。它们故障率的变化引起的柔性接触网系统失效概率的变化较大，而且降低它们的故障率相对比较容易。因此，提高接触网可靠性，首先考虑的就是降低这些底事件的发生概率，如果接触网故障，则因先从这些底事件先入手查找。