CRH3型动车组辅助供电系统可靠性研究

丁相庆 刘陆 李北晔 孙宇霆

摘要：对于动车组的安全运行而言，辅助供电系统可靠性的影响是不容小觑的。对此，笔者以CRH3型动车组为例，以其辅助供电系统结构与功能特点为基础建立了可靠性模型，并经进一步计算和评估提出了合理的优化方案，希望对提升CRH3型动车组辅助供电系统可靠性有所助益。

关键词：CRH3型动车组;辅助供电系统;可靠性

辅助供电系统作为CRH3型动车组的重要构成，其可靠性程度与整个系统的运行水平密切相关。所以本文基于CRH3型动车组辅助供电系统可靠性模型和统计的故障信息就其可靠性进行了合理的评估，同时针对增设热备冗余支路这一优化措施作了验证，以供参考。

一、CRH3型动车组辅助供电系统可靠性分析

1.辅助供电系统可靠性模型的建立

根据CRH3型动车组辅助供電系统的结构特点和工作原理可知，其可靠性既与每一环节的可靠性有关，也依赖于不同环节的协调组合，在此围绕其电能输入输出点展开可靠性指标的分析与计算。

已知，当CRH3型动车组运行时，被选中的受电弓经接触网得到电能，随后经高压电器传至2个牵引变压器后再输送电能至牵引变流器，而辅助变流器则在中间直流取电后进行变化输送至交流母线用于辅助负载用电[1]。如果优先选择的受电弓在工作而另一台及其配套装置为备用状态，则要使用备用受电弓为辅助负载提供电能，就此建立了辅助供电系统的可靠性框图模型，见图1。

2.辅助供电系统可靠性指标的计算

分析辅助供电系统可靠性指标选择了网络法，以最小路连通为判断可靠性的依据，并结合最小路集不交化算法完成可靠性的计算，如果元件可修复，需对其正常工作状态、故障异常状态加以考虑，若因计划检修造成的停运则不用考虑。在实际系统中根据可用度As、故障频率fs计算公式推导出不可用度、平均修复率、平均故障间隔距离、平均修复时间等其他可靠性指标。在此基础上以武广高铁CRH3型动车组辅助供电系统历史故障数据为例，就其EC01和EC02车的辅助供电部件可靠性指标加以计算，进而得到一系列数据。

3.辅助供电系统可靠性指标的评估

根据辅助供电系统部件之间的逻辑功能关系，等效设置了网络拓扑图。假设n个元件的平均故障率（10-5次·km-1）和平均修复时间（h/次）分别为λ1、λ2……λn和r1、r2……rn，已知该高铁L=258.63km/h，由此对串联和并联等效元件的4个指标进行计算评估。但动车组的运行既要安全稳定，也要提供舒适的环境和优质的服务，故所有负载供电需求均要满足，而辅助供电系统电能输入与输出共有6条符合要求的通路，经联络矩阵法求取全部的最小路集，然后分析“与”、“或”确定正常供电状态下的全部最小路基，用于输入点与输出点连通可靠性指标的评判[2]。最终得到该辅助供电系统可靠性指标可用度与不可用度分别为0.95841851和0.04158149，平均故障率、平均修复率、平均故障频率（单位均为10-5次·km-1）分别为1.05797861、24.38552323、1.01398628，平均故障间隔距离（/105km）和平均修复时间（h/次）分别为0.094519870和15.85583149。可见其虽然可用度高，但故障维修时间相对较长，亟待改善。

二、CRH3型动车组辅助供电系统可靠性优化

为切实优化辅助供电系统的可靠性，可从关键设备的线路设计着手，由于故障影响需要折算至相应的部件，所以分析时选择了串联系统，并只考虑牵引变压器和牵引变流器冷却装置配电元件，暂不考虑较短的配电导线。为提高两者配电的可靠性，计划增设热备冗余支路，如图2为电路优化后的IC03车牵引变流器冷却设备。其中实线与虚线分别表示设备的配电支路和热备冗余支路，一旦配电支路出现故障，热备支路便会即刻投入运行，保证设备工作不受影响。假设原支路元件与新增的热备冗余支路有着相同的可靠性指标，此时辅助供电系统可靠度有所变化，即增设热备冗余支路后的设备不仅平均故障率下降显著，平键故障间隔距离有所增大，而且可用度也有一定的提高，但同时增加的元件数量使得系统平均故障修复率降低，修复时间延长，不过整体而言，辅助供电系统可靠性有所改善，为优化CRH3型电动车辅助供电系统可靠性提供了一定的参考。

结束语：

总之，CRH3型电动车辅助供电系统可靠性至关重要，为有效的提升其可靠水平，可基于辅助供电系统结构与功能构建框图模型，配以最小路集不交化算法对可靠性指标进行计算和评估，在此基础上寻求优化方案，经验证比较确认优化措施的可行性，进而为整个CRH3型电动车辅助供电系统可靠性优化奠定良好的基础。

参考文献：

[1]赵峰，曹茜，王开铭.CRH3型动车组辅助供电系统可靠性分析[J].铁道科学与工程学报，2018，15（05）1118-1127.

[2]刘建强，郭怀龙，杜会谦，康洪军，吴宁.CRH_3型动车组辅助供电系统可靠性研究[J].铁道学报，2015，37（11）44-51.