تحلیل جامع قابلیت اطمینان و تعیین نقاط بحرانی سامانه های برق اضطراری ایستگاه های مترو با استفاده از FMEA و Fault Tree

تداوم تامین انرژی الکتریکی برای تجهیزات حیاتی ایستگاه های مترو یکی از الزامات اساسی در بهره برداری ایمن و پایدار از سامانه حمل ونقل ریلی شهری است. در شرایط عادی، شبکه برق اصلی وظیفه تامین انرژی مورد نیاز ایستگاه را بر عهده دارد، اما در زمان قطع شبکه، افت شدید ولتاژ، خطاهای گسترده یا سایر شرایط اضطراری، بخش قابل توجهی از تجهیزات حیاتی باید از طریق سامانه های برق اضطراری به فعالیت خود ادامه دهند. این سامانه ها معمولا شامل دیزل ژنراتورها، تابلوهای توزیع اضطراری، منابع تغذیه بدون وقفه، شارژرها، بانک های باتری، سامانه های جریان مستقیم، تجهیزات انتقال و توزیع، کلیدهای انتقال، سیستم های حفاظتی و تجهیزات کنترلی هستند. قابلیت اطمینان هر یک از این اجزا و همچنین نحوه ارتباط و وابستگی متقابل آن ها، مستقیما بر قابلیت اطمینان کل سامانه اثر می گذارد.یکی از مشکلات اصلی در ارزیابی قابلیت اطمینان سامانه های برق اضطراری آن است که خرابی یک تجهیز لزوما به معنی از دست رفتن کامل عملکرد سیستم نیست. برخی تجهیزات دارای افزونگی هستند و خرابی آن ها می تواند بدون ایجاد اختلال محسوس تحمل شود، در حالی که خرابی یک تجهیز کوچک اما بدون جایگزین، مانند یک کلید انتقال، شارژر یا مسیر تغذیه خاص، ممکن است موجب از دست رفتن یک عملکرد حیاتی شود. از این رو، صرفا بررسی نرخ خرابی تجهیزات برای شناسایی نقاط بحرانی کافی نیست و باید اثر هر خرابی بر عملکرد نهایی سامانه نیز بررسی شود. در این مقاله قابلیت اطمینان سامانه برق اضطراری یک ایستگاه مترو با استفاده از دو ابزار مهندسی زیر استفاده شده است: Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) و Fault Tree Analysis (FTA) در روش FMEA، اجزای مختلف سامانه از نظر حالت های خرابی، علل خرابی، آثار محلی و سیستمی، روش های تشخیص، قابلیت کشف خرابی و اهمیت آن ها بررسی می شوند. سپس با استفاده از تحلیل درخت خطا، مسیرهای منطقی منتهی به رخداد بالادستی «از دست رفتن تغذیه تجهیزات حیاتی ایستگاه» شناسایی می شوند. در این روش، علاوه بر خرابی منفرد تجهیزات، اثر همزمانی چند خرابی، وابستگی منابع، خرابی سیستم انتقال، خطاهای انسانی و ضعف نگهداری نیز مورد توجه قرار می گیرد.نتایج تحلیل نشان می دهد که نقاط بحرانی سامانه الزاما پرمصرف ترین تجهیزات نیستند، بلکه تجهیزاتی که خرابی آن ها موجب قطع یک مسیر حیاتی، عدم انتقال به منبع پشتیبان یا از دست رفتن همزمان چند مصرف کننده می شود، اهمیت بیشتری دارند. بر اساس نتایج FMEA و FTA، تجهیزاتی مانند کلیدهای انتقال، شارژرها و سامانه های باتری، تابلوهای توزیع اضطراری، مسیرهای مشترک تغذیه، کنترلرهای اصلی و در برخی شرایط دیزل ژنراتور می توانند نقش تعیین کننده ای در قابلیت اطمینان سامانه داشته باشند.در ادامه، یک راهبرد نگهداری مبتنی بر ریسک برای تجهیزات بحرانی پیشنهاد شده است که در آن تناوب بازرسی، آزمون عملکردی، پایش وضعیت، تست باتری، تست انتقال منبع و کنترل پارامترهای دیزل ژنراتور بر اساس میزان بحرانی بودن تجهیز تعیین می شود. رویکرد ارائه شده می تواند به عنوان یک چارچوب عملی برای اولویت بندی فعالیت های نگهداری و کاهش احتمال از دست رفتن همزمان تجهیزات حیاتی در ایستگاه های مترو مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

قابلیت اطمینان ، برق اضطراری ، ایستگاه مترو ، تحلیل ریسک.