基于列车运行图的接触网系统可用性指标计算

陈建国，方 鸣

（1 铁道部铁路产品质量监督检验中心，北京100081；2 铁科院（北京）工程咨询有限公司，北京100081）

铁路供电技术

基于列车运行图的接触网系统可用性指标计算

陈建国1，方 鸣2

（1 铁道部铁路产品质量监督检验中心，北京100081；2 铁科院（北京）工程咨询有限公司，北京100081）

城市轨道交通接触网系统是一个无备用、重要的为列车运营提供电能的配电系统，它的可用性指标与列车正常运营密切相关。目前国内公开发表的有关城市轨道交通接触网系统可用性指标计算方法的文章比较少，为了对接触网系统可用性指标的定量计算进行探讨，提出了一种基于列车运行图的定量化计算方法。

列车运行图；接触网系统；可用性指标；计算；方法

城市轨道交通接触网系统的功能是将牵引变电所的电能向运营列车传输，以提供列车运营所需要的动力，是一个十分重要的与行车密切相关的系统。接触网系统沿线路架设，无法设置备用系统，因此，为保证高可用性地为运营列车提供电能，根据文献［1］中对轨道交通RAMS要求，定量计算接触网系统可用性指标十分必要。但是，由于接触网系统构成的复杂性，其可用性指标与列车正常运营密切相关，目前国内公开发表的接触网系统可用性计算方法的文献比较少，特别是能够快速进行计算接触网系统可用性指标的方法。为此，本文提出了基于列车运营图接触网系统可用性指标量化计算方法。

1 接触网系统概述

城市轨道交通的牵引供电系统中，直流系统主要包括整流变压器、整流器、直流开关柜（正极开关柜、负极柜和端子柜），接触网系统，以及连接电缆等，具体牵引供电系统示意图如图1所示。

接触网系统由复杂的电气和机械部件构成，主要包括悬挂部件、支持部件、接触线和架空地线，以及上网电缆与跳线电缆、上网隔离开关、分段绝缘器、电连接、下锚装置等部件或子系统。

2 接触网系统可用性指标计算

借鉴文献［2］，本文提出的接触网系统可用性指标参数主要有每年列车总停电次数、每年列车中断运营总时间、平均停电次数、列车平均停电持续时间、受影响列车的平均停电时间和接触网系统可用率。

量化的接触网系统可用性指标评价了接触网系统的使用情况，即反映了接触网系统在按照正常运营图运营时为城市轨道交通系统列车提供电能的使用效率。因此，计算城市轨道交通接触网系统可用性指标可以基于列车运营图，结合接触网系统可用性特性参数和接触网系统物理参数，即可计算得到接触网系统可用性指标，具体计算步骤如图2所示。

2.1 计算原始资料和条件

在城市轨道交通接触网系统的可用性指标主要由线路运营参数、接触网系统可靠性特性参数和接触网系统物理参数等决定的。

与运营中的城市轨道交通接触网系统可用性指标相关的主要运营参数包括正线每日运营列车列数和侧线每日运营列车列数，可靠性特性参数包括接触网系统平均故障率和平均修复时间，接触网系统物理参数是指接触网系统长度（条·km）。在计算接触网系统可用性指标时所需要的原始参数主要如下：

（1）正线每日运营列车列数NZ，侧线每日运营列车列数NC。

（2）正线接触网平均故障率λZ，次/（km·年）；平均修复时间rZ，h/次，以及侧线接触网平均故障率λC，次/（km·年）；平均修复时间rC，h/次。

（3）正线接触网长度lZ，km；侧线接触网长度lC，km。

工程应用中，在满足工程要求的前提下，为了简化计算，现对接触网系统作如下所述的计算条件及假设：

①以一个供电分区为单元进行计算；

②各连接线均为可靠连接；

③供电分区内所有悬挂类型一致，以及设备型号、线材一致；

④所有接触网系统设备故障率统一折算至平均故障率中；

⑤正线接触网系统平均故障率均相同，侧线接触网系统平均故障率也均相同；

⑥接触网系统的失效和修复特性均服从指数分布；

⑦1年运营时间为365天计；

⑧每年运营列车数量按照正常运营进行计算。

2.2 可用性指标计算公式推导

借鉴文献［2］和文献［3］提出的概念和计算方法，在城市轨道交通系统中，接触网系统可用性指标的计算公式推导过程如下所述。

（1）每年运营列车数量

在城市轨道交通运营时，正常情况下，列车每天都是按照运营图计划运行，每年按照365天计算，则可得到正线每年运营列车列数（NZY）。

以及侧线每年运营列车列数（NCY）。

（2）接触网系统长度

接触网系统长度计算是包括正线接触网系统长度（lZ）和侧线接触网系统长度（lC）的计算，其中正线接触网长度是将供电分区内所有车站和区间的正线接触网长度进行累加，即

其中lZZ.i为第i个车站正线接触网长度，km；n为车站数量；lZQ.i为第i个区间正线接触网长度，km；m为区间数量。

侧线接触网系统长度则是将供电分区内所有车站的侧线接触网长度进行累加，即

其中lC.i为第i个车站侧线接触网长度，km；n为车站数量。

（3）年平均停电时间

接触网系统年平均停电时间的计算包括正线接触网年平均停电时间TTZ和侧线接触网年平均停电时间TTC，它是接触网系统平均故障率、接触网系统长度和修复时间的乘积，单位为h/年。其中正线接触网系统年平均停电时间为

侧线接触网系统年平均停电时间则为

（4）接触网系统可用性指标

①每年列车总停电次数

由正线每年运营列车列数、侧线每年运营列车列数和接触网系统平均故障率、接触网系统长度，则可得到每年列车总停电次数（NTrain），单位为次·列/年，即

②每年列车中断运营总时间

由正线接触网年平均停电时间、侧线接触网年平均停电时间和正线每年运营列车列数、侧线每年运营列车列数，可求出每年列车中断运营总时间TT，单位为列· h/年，即

③列车平均停电次数

根据每年列车总停电次数和正线每年运营列车列数、侧线每年运营列车列数，则可求得接触网系统按列车平均停电次数ntrain，单位为次/年，即

④列车平均停电持续时间

根据每年列车中断运营总时间和正线每年运营列车列数、侧线每年运营列车列数，则可得到接触网系统的列车平均停电持续时间t0，单位为h/年，即

⑤受影响列车的平均停电时间

由每年列车总停电次数和每年列车中断运营总时间，则可计算得到接触网系统受影响列车的平均停电时间ttrain0，单位为h/次，即

⑥接触网系统可用率

基于每年列车运营对数、日运营时间T0，以及每年列车中断运营总时间，则可根据公式（1）得到接触网系统可用率AQ，即

其中T0为日运营时间，h。

3 接触网系统可用性指标计算实例

某城市轨道交通某条线路供电系统中的一个供电分区范围包括车站A正线，车站B正线和侧线，以及A、B两车站间的区间正线，其接触网系统示意图如图3所示。其中lZA，1和lZA，2分别为A站内上行端上下行线正线接触网长度，lZB，1和lZB，2分别为B站内下行端上下行线正线接触网长度，lCB，1和lCB，2分别为B站内下行端上下行线侧线接触网长度，lZQ，1和lZQ，2分别为A、B两车站间的区间正线接触网长度。实际数据如下：

运营时间为18 h/日，正常日运营图列车对数为工作日404列/日，节假日414列/日；

接触网系统平均故障率为6.109 8×10－2次/（km ·年）［3］，按照某地铁公司要求接触网系统修复平均时间为1.5 h/次。

利用运营参数、接触网系统可用性参数和接触网线路参数，按照上述列车运营图的接触网系统可用性指标的计算方法推导公式，计算所得接触网系统可用性指标如表1所示。

从表1计算结果可以看出，接触网系统每年列车总停电次数为35 969.43次·列，每年列车中断运营总时间为53 954.15 h·列，每列车每年平均停电次数为0.121 02次，每列车每年平均停电持续时间为0.181 53 h，每年受影响列车每次平均停电时间为1.500 h，可用率为0.999 972。从接触网系统可用率方面考虑，能够满足“列车运行图兑现率达到99%”［4］的要求。

4 结束语

利用基于列车运营图的接触网系统可用性指标定量化计算方法，计算出接触网系统的可用性指标不仅能够准确反映接触网系统的效能，评估现场使用情况，估算产品的全寿命周期费用，而且可以在设计阶段统筹考虑为提高接触网系统可用性指标而提供理论依据，并起到一定的指导作用。

［1］ GB/T 21562－2008.轨道交通可用性、可用性、可维修性和安全性规范及示例［S］.

［2］ 国家电力监管委员会电力可用性管理中心.电力可用性技术与管理培训教材［M］.北京：中国电力出版社出版，2007.9.

［3］ 陈文高，等编.配电系统可用性使用基础［M］.北京：中国电力出版社，1998.

［4］ DB11/T 647－2009.城市轨道交通运营服务管理规范［S］.

［5］ GB 3187－1994.可用性、维修性术语［S］.

［6］ （美）Michael G.Pecht，（美）Kailash C.Kapur，康 锐，张叔农.可用性工程基础［M］.北京：电子工业出版社，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，高级工程师（

2014－02－18）