【導(dǎo)讀】本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送。交論文的復(fù)印件和磁盤。通故障樹，采用概率風(fēng)險評估方法，對軌道交通信號系統(tǒng)風(fēng)險評價進(jìn)行研究。用概率風(fēng)險評估方法對信號系統(tǒng)進(jìn)行概率風(fēng)險評估。并將道岔故障、計(jì)軸故障、

　　

【正文】 （ 1）正常狀態(tài)下 UPS 處于充電狀態(tài)，電池處于備用工作方式，當(dāng)外網(wǎng)停電時 UPS 就會工作，充電電壓過高會減少電池使用壽命，容量降低。其次放電乘此也會影響 UPS 的壽命，電池放電的深度以 及循環(huán)次數(shù)都影響使用，要避免深度放電。雖然 UPS 有電池低電位保護(hù)功能，一般單節(jié)電池放電至 10． 5V 左右時， UPS就會自動關(guān)機(jī)。 但是，如果 UPS 處于輕負(fù)載放電 (即 UPS 在無市電輸入的情況下，接入的負(fù)載容量遠(yuǎn)小于它的最大輸出負(fù)載容量而處于開啟狀態(tài) )或空負(fù)載放電 (即UPS 在無市電輸入的情況下，沒有接任何負(fù)載而處于開啟狀態(tài) )的情況下，也會造成電池的深度放電； （ 2）接感性負(fù)載，如激光打印機(jī)、日光燈、空調(diào)，造成損壞； （ 3）電池放電后未及時再充電，未充飽的電池再放電，會導(dǎo)致電池容量降基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) 低甚至損壞 諧波干擾。諧波產(chǎn)生的根本原因是由于非線性負(fù)載所致。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成非正弦電流，從而產(chǎn)生諧波。于城市軌道交通系統(tǒng)采用直流電力牽引，牽引電流中包括兩部分：一部分是正常的負(fù)載直流電流，另一部分就是交流諧波電流。諧波電流對于供電設(shè)備來說是無效損耗，另外一方對其 他系統(tǒng)設(shè)備也會產(chǎn)生干擾，如供電系統(tǒng)設(shè)備、信號系統(tǒng)設(shè)備、通信系統(tǒng)設(shè)備等都會產(chǎn)生干擾。諧波干擾對地鐵運(yùn)營影響的事件在廣州地鐵就曾發(fā)生過，廣州地鐵一號線信號系統(tǒng)車載設(shè)備調(diào)試過程中，曾因諧波干擾，不得不通過改變地鐵電動車組濾波器參數(shù)來避免諧波干擾的影響；另外，諧波干擾也曾造成廣州地鐵接觸軌軌電位異常而中斷正常運(yùn)營。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)在城市軌道系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛，諧波干擾問題也顯得日益突出。 一般來講，諧波對容量相對較大的電力系統(tǒng)影響不很明顯，而對容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不可忽視，諧波污染對軌道交通信 號系統(tǒng)的危害是嚴(yán)重的，主要表現(xiàn)在： （ 1）諧波對供電線路產(chǎn)生了附加損耗。由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使線路電阻隨頻率增加而提高，造成電能的浪費(fèi)；由于中性線正常時流過電流很小，故其導(dǎo)線較細(xì)，當(dāng)大量的三次諧波流過中性線時，會使導(dǎo)線過熱、絕緣老化、壽命日期 故障種類 故障地點(diǎn) 故障內(nèi)容 處理結(jié)果 ATS 中心 中心大屛及調(diào)度員工作站接觸軌供電表示消失。 檢查 ATS 設(shè)備、通信前置機(jī)接口正 常，行調(diào)通知供電 ATS 中心 中心大屛及調(diào)度員工作站接觸軌供電表示消失。 檢查 ATS 設(shè)備、通信前置機(jī)接口正常，行調(diào)通知供電 ATS 中心 中心大屛及調(diào)度員工作站接觸軌供電表示消失。 檢查 ATS 設(shè)備、通信前置機(jī)接口正常，行調(diào)通知供電 ATS 第 26號站 第 27號站至第 25號站上行、第 25號站至第 26號站下行ATS顯示灰光帶。造成到晚4列（均 5分以上）、影響停運(yùn) 4列、調(diào)表 7個。 由于通信電源故障造成傳輸斷電。（直流開關(guān)柜整流模塊內(nèi)部短路故障，形成大電流致使整流模塊分路空開 和直流開關(guān)柜交流總輸入空開跳閘起保護(hù)，直流開關(guān)柜失電無直流輸出。） 基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) 縮短以至損壞； （ 2）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。對如發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱、機(jī)械振動和噪聲；對斷路器，當(dāng)電流波形過零點(diǎn)時，由于諧波的存在可能造成高的 di/dt，這將使開斷困難，并且延長故障電流的切除時間； （ 3）諧波使軌道交通供電的電 容器產(chǎn)生諧振。工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器比系統(tǒng)中的感抗要大得多，不會產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時，感抗值成倍增加而容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀； （ 4）諧波引起局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使上述危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重的責(zé)任事故； （ 5）諧波將使繼電保護(hù)和自動裝置出現(xiàn)誤動作，并使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差；諧波對其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大：如對附近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者出現(xiàn)噪聲，降低通信質(zhì)量，重者丟失信息，使通信系統(tǒng)無法正常 工作；影響電子設(shè)備工作精度，使精密機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量降低；設(shè)備壽命縮短，家用電器工況變壞等。 信號系統(tǒng)風(fēng)險因素統(tǒng)計(jì) 表 31 軌道交通信號系統(tǒng)風(fēng)險因素統(tǒng)計(jì) 序號 風(fēng)險因素 序號 風(fēng)險因素 1 外部因素影響 20 與軌道電路連接的部件絕緣部分破損 2 轉(zhuǎn)轍機(jī)碳刷接觸不良 21 布線不合理造成的網(wǎng)絡(luò)干擾 3 道岔摩擦電流不達(dá)標(biāo) 22 人為調(diào)整不良 4 道岔不方正 23 轉(zhuǎn)轍機(jī)換向器的換向片斷線 5 計(jì)軸故障恢復(fù)時的誤操作 24 道岔螺栓松動 6 軌道電路被金屬物件短路 25 道岔拱腰 7 軌道電路各部件接觸不良 26 計(jì)軸設(shè)備停電來電時的信息丟失 8 網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴影響 27 軌道電路絕緣部分破損 9 軌道電路元器件被擊穿 28 牽引電流影響軌道電路 10 軌道電路各部件斷線 29 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能配置不當(dāng) 11 計(jì)軸受擾 30 計(jì)算機(jī)硬件配置不當(dāng) 12 道岔嚴(yán)重吊板 31 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不當(dāng) 13 轉(zhuǎn)轍機(jī)自動開閉器拐軸變形 32 計(jì)算機(jī)病毒影響 14 轉(zhuǎn)轍機(jī)自動開閉器接點(diǎn)接觸不良 33 電纜絕緣不良 基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) 15 轉(zhuǎn)轍機(jī)插接件接觸不良 34 防雷及接地設(shè)施不良 16 道岔密貼調(diào)整不良 35 故障設(shè)備未及時更換 17 轉(zhuǎn)轍機(jī)電機(jī)換向器表面不清潔 36 計(jì)算機(jī)軟件沖突 18 道岔反彈 37 狀態(tài)不良設(shè)備未及時調(diào)整 19 計(jì)軸電纜故障 38 電源設(shè)備影響 4 軌道交通 CBTC 系統(tǒng)概率風(fēng)險評估 交通 CBTC 系統(tǒng)概率風(fēng)險評估的風(fēng)險分析方法采用故障模式及影響分析（ FMEA）和故障樹法（ FTA）。 FMEA 是一種可靠性設(shè)計(jì)的重要方法 ， 它實(shí)際上是FMA（故障模式分析）和 FEA（故障影響分析）的組合。對各種可能的風(fēng)險進(jìn)行評價、分析，以便在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上消除這些風(fēng)險或?qū)⑦@些風(fēng)險減小到可接受的水平 。而 FTA 是假設(shè)系統(tǒng)故障，分析可能的原因，是自上而下的，是針對整個系統(tǒng)而言的。 進(jìn)行 FMEA 分析要仔細(xì)到任何一種可能的故障形式，普遍分析可能發(fā)生故障對信號系統(tǒng)的影響。因此在概率風(fēng)險分析上首先進(jìn)行 FMEA，從而確定一切可能發(fā)生的嚴(yán)重故障，針對 FMEA 分析的結(jié)果在進(jìn)行 FTA。 故障模式及影響分析 定義系統(tǒng)。（ 1）定義系統(tǒng)和系統(tǒng)功能。收集盡可能多的與系統(tǒng)有關(guān)的信息，明確定義系統(tǒng)和系統(tǒng)功能，這是重要的一步，因?yàn)樗酗L(fēng)險評估都關(guān)系到系統(tǒng)如何無法達(dá)到預(yù)期的功能。（ 2）定義分析邊界并建立可靠性的框圖。清晰的定義邊界 可以防止因素被錯誤識別、重復(fù)和遺漏。要把系統(tǒng)分割成相對獨(dú)立的系統(tǒng)，建立可靠性的圖形來描述系統(tǒng)的功能，以及各子系統(tǒng)功能單元之間的邏輯關(guān)系，以便可以逐層分析故障模式產(chǎn)生的影響。 確定故障模式并評價影響。故障模式是指在系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及信號各部件發(fā)生故障或者潛在的故障，就是故障的表現(xiàn)形式。故障原因是指引起系統(tǒng)或者直接導(dǎo)致故障的原因，表現(xiàn)在物理、化學(xué)作用，設(shè)計(jì)、質(zhì)量缺陷、操作失誤以及其他的故障原因。需評價每個故障模式對信號系統(tǒng)的影響。故障影響可能是多方面，是沒個故障模式對信號系統(tǒng)使用功能所導(dǎo)致的后果，對于信號系統(tǒng) 來說可以基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) 將故障影響分為相應(yīng)的級別，比如災(zāi)難性的、危及的、臨界的、輕度的。確定故障探測方法以及補(bǔ)償措施。 確定故障探測方法以及補(bǔ)償措施。這也是 FMEA 非常重要的一部，如果故障的最終影響是危險的或者災(zāi)難性的，那么就要求糾正程序操作和啟用備用設(shè)備，這位系統(tǒng)故障和采用補(bǔ)償措施提供依據(jù)。根據(jù)分析結(jié)構(gòu)編制相應(yīng)的報(bào)告，包括建議分析和解決方法。 故障樹構(gòu)建方法 FTA 是有美國貝爾公司于 1962 年建立的一種分析方法，采用邏輯方法形象的進(jìn)行危險分析，該方法既可以定性分析也可以定量分析，其特點(diǎn)是直觀性強(qiáng)、簡單明確、邏 輯性強(qiáng)。它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一，充分的體現(xiàn)了系統(tǒng)工程方法來研究安全問題的預(yù)測性、準(zhǔn)確性以及系統(tǒng)性。 故障樹概述 故障樹是通過事件和邏輯門元素建立的一種邏輯因果關(guān)系圖。通過邏輯門把事件聯(lián)系起來，用事件來描述系統(tǒng)和元部件故障的狀態(tài)，表示事件之間的邏輯關(guān)系。構(gòu)建故障樹的主要目的是找出系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)或者設(shè)備的故障進(jìn)行預(yù)測和診斷，在設(shè)計(jì)或者運(yùn)行中采取相應(yīng)的措施，將系統(tǒng)故障消除或?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，故障樹分析方法是系統(tǒng)風(fēng)險評價、系統(tǒng)安全性分析以可靠性研究的一種常用方法。構(gòu)建故障樹首先定義 事件不希望發(fā)生的狀態(tài)，然后對可能發(fā)生的時間進(jìn)行分級和分類，逐級分析找出可能導(dǎo)致時間發(fā)生的所有可能，分析可能造成的后果，分析可能造成系統(tǒng)故障的各種因素，找出可以導(dǎo)致事件發(fā)生的所有途徑，從而來確定系統(tǒng)原因的各種組成，計(jì)算系統(tǒng)事故發(fā)生的概率，改進(jìn)設(shè)備、指導(dǎo)運(yùn)行和維修，采取相應(yīng)的措施。故障樹分析方式是風(fēng)險分析的基本方法之一，在演繹系統(tǒng)風(fēng)險過程中有以下幾特點(diǎn)： 圖形演繹的靈活性和直觀性。 FTA 通過圖形演繹在一定條件下形成邏輯圖例，清晰故障樹的圖形下圍繞特定的故障時間層層分析，從而表達(dá)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，此外 FTA 具有 很大的靈活性，可以分析引起故障的各種原因，不僅局限對系統(tǒng)的一般分析，而且還可以分析導(dǎo)致系統(tǒng)故障的途徑，利用 FTA 能找出系統(tǒng)的基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) 薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)風(fēng)險的關(guān)鍵部件。 可觀反應(yīng)和定量分析。故障樹的建立和分析過程，是對系統(tǒng)可觀深入認(rèn)識的過程，反應(yīng)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系，對于維護(hù)和管理來說是一個形象維護(hù)手冊。 FTA可以定量的計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的故障概率（頂事件的發(fā)生概率）。 比復(fù)雜，耗時長。 FTA 因?yàn)槭嵌嗨锌赡艿母F盡搜集，因此建造過程比較復(fù)雜，收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)比較困難，系統(tǒng)越復(fù)雜耗時也就越長，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員和 設(shè)計(jì)人員共同參與，本文由于時間、能力以及資料有限，故指針對軌道交通信號系統(tǒng)主要故障類別簡單建立故障樹。 建造故障樹的方法 要確定分析的對象和范圍，對象系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)之間的相互作用和關(guān)系，明確分析對象的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確定研究的方法和內(nèi)容，查找各子系統(tǒng)底部的風(fēng)險因素。構(gòu)建故障樹必須收集大量底層風(fēng)險因素作為依據(jù)，對整個系統(tǒng)有充分的掌握和了解，要確定故障分析的頂事件的內(nèi)容（在系統(tǒng)運(yùn)行中最不希望發(fā)生的事件以及系統(tǒng)危害性最大的事件），從系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)、安全性以及經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合考慮，在通過演繹來進(jìn)行故障樹建造 。 系統(tǒng)故障演繹是通過對查找到的風(fēng)險因素進(jìn)行邏輯層次規(guī)劃，是人們對系統(tǒng)分析過程中對查找的風(fēng)險因素的邏輯層次的劃分，其劃分應(yīng)該遵循影響程度由高到低，時間發(fā)生后果到原因的原則，具體步驟為： 找出中間事件并將頂時間作為輸出事件。一般情況下中間事件是由各子系統(tǒng)的風(fēng)險事件以外部影響、認(rèn)為因素等事件組成的，是直接導(dǎo)致頂事件發(fā)生的事件。然后將中間事件作為輸入時間，將頂事件作為輸出事件，并通過輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系用相應(yīng)的符號鏈接起來。 將下一層的中間事件作為輸入時間，在該層的中間事件作為輸出時間，根據(jù)它們之間的邏輯關(guān)系 用符號連接起來，這樣逐層重復(fù)，知道無法分層，最低層的事件就是底事件。然后將底事件、中間事件和頂事件用相應(yīng)的符號連接，最終完成故障樹。 構(gòu)建 CBTC 系統(tǒng)故障樹 基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) CBTC 系統(tǒng)出現(xiàn)故障作為研究的方向，將岔道故障和計(jì)軸故障、電路和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障以及公共部分作為故障的中間事件，將表 31 作為風(fēng)險因素的底部事件，將軌道交通不能正常運(yùn)行作為頂部事件。通過底部事件、中間事件以及頂部事件建立信號系統(tǒng)風(fēng)險故障樹。 總故障樹 圖 41 CBTC 總故障樹 岔道 及計(jì)軸故障樹 軌道交通無法正常運(yùn)行 岔道以及計(jì)軸故障 電路及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障 其他故障 外部因素 人為操作 狀態(tài)不良和維修不及時 故障設(shè)備未及時跟換 1 2 3 輸入 輸入 輸入 基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) 圖 42 岔道以及計(jì)軸故障樹 輸出 1 岔道以及計(jì)軸故障 維修問題 道岔病害 材質(zhì)不良 密貼不良 設(shè)備誤操作 信息丟失 電纜故障 計(jì)軸干擾 拐軸變形 電流不達(dá)標(biāo) 螺栓松動 環(huán)形器不清潔 道岔方向不正 道岔掉板 尖軌反彈 道岔拱腰 插件接觸不良 開閉器接觸不良 碳刷接觸不良 換向片問題 基于我國高鐵客運(yùn)市場需求分析的高鐵服務(wù)營銷產(chǎn)品和流程設(shè)計(jì) 電路及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障 圖 43 電路及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障樹