城市轨道交通三相交流牵引供电系统可靠性研究.pdf

中国新技术新产品2024 NO.2（下）-71-工 业 技 术城市轨道交通作为现代城市交通系统的重要组成部分，承担着大量的人员输送任务。三相牵引供电系统是城市轨道交通的核心组成部分，其作用是为列车提供动力和能源。其稳定性、可靠性和安全性直接影响列车的运行效率和乘客的出行体验1。本文深入研究城市轨道交通的三相交流牵引供电系统，介绍了供电系统的组成和工作原理，并对供电系统进行建模和分析，解决供电系统中的潜在问题。对提高供电系统的可靠性具有重要意义。1 三相交流牵引供电系统的组成三相交流牵引供电系统是城市轨道交通中常见的一种供电系统形式，利用三相交流电能为列车提供牵引力和动力2。三相交流牵引供电系统组成如图 1 所示。2 可靠性分析方法贝叶斯网络图是一种概率图模型，能够描述不同变量间的依赖关系，并基于先验概率和条件概率进行推理和分析。利用贝叶斯网络图对城市轨道交通系统中的应用进行分析，以此提供可靠性评估和决策支持。通过使用历史数据、专家知识和先验概率，同时考虑系统中的不确定性和动态变化，为决策者提供准确的系统可靠性信息，支持系统的优化和改进3。3 三相交流牵引供电系统可靠性分析本文旨在对三相交流牵引供电系统的可靠性进行分析，以此评估和优化系统的可靠性和安全性。为决策和规划提供支持，提升运行效能并节约运营成本。3.1 供电变电所可靠性分析3.1.1 可靠性模型以某城市轨道交通供电系统为例。1 号和 2 号进线均采用 110kV 交流电源。T1和 T2均为变压器，互为备用。CPD1、CPD2和 CPD3为 3 套同相供电补偿装置，2 主 1 备，包括母线（I）、自动隔离开关（GZ）、手动隔离开关（GS）、断路器（DL）、牵引变压器（T）、电流互感器（LH）和电压互感器（YH）等。对供电变电所接线图的串联部分进行等效化简，如图 2 所示。图中各字母含义见化简说明。化简说明见表 1。表 1 化简说明序号替代部分串联组合1I1I1，YH12I2I3，YH33I3I2，YH24E1DL6，LH6，GS75E2DL3，LH3，GS4，CPD1，DL7，LH7，GS86E3DL5，LH4，GS5，CPD2，DL8，LH7，GS87E4DL5，LH5，GS6，CPD2，DL9，LH9，GS108E5DL10，LH10，GS119F1DL11，LH11，GS12，GZ410F2DL12，LH12，GS1311F3DL13，LH13，GS14，GZ512H1DL1，LH1，GS2，T113H2DL2，LH2，GS3，T23.1.2 可靠性分析过程基于故障树的贝叶斯网络方法，对供电变电所故障的可城市轨道交通三相交流牵引供电系统可靠性研究陈明成志远刘祥辰刘冬冬崔犇远（青岛地铁运营有限公司，山东 青岛 266021）摘 要：本文深入研究了城市轨道交通的三相交流牵引供电系统，并概述了该系统的组成和工作原理。采用贝叶斯网络图的可靠性分析方法对供电系统进行了建模和分析，找出系统中的薄弱环节并提出建议，为提高城市轨道交通的供电系统可靠性提供了重要的理论支持，并为相关领域的研究和应用提供了参考。关键词：城市轨道；交流牵引供电系统；可靠性研究中图分类号：U12文献标志码：A1-供电变电所；2-接触网；Ti-牵引变压器；3-三相牵引网；3a-供电A轨；3b-供电B轨；3c-钢轨；4-车载供电系统。图 1 三相交流牵引供电系统组成图TiTi41233c3b3a中国新技术新产品2024 NO.2（下）-72-工 业 技 术靠性进行分析。供电变电所故障为顶事件 S，通过或门与中间事件 A1、A2和 I3连接。中间事件 A1通过与门与中间事件 B1、B2、B3、B4、B5和 B6连接，B1B6分别对应 6 种工况。工况 1：主牵引变压器 T1 故障，同相供电补偿装置 CPD1故障，T2、CPD2和 CPD3正常。工况 2：主牵引变压器 T1故障，同相供电补偿装置 CPD2故障，T2、CPD1和 CPD3正常。工况 3：主牵引变压器 T1故障，同相供电补偿装置 CPD3故障，T2、CPD1和 CPD2正常。工况 4：主牵引变压器 T2故障，同相供电补偿装置 CPD1故障，T1、CPD2和 CPD3正常。工况 5：主牵引变压器 T2故障，同相供电补偿装置 CPD2故障，T1、CPD1和 CPD3正常。工况 6：主牵引变压器 T2故障，同相供电补偿装置 CPD3故障，T1、CPD1和 CPD2正常。中间事件 A2通过或门与事件 B7、B8连接；B7和 B8分别对应 供电臂和 供电臂故障。中间事件 B1B8通过与门或门与子事件或底事件连接，底事件为化简说明表中各替代部分串联组合的故障。根据上述分析，梳理对应关系绘制供电变电所的贝叶斯网络图如图 3 所示。其中或门节点包括 B1B6、C7C10、D1、D2和 S。与门节点包括 A1、A2、B7、B8和 C1C4。3.1.3 可靠性分析结论供电变电所电气设备的可靠性参数见表 2。表 2 供电变电所电气设备的可靠性参数设备故障率（次/年）维修时间可用度母线0.1003h99.9971%自动隔离开关0.0913h99.9972%手动隔离开关0.1423h99.9995%断路器0.1213h99.9978%牵引变压器0.03190h99.9688%电流互感器0.01510h99.9981%电压互感器0.01210h99.9993%同相供电补偿装置1.095h99.9943%结合图 3 和表 2 的可靠性数据，可以定量计算当供电变电所正常运行时，变电所故障可靠性指标为平均正常工作概率为 0.99996。故障率为 0.103；平均工作时间为 85215.5h。贝叶斯反向推理公式可以计算供电变电所故障的条件概率，如公式（1）所示。P（X=1|S=1）=P（X=1|S=1）P（X=1）P（S=1）（1）经计算，当供电变电所不能向电缆正常供电时，P（I3=1|S=1）=16.34121%，P（I4=1|S=1）=16.34121%。说明牵引母线 I3和补偿母线 I4的条件概率最大。I3和 I4均无备用，一旦发生故障将直接影响整个变电所的供电。因此，当评估供电变电所可靠性时需要将其视为最薄弱的环节。P（CPD1/2/3=1|S=1）=0.314%，与其他元件相比条件概率较高，是评估供电变电所可靠性时较薄弱的环节。3.2 接触网可靠性分析本文以刚性接触网为研究对象，以锚段为单位对接触网的可靠性进行分析。刚性接触网的一个锚段由接触线、悬挂支撑装置、中锚线夹、汇流排和汇流排终端组成。图 3 供电变电所贝叶斯网络图H1C1C2I1I3B1B2B3B4B5B6A2B7C7F1F2GZ6GZ3GZ2GZ7F3C8C9C10B8A1SE1E2E3E4E5C5D2I1C6I4I2H2C4C1D1GZ1GZ2GS1I2图 2 供电变电所接线化简图I1H1H2I2GZ1GZ2GZ3、GS1串联GZ7GZ6E1F1F2F3E2E3I3E4E5I4和DL14I4和DL15中国新技术新产品2024 NO.2（下）-73-工 业 技 术单锚段可靠性框图如图 4 所示。通过接触网设备可靠性参数和串联计算公式，可以得到单锚段的可靠性指标：正常工作概率为 0.99993，故障率为0.237 次/年。3.3 牵引变电所可靠性分析3.3.1 可靠性模型以某城市轨道交通供电系统为例，牵引变电所采用的是单相变压器。该变电所的原边直接从 35kV 的电缆取电，而副边通过降压转换后与接触网进行连接。1#和 2#进线互为备用。对牵引变电所接线图的串联部分进行等效化简，如图5 所示。图 5 牵引变电所接线化简图I1I2GZ1GZ2GZ3、GS1串联GZ4GZ5GZ6GZ7GS6、GS7串联I3F3F3F2F2F1I4E1E2图中各字母含义见表 3。表 3 各字母含义参见化简说明序号替代部分串联组合1E1DL1，DL3，LH1，LH3，T1，GS2，GS42E2DL2，DL4，LH2，LH4，T2，GS3，GS53F1DL5，LH5，GS84F2DL6，LH6，GS95F3DL7，LH7，GS106F4DL8，LH8，GS117F5DL9，LH9，GS128F6DL10，LH10，GS133.3.2 牵引变电所可靠性分析3.3.2.1 可靠性分析过程本文采用故障树的贝叶斯网络方法，对牵引变电所故障的可靠性进行分析。根据牵引变电所接线化简图，可以看出在正常运行状态下有 4 条对称馈线。牵引变电所故障指牵引变电所的两个供电臂和同时发生故障。牵引变电所故障为顶事件 S，通过或门与中间事件 S 和 S 连接。由于 供电臂故障和 供电臂故障相同，因此不再赘述 供电臂故障。供电臂故障分 2 种工况：供电臂上行线和 供电臂下行线故障。中间事件 S 通过或门与中间事件 A1、A2和 I3连接。说明 A1通过与门与中间事件 B1和 B2连接。事件 A2通过与门与中间事件 B3和 B4连接。根据上述分析，梳理对应关系绘制牵引变电所的贝叶斯网络图如图 6 所示。其中或门节点包括 S、B1、B2、B3、D1和 D2。与门节点包括 A1、A2、C1和 C2。3.3.2.2 可靠性分析结论根据图 6 和表 2，定量计算正常运行时全所可靠性指标：平均正常工作概率为 0.9999。故障率为 0.2021。平均工作时间为 41365.76h。利用公式（1），可以计算当牵引变电所的两个供电臂同图 4 单锚段可靠性框图图 6 牵引变电所故障贝叶斯网络图B1B3C3C4B4A2ssSF1F2F3B2C2D2A1C1E1GS1GZ5GZ2GZ1GZ3GZ6GZ4GZ5E2D1I1I4I3I2中国新技术新产品2024 NO.2（下）-74-工 程 技 术时发生故障时，各设备故障的条件概率。根据计算，P（I3=1|S=1）=17.9678%，为母线和电压互感器组成的串联单元I3的条件概率最大。因为电压互感器有冗余设计，而母线 I3无冗余设计。所以一旦牵引母线发生故障，将直接影响整个牵引变电所的供电。可以认为牵引母线是牵引变电所可靠性最薄弱的环节。3.4 系统可靠性分析系统可靠性框图如图 7 所示。图 7 系统可靠性框图供电变电所层接触网层牵引变电所层城市轨道交通交流牵引供电系统的可靠性为 3 个子系统的可靠性串联。根据上述 3 个子系统的可靠性的分析可知：提高供电变电所可靠性的关键是提高母线和元件的可靠性。采用冗余的方法简单有效。牵引变电所提高可靠性方法和中心变电所类似。由于接触网可靠性最低，影响整个供电系统的可靠性。因此要提高基础网的可靠性，需要提高锚段每部分的可靠性。4 结论本文对城市轨道交通的三相交流牵引供电系统的组成和工作原理进行了深入研究。针对供电系统建立了可靠性模型，并采用贝叶斯网络图对可靠性进行评估。识别出了供电系统的关键故障事件，并提出了提高系统可靠性的建议。这些研究成果为相关领域的进一步研究和应用提供了重要的参考价值。参考文献1 李洁，解绍锋，陈祯怡.城轨三相交流牵引供电系统中心变电所可靠性分析 J.电气化铁道，2021，32（5）：80-85.2 陈祯怡.城市轨道交通三相交流牵引供电系统供电能力研究 D.成都：西南交通大学，2021.3 蒋俊.城市轨道交通交流牵引供电系统可靠性研究 D.成都：西南交通大学，2019.随着全球对环境问题的关注度不断提高，建筑行业也在寻求环保的解决方案。传统的机械通风系统虽然能够满足室内空气质量的要求，但需要消耗大量的能源，增加了碳排放，并在某些情况下产生噪声和不适感。因此，寻找一种可持续、更环保的通风解决方案成了亟需解决的问题。在此背景下，自然通风作为一种有潜力的技术开始受到广泛关注和应用。自然通风通过优化建筑设计，引入自然气流和风力，实现室内外空气的交换和流通，从而提高室内空气质量、降低能耗以及提高人们的舒适感。在设计高层办公建筑的过程中，建筑内部设置风廊是一种常用的自然通风方式1。内风廊是通过布局合理的空间，在建筑内部形成自然通风的通道，引导风流进入办公区域，为室内提供新鲜的空气，改善室内环境质量，并减少对机械通风系统的依赖。本文对高层办公建筑内风廊进行模拟分析，探究其在自然通风中的作用2。首先，介绍了自然通风在建筑设计中的应用及其优势。其次，对风廊进行建模和数值模拟，分析其对自然通风的影响，最后，评价其效果并总结。1 自然通风自然通风是指利用自然气流的流动和压力差来进行通风。与机械通风相比，自然通风具有以下优势：无需能源消耗，可节约能源。可提高室内空气质量，减少空气中的有害物质。可提高室内舒适度，避免人们长时间处于不适宜的环境中3。在建筑设计中，通常通过设计开窗、通风口等方式实现自然通风。同时，建筑内部风廊也是一种常见的利用建筑内部布局改善室内自然通风的被动节能措施。在高层建筑中，受建筑高度和自然条件等因素的影响，建筑内部空间对机械通风依耐性过高，不仅能源消耗大，而且难以满足舒适度和健康要求。因此，合理利用自然通风成为高层建筑设计的重高层办公建筑内风廊对自然通风贡献的模拟分析与评价柯瑞黄小萍（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230051）摘 要：为研究内风廊在高层办公建筑自然通风中的作用，本文利用 CFD 软件对合肥地区某高层办公建筑在有无内风廊工况下室内通风情况进行数值模拟分析。通过研究室内气流速度和空气龄来分析高层办公建筑内各功能房间的通风换气情况和整体的通风效果。研究结果表明，风廊能有效促进室内空气流通，提高空气质量和舒适度，同时也对降低室内温度、减少空调使用等方面具有重要作用。因此，当设计高层办公建筑时，合理布局和设计风廊是必要的。关键词：内风廊；自然通风；模拟分析；高层办公中图分类号：TU83文献标志码：A