闕 明

0 引言

冗余設計有熱備冗余、溫備冗余和冷備冗余等。該技術(shù)是提高產(chǎn)品可靠性水平的有效手段之一。對產(chǎn)品進行冗余設計，就是對設計部分并聯(lián)相同（或不同）的單元、冗余單元和原單元實現(xiàn)相同的功能。

但是冗余設計并不是萬能的，而且會增加較大的成本，導致性價比和效能比的降低，那么在什么情況下采用冗余設計技術(shù)，在設計產(chǎn)品的哪個層面采用冗余設計，才能以最小的代價最大限度地提高設計產(chǎn)品的可靠性呢？筆者在下文中發(fā)表一些自己的看法。

1 局部冗余設計

從國內(nèi)外鐵路電氣化專業(yè)來看，變電所從外部電源、變壓器、開關(guān)設備、控制設備等均采用了冗余設計的理念，實現(xiàn)了冗余設計；而接觸網(wǎng)懸掛，由于其特殊性及性價比問題，整體的冗余設計是非常困難，也是沒有必要的，就目前世界范圍來看，可以稱得上是整體冗余設計的懸掛方案應該是前蘇聯(lián)設計的自動補償空間菱形懸掛接觸網(wǎng)，但是由于該懸掛造價等方面的原因，僅在外高加索地區(qū)局部應用，未能推廣應用。

國內(nèi)外專家提出了局部冗余設計的理念，并且通過理論計算證明局部冗余比整體冗余可靠性高，也就是說冗余設計應該從最基層單元做起，是給特定設計單元并聯(lián)一個完全相同的單元的設計方法。

2 局部冗余設計在定位裝置上的應用

接觸網(wǎng)可以分成接觸網(wǎng)懸掛、附加導線和接地回流3大系統(tǒng)，每個系統(tǒng)又是由各種不同作用的單元組成。與行車密切相關(guān)，其可靠性直接關(guān)系到運營安全的是接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)中的定位裝置單元。

2.1 接觸網(wǎng)定位裝置存在的問題

目前廣泛采用的接觸網(wǎng)定位裝置是由定位環(huán)、定位管、定位器及定位管斜拉線組成（如圖 1所示），該安裝方式也是完整的德系系統(tǒng)，其優(yōu)點是定位管可以自由抬升，在事故情況下，定位器抬升至極限限位后，可以通過定位管的抬升來防止弓網(wǎng)事故的進一步惡化，起到避免弓網(wǎng)事故擴大的效果；同時，平常運行中，由于定位器與定位支座、定位管與定位環(huán)是鉤環(huán)連接，從接觸網(wǎng)上傳至懸掛結(jié)構(gòu)的振動，在定位器、定位管間衰減，對保護定位器連接有積極作用。但是該結(jié)構(gòu)的缺點是定位管上的定位鉤與定位環(huán)間存在電弧燒蝕及磨損，極端情況下還會造成定位環(huán)、定位鉤斷裂；定位管斜拉線反復受力，極易疲勞，定位管斜拉線斷裂、壓接處脫落的情況時有發(fā)生。上述情況引起定位裝置整體脫落，將導致非常嚴重的弓網(wǎng)事故，甚至整個錨段的塌陷。

如何充分發(fā)揮該定位裝置的優(yōu)勢，避免上述事故的發(fā)生，利用局部冗余設計的理念，采用單元備份或其他方式，避免事故發(fā)生或在事故狀態(tài)下導向安全。

圖1 接觸網(wǎng)懸掛支持系統(tǒng)圖

2.2 局部冗余設計方案

（1）定位管拉線冗余設計方案。定位管拉線由原來的Φ6不銹鋼絞線，改為Φ3.5不銹鋼絲，結(jié)構(gòu)改為如圖2所示，定位管抬升時，不銹鋼絲拉線在安裝孔內(nèi)自由抬升，該結(jié)構(gòu)采用了冗余設計，雙拉線配置，同時避免了絞線的壓接、疲勞等問題。

圖2 定位管斜拉線冗余設計安裝及放大示意圖

（2）定位管與定位環(huán)安裝設計。在定位管與定位環(huán)間增設一個電連接，見圖3。該電連接有2種作用，一是導通腕臂與定位管之間的電流，這樣，加上定位器上的電連接，從承力索座—腕臂—定位管—定位器—接觸線間的電流通道被徹底打通，避免了該處由于鉤環(huán)連接造成電氣接觸不良，引起鉤環(huán)間電弧燒蝕的事故；二是該電連接線在考慮一定強度的基礎上，可以作為鉤環(huán)連接處的冗余，雖然在鉤環(huán)破壞后，該電連接線不能作為鉤環(huán)備用，但是可以起到牽制作用，避免定位管坍陷引起的重大弓網(wǎng)事故，將事故導向安全。

圖3 定位管與定位環(huán)間增加電連接線示意圖

3 結(jié)論

通過對冗余設計的理解，采用局部冗余設計的理念，對接觸網(wǎng)定位裝置局部單元進行冗余設計。從以上方案也可看出，在修改了定位管拉線結(jié)構(gòu)，定位管與定位環(huán)間增設電連接線后，不但彌補了接觸網(wǎng)定位裝置長期以來的薄弱環(huán)節(jié)，而且對懸掛整體的可靠性也有較大提高。

[1]孫懷義.冗余設計技術(shù)與可靠性關(guān)系研究[J].儀器儀表學報，2007，28（11）.

[2]孫懷義，王瑞，劉琴，等.冗余設計技術(shù)的有效性研究[J].自動化與儀器儀表，2007，（6）.