基于列車運行圖的接觸網系統可用性指標計算

陳建國，方 鳴

（1 鐵道部鐵路產品質量監督檢驗中心，北京100081；2 鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京100081）

鐵路供電技術

基于列車運行圖的接觸網系統可用性指標計算

陳建國1，方 鳴2

（1 鐵道部鐵路產品質量監督檢驗中心，北京100081；2 鐵科院（北京）工程咨詢有限公司，北京100081）

城市軌道交通接觸網系統是一個無備用、重要的為列車運營提供電能的配電系統，它的可用性指標與列車正常運營密切相關。目前國內公開發表的有關城市軌道交通接觸網系統可用性指標計算方法的文章比較少，為了對接觸網系統可用性指標的定量計算進行探討，提出了一種基于列車運行圖的定量化計算方法。

列車運行圖；接觸網系統；可用性指標；計算；方法

城市軌道交通接觸網系統的功能是將牽引變電所的電能向運營列車傳輸，以提供列車運營所需要的動力，是一個十分重要的與行車密切相關的系統。接觸網系統沿線路架設，無法設置備用系統，因此，為保證高可用性地為運營列車提供電能，根據文獻［1］中對軌道交通RAMS要求，定量計算接觸網系統可用性指標十分必要。但是，由于接觸網系統構成的復雜性，其可用性指標與列車正常運營密切相關，目前國內公開發表的接觸網系統可用性計算方法的文獻比較少，特別是能夠快速進行計算接觸網系統可用性指標的方法。為此，本文提出了基于列車運營圖接觸網系統可用性指標量化計算方法。

1 接觸網系統概述

城市軌道交通的牽引供電系統中，直流系統主要包括整流變壓器、整流器、直流開關柜（正極開關柜、負極柜和端子柜），接觸網系統，以及連接電纜等，具體牽引供電系統示意圖如圖1所示。

接觸網系統由復雜的電氣和機械部件構成，主要包括懸掛部件、支持部件、接觸線和架空地線，以及上網電纜與跳線電纜、上網隔離開關、分段絕緣器、電連接、下錨裝置等部件或子系統。

2 接觸網系統可用性指標計算

借鑒文獻［2］，本文提出的接觸網系統可用性指標參數主要有每年列車總停電次數、每年列車中斷運營總時間、平均停電次數、列車平均停電持續時間、受影響列車的平均停電時間和接觸網系統可用率。

量化的接觸網系統可用性指標評價了接觸網系統的使用情況，即反映了接觸網系統在按照正常運營圖運營時為城市軌道交通系統列車提供電能的使用效率。因此，計算城市軌道交通接觸網系統可用性指標可以基于列車運營圖，結合接觸網系統可用性特性參數和接觸網系統物理參數，即可計算得到接觸網系統可用性指標，具體計算步驟如圖2所示。

2.1 計算原始資料和條件

在城市軌道交通接觸網系統的可用性指標主要由線路運營參數、接觸網系統可靠性特性參數和接觸網系統物理參數等決定的。

與運營中的城市軌道交通接觸網系統可用性指標相關的主要運營參數包括正線每日運營列車列數和側線每日運營列車列數，可靠性特性參數包括接觸網系統平均故障率和平均修復時間，接觸網系統物理參數是指接觸網系統長度（條·km）。在計算接觸網系統可用性指標時所需要的原始參數主要如下：

（1）正線每日運營列車列數NZ，側線每日運營列車列數NC。

（2）正線接觸網平均故障率λZ，次/（km·年）；平均修復時間rZ，h/次，以及側線接觸網平均故障率λC，次/（km·年）；平均修復時間rC，h/次。

（3）正線接觸網長度lZ，km；側線接觸網長度lC，km。

工程應用中，在滿足工程要求的前提下，為了簡化計算，現對接觸網系統作如下所述的計算條件及假設：

①以一個供電分區為單元進行計算；

②各連接線均為可靠連接；

③供電分區內所有懸掛類型一致，以及設備型號、線材一致；

④所有接觸網系統設備故障率統一折算至平均故障率中；

⑤正線接觸網系統平均故障率均相同，側線接觸網系統平均故障率也均相同；

⑥接觸網系統的失效和修復特性均服從指數分布；

⑦1年運營時間為365天計；

⑧每年運營列車數量按照正常運營進行計算。

2.2 可用性指標計算公式推導

借鑒文獻［2］和文獻［3］提出的概念和計算方法，在城市軌道交通系統中，接觸網系統可用性指標的計算公式推導過程如下所述。

（1）每年運營列車數量

在城市軌道交通運營時，正常情況下，列車每天都是按照運營圖計劃運行，每年按照365天計算，則可得到正線每年運營列車列數（NZY）。

以及側線每年運營列車列數（NCY）。

（2）接觸網系統長度

接觸網系統長度計算是包括正線接觸網系統長度（lZ）和側線接觸網系統長度（lC）的計算，其中正線接觸網長度是將供電分區內所有車站和區間的正線接觸網長度進行累加，即

其中lZZ.i為第i個車站正線接觸網長度，km；n為車站數量；lZQ.i為第i個區間正線接觸網長度，km；m為區間數量。

側線接觸網系統長度則是將供電分區內所有車站的側線接觸網長度進行累加，即

其中lC.i為第i個車站側線接觸網長度，km；n為車站數量。

（3）年平均停電時間

接觸網系統年平均停電時間的計算包括正線接觸網年平均停電時間TTZ和側線接觸網年平均停電時間TTC，它是接觸網系統平均故障率、接觸網系統長度和修復時間的乘積，單位為h/年。其中正線接觸網系統年平均停電時間為

側線接觸網系統年平均停電時間則為

（4）接觸網系統可用性指標

①每年列車總停電次數

由正線每年運營列車列數、側線每年運營列車列數和接觸網系統平均故障率、接觸網系統長度，則可得到每年列車總停電次數（NTrain），單位為次·列/年，即

②每年列車中斷運營總時間

由正線接觸網年平均停電時間、側線接觸網年平均停電時間和正線每年運營列車列數、側線每年運營列車列數，可求出每年列車中斷運營總時間TT，單位為列· h/年，即

③列車平均停電次數

根據每年列車總停電次數和正線每年運營列車列數、側線每年運營列車列數，則可求得接觸網系統按列車平均停電次數ntrain，單位為次/年，即

④列車平均停電持續時間

根據每年列車中斷運營總時間和正線每年運營列車列數、側線每年運營列車列數，則可得到接觸網系統的列車平均停電持續時間t0，單位為h/年，即

⑤受影響列車的平均停電時間

由每年列車總停電次數和每年列車中斷運營總時間，則可計算得到接觸網系統受影響列車的平均停電時間ttrain0，單位為h/次，即

⑥接觸網系統可用率

基于每年列車運營對數、日運營時間T0，以及每年列車中斷運營總時間，則可根據公式（1）得到接觸網系統可用率AQ，即

其中T0為日運營時間，h。

3 接觸網系統可用性指標計算實例

某城市軌道交通某條線路供電系統中的一個供電分區范圍包括車站A正線，車站B正線和側線，以及A、B兩車站間的區間正線，其接觸網系統示意圖如圖3所示。其中lZA，1和lZA，2分別為A站內上行端上下行線正線接觸網長度，lZB，1和lZB，2分別為B站內下行端上下行線正線接觸網長度，lCB，1和lCB，2分別為B站內下行端上下行線側線接觸網長度，lZQ，1和lZQ，2分別為A、B兩車站間的區間正線接觸網長度。實際數據如下：

運營時間為18 h/日，正常日運營圖列車對數為工作日404列/日，節假日414列/日；

接觸網系統平均故障率為6.109 8×10－2次/（km ·年）［3］，按照某地鐵公司要求接觸網系統修復平均時間為1.5 h/次。

利用運營參數、接觸網系統可用性參數和接觸網線路參數，按照上述列車運營圖的接觸網系統可用性指標的計算方法推導公式，計算所得接觸網系統可用性指標如表1所示。

從表1計算結果可以看出，接觸網系統每年列車總停電次數為35 969.43次·列，每年列車中斷運營總時間為53 954.15 h·列，每列車每年平均停電次數為0.121 02次，每列車每年平均停電持續時間為0.181 53 h，每年受影響列車每次平均停電時間為1.500 h，可用率為0.999 972。從接觸網系統可用率方面考慮，能夠滿足“列車運行圖兌現率達到99%”［4］的要求。

4 結束語

利用基于列車運營圖的接觸網系統可用性指標定量化計算方法，計算出接觸網系統的可用性指標不僅能夠準確反映接觸網系統的效能，評估現場使用情況，估算產品的全壽命周期費用，而且可以在設計階段統籌考慮為提高接觸網系統可用性指標而提供理論依據，并起到一定的指導作用。

［1］ GB/T 21562－2008.軌道交通可用性、可用性、可維修性和安全性規范及示例［S］.

［2］ 國家電力監管委員會電力可用性管理中心.電力可用性技術與管理培訓教材［M］.北京：中國電力出版社出版，2007.9.

［3］ 陳文高，等編.配電系統可用性使用基礎［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［4］ DB11/T 647－2009.城市軌道交通運營服務管理規范［S］.

［5］ GB 3187－1994.可用性、維修性術語［S］.

［6］ （美）Michael G.Pecht，（美）Kailash C.Kapur，康 銳，張叔農.可用性工程基礎［M］.北京：電子工業出版社，2011.

Calculation of Catenary System Availability Index Based on Train Diagram

CHEN Jianguo1，FANG Ming2
（1 Ministry of Railways Railway Products Quality Supervision and Inspection Center，Beijing 100081，China；2 Engineering Consulting Co.，Ltd.，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China）

Catenary system of urban rail transit is an important power distribution system that supplies electricity to the running train，and the availability index is closely related to normal train operation.There are few papers about the calculation methods for catenary system availability index published currently.In order to investigate the quantitative calculation of catenary system availability index，a quantitative method based on train diagram is proposed.

train diagram；catenary system；availability index；calculation；method

U225.1

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.05.26

1008－7842（2014）05－0097－03

2—）男，高級工程師（

2014－02－18）