地铁供电系统的可靠性与安全性分析
发布时间：2022-01-04
摘 要 随着我国交通行业的不断发展，人们的出行方式也越来越便捷，城市交通压力也随之增加。在 此 背 景 下，乘坐地铁出行的方式受到了人们的广泛欢迎。近年，我国地铁修建技术不断提高，城市地铁建设的工程量也在增加，但与此同时地铁供电系统也容易出现一些安全隐患，在地铁运行过程中会造成一定的影响。一旦地铁发生重大的交通事故，将会造成不可估量的损失，所以需要对地铁供电系统的安全性与可靠性进行分析。
关键词 地铁配电系统;可靠性;安全性
0引言
随着国内交通运输行业的快速发展，人 们 出 行 的 方式越来越多样化，地铁出行方式越来越受到人们的欢迎。地铁供电系统作为地铁运行的基础性能源设施，其 安 全性与可靠性对地铁正常运行有着重要的意义，是 地 铁 安全运行的重要保障。本文主要研究了地铁供电系统的主要方式，并对地铁运行的安全性与可靠性进行了分析。
1地铁供电的主要方式
1.1 集中供电
地铁集中供电主要是对其专用变电所进行用电设置。集中供电方式 的 主 要 特 征 是：按照地铁线路的长短与地铁运行过程 中 的 用 电 量，在地铁轨道沿线设置地铁专用变电所，将地铁变电的母线段进行数量与位置间隔的合理划分，而且每个地铁专用主变所都需要预备两路电源，两路电源相互独立，使用集中供电方式可以为地铁的牵引系统与地铁的降压供电系统提供主要的电力，如图1所示。例如，上海地铁一号线使用的供电方式就是集中供电的方式，负责地铁一号线的牵引动力负荷供电的变电所设置在人民广场和万体馆两个地点。使用集中供电方式的地铁线路不仅只有上海地铁一号线，上 海 地铁二号线、上海明珠线皆使用了集中供电的方式进行地铁牵引动 力 负 荷 供 电。这种集中式供电方式的计费便捷，供电设备的维护简单，方便管理人员统一调度与管理，可靠性比较高，但是集中供电方式的投资较大，在 使用过程中需要结合当地的实际情况多方面考虑[1]。
1.2 分散式供电
地铁分散式供电的主要电能来源是城市中的电网区域变电所或者是 中 压 输 电 线，在地铁轨道的沿线设置了降压变电所与牵 引 变 电 所，因此它并不需要一个主要的变电所进行配电设置。分散供电的优点是可以充分利用城市电网中的电 力 资 源，但是这种供电方式的电力来源是城市不同区域内的不同变电 所，所以这种供电方式不仅要求变电所具 备 双 路 电 源，而且在地铁的轨道沿线需要设置足够多的供电容量与变电所。分散供电的方式需要地铁所在的城市具备发达的电网以及与地铁用电要求相符合的供电电源。例如，北京地铁5号线、沈阳地铁就是使用了分散供电的方式。但是城市内的电网很容易受到其他区域电网的影响，造成供电不足的现象，所以这种供电方式的可靠 性 较 差，使用的过程中需要考虑当地电网因素和周围区域内的电网因素。
1.3 混合供电
地铁混合供电 方 式 指 的 是：将分散供电方式与集中供电方式有效结合在一起，以集中供电的方式为主，分散供电的方式为辅，形成的混合供电的方式。虽 然 这 种 方式继承了集中供 电 与 分 散 供 电 的 优 势，可以保障地铁的供电系统更加符合实际的需求，供电方式也更加灵活(例如，武汉的地铁线路、北京地铁1号线就是混合供电的方式)但是在混合 供 电 的 过 程 中，其施工极为复杂，使 用 混合供电方式需要考虑城市地铁技术的发展水平。
2地铁供电方式中影响供电系统安全性与可靠性的因素及解决策略
地铁能够安 全 运 行 的 前 提 条 件，就是地铁供电系统的安全性与可靠 性，因此需要找出影响地铁安全性与可靠性的因素，针对其薄弱的环节进行分析与解决，保障乘客的人身安全与财产安全的同 时，提高地铁供电系统的质量，降低地铁运行的成本。
2.1 地铁供电设备的老化
地铁的供电设备主要包括供电电源、变电所、各地区的电线等，其老化影响了供电系统的供电，决定了供电系统是否可以正常 地 运 行。在供电系统发生故障后，需 要对牵引供电系统设备故障进行分析，得出结论，以分析表的形式呈现出来。这个分析表中主要的内容包括：不 同供电设备老化后供电系统是否可以正常地运转、不 同 供电设备完全失效时产生的故障、针对不同供电设备故障采取的解决措施。对故障进行分析后，需要根据分析结果进行判断，确定是因为设备老化还是因为其他故障导致不能正常运行，并进行经验总结，降低地铁供电设备出现故障造成的损失。
2.2 地铁供电系统评价体系不完善
无论是集中供电的方式还是分散供电的方式，其 供电系统都没有一个完善的地铁供电系统评价体系，在 供电的过程中工作人员对地铁供电的具体工作内容不清楚，也不明确供电系统受到哪些因素的影响，当故障发生时也不能快速找 出 故 障，严重影响了地铁供电系统的安全性与可靠性，所以需要建立健全的地铁供电系统评价体系。评价体 系 包 括[2]：以 外 界 环 境、人 员 配 备、设 备 设施、组织管理以及其他涉及地铁供电安全的因素作为相应的评价指标，使用全面的方法分析地铁供电系统的安全性与可靠性，这样可以明确看出哪些因素是主要的，哪些因素是次要的，从而针对主要问题进行解决，有效提高地铁供电系统的安全性。
2.3 地铁供电系统的维修计划存在漏洞
地铁供电系统的维修计划存在漏洞，维 修 人 员 对 供电系统维修的不 重 视，都会导致地铁供电系统在供电的过程中发生故障，降低地铁供电系统的安全性与可靠性。所以，需要根据实际情况制订合理的维修计划，对地铁供电系统维修质量进行控制。地铁运行部门每年都会在地铁供电系统维护与供电系统设备更换中投入大量的资金，集中供电方式供电系统维修计划的主要内容是：变电所电源的定期维修，母线段检查等;分散供电方式供电系统的维修内容包 括：独立电源的维修、变电容量的维修、供电区域周围电网的维修等。合适的供电系统维修计划，有助于对地铁供电系统的操作规范控制，减少供电系统的维护费用，提高地铁使用的安全性与可靠性。
3地铁供电系统安全性评估方法
对地铁供电系统安全性进行评估，主要是对地铁的集中供电系统与分散供电系统的安全性进行评估，评 估的方式主要是模糊综合评判法。因为综合评判系统安全的过程中涉及地铁供电系统的设备、地铁供电系统设备的维修周期、地铁供电系统的管理方式等，这些因素往往具 有 模 糊 性，所以可以使用模糊综合评判法进行评估。
其主要的评估步骤[3]如下。
3.1 建立影响因素的集合
“因素”主要指的是人们对供电系统安全性进行评价时需要考虑的影响地铁供电系统安全性的各个因素， “因素集”是这些影响地铁供电系统安全因素的集合，使用 D 来 表 示。最 终 形 成 D={d1，d2，d3，…，di｝，其 中di 代表了每一个影响地铁供系统电安全性的因素，例 如供电系统的设备老化程度、地铁供电系统维修计划对供电系统的影响程度等，但是这些因素都有不同程度的模糊性。
3.2 构建一个评价集
地铁供电系统 的 评 价 集 合，主要指的是对地铁供电系统安全性进行 评 估 的 人 员，对地铁供电系统做出的可能性判断结果的集合，主要用I 进行表示，I={i1，i2，i3，i4，i5｝。地铁供电系统安全性的模糊评价，其主要目的是在考虑所有影响地铁供电系统安全性的基础上，做 出 一 个较为合理的评 判 结 果，建 立 评 价 集I={非 常 安 全，很 安全，安全，基本安全，不安全｝。
4地铁供电系统可靠性的评估方法
目前为止，对地铁集中供电系统进行可靠性分析的方法主要是故障后果分析法。故障后果分析法是地铁集中供电系统与分散供电系统可靠性评估的主要方法，将地铁供电系统中 的 各 元 件 状 态 进 行 分 析，列 举 出 系 统 运行中的全部可能 状 态，根据相关部门对集中供电系统与分散供电系统的 有 关 规 定，判断地铁集中供电系统内部的设备运转情况，制定出系统故障模式集合，根据此故障集合提出科学的建议、合理的预防措施与改进措施，提高地铁供电系统的可靠性。使用 FMEA 分析法(故障后果评估法)进行地铁可靠性评估的具体步骤如下[5]：
4.1 定义系统
将地铁供电系统的设备组件进行细分，作 为 FMEA表格设计的依据。
4.2FMEA表格的填写与分析
此方法对地铁供电系统可靠性的分析十分复杂，但实际应用的过程中它是地铁供电系统可靠性评估方式中最有效的手段。在地铁的供电系统中，元件的种类较多，不同元件出现故障的影响也不尽相同，出现故障的原因可能是供电系统 的 设 备 老 化、供电系统的维修过程中出现的维修故 障 等，FWEA 表格的填写法是评估的基础。无论是在可靠性框图法中，还是在最小切割法中，首先需要做的就是进行地铁供电系统的故障分析，但 是 与 其 他的方式相比，FMEA 表格填写法的计算量较小。
5结语
随着我国交通行业的迅速发展，人们的生活出行方式越来越多样化，许多人选择地铁作为主要的出行工具，这为地铁行业的发展带来了机遇与挑战。我国地铁行业逐步发展的同时，地铁的安全问题被越来越多的人重视。因此，我们需要了解地铁的供电方式，并找出影响其安全性的因素，提出解决策略，从而保障地铁供配电系统的安全性与可靠性。——论文作者:陈小立
参考文献
[1]周文坛.车载高压配电系 统安全性研究 [J].价 值 工 程，2017，36(27)：89-90.
[2]郭鹏飞.地铁供配电系统的可靠性与安全性分析[J].机电信息，2017(15)：16-17.
[3]闫 桂 红.主动配电系统安全等 级划分与综合评价研究[D].秦皇岛：燕山大学，2017.
[4]甄国栋.配电系统的安全距离[D].天津：天津大学，2017.
[5]张娟.铁路电力配电系统可靠性研究[D].北京：北京交通大学，2014.
