CRH3型動車組輔助供電系統可靠性研究

丁相慶 劉陸 李北曄 孫宇霆

摘要：對于動車組的安全運行而言，輔助供電系統可靠性的影響是不容小覷的。對此，筆者以CRH3型動車組為例，以其輔助供電系統結構與功能特點為基礎建立了可靠性模型，并經進一步計算和評估提出了合理的優化方案，希望對提升CRH3型動車組輔助供電系統可靠性有所助益。

關鍵詞：CRH3型動車組;輔助供電系統;可靠性

輔助供電系統作為CRH3型動車組的重要構成，其可靠性程度與整個系統的運行水平密切相關。所以本文基于CRH3型動車組輔助供電系統可靠性模型和統計的故障信息就其可靠性進行了合理的評估，同時針對增設熱備冗余支路這一優化措施作了驗證，以供參考。

一、CRH3型動車組輔助供電系統可靠性分析

1.輔助供電系統可靠性模型的建立

根據CRH3型動車組輔助供電系統的結構特點和工作原理可知，其可靠性既與每一環節的可靠性有關，也依賴于不同環節的協調組合，在此圍繞其電能輸入輸出點展開可靠性指標的分析與計算。

已知，當CRH3型動車組運行時，被選中的受電弓經接觸網得到電能，隨后經高壓電器傳至2個牽引變壓器后再輸送電能至牽引變流器，而輔助變流器則在中間直流取電后進行變化輸送至交流母線用于輔助負載用電[1]。如果優先選擇的受電弓在工作而另一臺及其配套裝置為備用狀態，則要使用備用受電弓為輔助負載提供電能，就此建立了輔助供電系統的可靠性框圖模型，見圖1。

2.輔助供電系統可靠性指標的計算

分析輔助供電系統可靠性指標選擇了網絡法，以最小路連通為判斷可靠性的依據，并結合最小路集不交化算法完成可靠性的計算，如果元件可修復，需對其正常工作狀態、故障異常狀態加以考慮，若因計劃檢修造成的停運則不用考慮。在實際系統中根據可用度As、故障頻率fs計算公式推導出不可用度、平均修復率、平均故障間隔距離、平均修復時間等其他可靠性指標。在此基礎上以武廣高鐵CRH3型動車組輔助供電系統歷史故障數據為例，就其EC01和EC02車的輔助供電部件可靠性指標加以計算，進而得到一系列數據。

3.輔助供電系統可靠性指標的評估

根據輔助供電系統部件之間的邏輯功能關系，等效設置了網絡拓撲圖。假設n個元件的平均故障率（10-5次·km-1）和平均修復時間（h/次）分別為λ1、λ2……λn和r1、r2……rn，已知該高鐵L=258.63km/h，由此對串聯和并聯等效元件的4個指標進行計算評估。但動車組的運行既要安全穩定，也要提供舒適的環境和優質的服務，故所有負載供電需求均要滿足，而輔助供電系統電能輸入與輸出共有6條符合要求的通路，經聯絡矩陣法求取全部的最小路集，然后分析“與”、“或”確定正常供電狀態下的全部最小路基，用于輸入點與輸出點連通可靠性指標的評判[2]。最終得到該輔助供電系統可靠性指標可用度與不可用度分別為0.95841851和0.04158149，平均故障率、平均修復率、平均故障頻率（單位均為10-5次·km-1）分別為1.05797861、24.38552323、1.01398628，平均故障間隔距離（/105km）和平均修復時間（h/次）分別為0.094519870和15.85583149。可見其雖然可用度高，但故障維修時間相對較長，亟待改善。

二、CRH3型動車組輔助供電系統可靠性優化

為切實優化輔助供電系統的可靠性，可從關鍵設備的線路設計著手，由于故障影響需要折算至相應的部件，所以分析時選擇了串聯系統，并只考慮牽引變壓器和牽引變流器冷卻裝置配電元件，暫不考慮較短的配電導線。為提高兩者配電的可靠性，計劃增設熱備冗余支路，如圖2為電路優化后的IC03車牽引變流器冷卻設備。其中實線與虛線分別表示設備的配電支路和熱備冗余支路，一旦配電支路出現故障，熱備支路便會即刻投入運行，保證設備工作不受影響。假設原支路元件與新增的熱備冗余支路有著相同的可靠性指標，此時輔助供電系統可靠度有所變化，即增設熱備冗余支路后的設備不僅平均故障率下降顯著，平鍵故障間隔距離有所增大，而且可用度也有一定的提高，但同時增加的元件數量使得系統平均故障修復率降低，修復時間延長，不過整體而言，輔助供電系統可靠性有所改善，為優化CRH3型電動車輔助供電系統可靠性提供了一定的參考。

結束語：

總之，CRH3型電動車輔助供電系統可靠性至關重要，為有效的提升其可靠水平，可基于輔助供電系統結構與功能構建框圖模型，配以最小路集不交化算法對可靠性指標進行計算和評估，在此基礎上尋求優化方案，經驗證比較確認優化措施的可行性，進而為整個CRH3型電動車輔助供電系統可靠性優化奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]趙峰，曹茜，王開銘.CRH3型動車組輔助供電系統可靠性分析[J].鐵道科學與工程學報，2018，15（05）1118-1127.

[2]劉建強，郭懷龍，杜會謙，康洪軍，吳寧.CRH_3型動車組輔助供電系統可靠性研究[J].鐵道學報，2015，37（11）44-51.