TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.7, July 201 4, pp . 4954 ~ 49 6 2   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i7.498 3          4954     Re cei v ed O c t ober 2 9 , 201 3; Revi se d Febru a ry 15, 2 014; Accepte d  March 8, 20 14   A Reliability Evaluation of High Speed Railway Traction  Substation Based on the GO-FLOW Methodology      Li Liang, Feng Zhao, Sihua Wan g   Schoo l of auto m ation & el ectrical  e ngi ne erin g, Lanzh ou j i ao tong Un iver sit y Lanz ho u, GanSu 730 07 0, Ch ina   Corresp on din g  author, emai l: lian g l i kua ile @h otmail.com       A b st r a ct  In order to ass u re the u n interr upted p o w e r supp ly  of hig h  spee d railw ay, the rel i ab ility as sessme n t   of traction subs tation is ess ent ial  at the  desi g n stage. Bas e d  on the syste m  relia bil i ty eng i neer ing th eory,  a  new  system  reliabi lity analy sis m e th od called the GO-FLOW m e thodology  is appl ied in  the reli abilit y   assess me nt of traction su bstation  of hi gh s pee d rai l w a y. Consi der ing f a i l ure  and  dyn a m ic c haract e ri stics   over time of the co mp on ent s and shutd o w n correlatio n   of electrical  equ ip me nts  in  substation, o n  the  ana lysis of the  traction pow e r  supply syste m , the GO- FLOW chart of  traction p o w e r supp ly system is   establ ishe d by  taking the un interru pted p o w er supply  as  its target. T h eir op erators  sign al flow s and   oper ation r u les  are an aly z e d . Then, the q u a n titative a nd q ualit ative ass e ssme n t of reli a b ility ar e rea l i z ed ,   the w eakness  of system is de termi n e d . Thus, the reliab ility  eval uatio of hi gh-sp eed r a ilw ay traction p o w e r   supply system   is completed.     Ke y w ords :  hi g h  spee d railw a y , traction subs tation, GO-F L OW  method olo g y, relia bil i ty assessment     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Along  with t he la rge - scal e con s tru c tio n  an d o pera t ion of hi gh -spe ed  rail wa y, th e   probl em s of  safety and reli ability arou nd  peopl e a r concern ed. As the tran sfo r mation b r idg e  o f   three - ph ase alternatin current  (A C) power sup p ly system  and  singl e-p h a s e  electri c   syst em,  traction  sub s tation is eq uip ped  with a  large nu mbe r  of  impo rtant ele c tri c al e quip m ents. O n ce  the   equipm ents  g o  wrong, they  would  di re ctl y  affect the normal o p e r ati on of the hig h -spee d rail wa even ca use g r eat e c on omi c  losse s  [1-2]. Tractio n  su b s tation mu st  guarantee th e good  qualit y o f   power supply  and high reli ability, thus safety and  stability of  the running trai n co uld be en sure d.  The reli ability evaluation of trac tion power supply system was  con ducted by Fault Tree Anal ysi s   (FTA) i n  2 0 0 6  [3]. The  re liability and  eco nomy of t r actio n   sub s t a tion were e v aluated by t he  minimum  cut  set method  based on adjacent termin al  matrix in  2007 [4]. The reli ability evaluat ion  of main ele c trical  wiri ng in  traction  sub s tation wa s finishe d  with th e goal o r ient ed (G O) met hod  that is  simpl e  and clear i n  2009 [5]. In 2012,  a  rel i ability evaluation of met r o traction power  sup p ly sy ste m  was cond u c ted  by failu re mo de  and   effects  analy s is (F MEA)  a nd FTA  met [ 6 ].  Ho wever, hi g h -spee d rail way traction p o we r supply  system h a a n  importa nt feature,  whi c h  is   the obviou s   d y namic  ch ara c teri stic. In th e ab ov e references,  syste m  ri sk analy s is meth od s a r e   the static a n a lyse s. They  are tra d ition a l me thod and a r e diffi cult to de scribe the sy stem  dynamic cha r acteri stic  [7].   The p ape applie s a  n e relia bility analysi s   m e thod-GO -FL O W m e thod ology to  reliability anal ysis of the hi gh-spe ed rail way tra c ti on  sub s tation. Consi deri ng th at the failure  and   compl e x dyn a mic  ch aract e risti c s of n u m ero u s ele c trical  equip m e n ts; the  relia b ility evaluatio n of  the system i s   analyzed.  On  the anal ysis  of the tractio n  power  sup p l y   system ,   GO-FLO W  cha r t of  traction  po we r su ppl y system  is establi s he d b y  taki ng the u n int e rrupted  po wer suppl y a s  its  target.  Q uanti t ative cal c ulat ion of th e tra c tion  po wer  supply system   is re alize d t he steady-sta te   characteri stics of the sy stem are achiev ed, and t he  probabilities of  traction power  supply syst em   over all work time points  have bee n a c hieve d . Na mely the dynamic  reliabilit y analysis  a nd  reliability eval uation of high  speed rail way traction power  su pply system are com p leted.   In this pape r, it is shown  that the GO-FL O W  could  complet e  these a nalyses in the   traction   sub s tation sy ste m . And a n   example  of  analysi s   by the G O -F LO W m e thod ology is  pre s ente d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Reliability  Evaluation of High Sp eed  Rail way Tract i on Substation  Based on the… (Li Li ang)  4955 1.1. The Significant F eatures and  Fu nctions o f  G O -FL O W M e thodolog y   In the mid of  1980’ s, two  schola r s,  Ja pan' s M r . Matsuo ka  and  Michiyu k i K obaya s hi   Marin e  of research in stitut e in  To kyo, d e velope d the  basi c   con c e p t and al gorith m  on the  ba si s of  the re sea r ch  GO metho d , whi c h is differ ent from the GO  method, n a med G O -F LO methodol ogy [8], it is a new met hod for system relia bili ty analysis.   The GO -FL O W metho dolo g y posse sses the following  signifi cant fea t ures [9]:   a) G O -F LO W cha r t co rresp ond s to t he phy sical l a yout of a  system an d is easy to  con s tru c t and  validate;  b) Alteration s and upd ates  of a GO-FL O W  ch art are e a sily made;   c) Th e GO -F LOW  cha r t co ntains all p o ssible  system s operatio nal states;  d) The a nalysis is pe rform e d by one GO -FLO W ch art run by one co mputer.   The GO -FL O W metho dolo g y has the fol l owin g functio n s:   a) Analysi s  of  phased missi on pro b lem;   b) Identificati on of minimal  cut sets;   c) Uncertai nty  analysis;   d) Aging a nd  maintena nce effects.   It is a  kind  of effective, intuitive and  accura te m e tho d  of sy stem  reliability anal ysis. Th e   step s of anal yzing the sy stem by GO-F L OW meth odol ogy are a s  follows:  a) Establi s hi n g  a system of  GO-FL O W  chart;   b) Inputting o perato r  data  by the GO-FL OW cha r t;  c) Finishing  GO-F L O W  calcul ation  a n d   the stren g th of a  sign al  at all time poi nts of the  sy st em;   d) Acco rding  to the results  of calc ulation,  system ne ed s to be analy z ed.   For syste m   m odelin g,  fourt een different  types  of  ope rators h a ve b e en d e fined  cu rre ntly.  The fu nctio n s  of  the  GO  -  FLO W  op erato r s a r different from  those  of th e G O  o perators.   Becau s of the meani ng of  the sig nal in t he GO -F L O W metho dolo g y is complet e ly different from  that in the GO method s. The prin cipl es  of GO- FL OW operatio ns  can be refe re n c ed to refe re nce   [8]. The symb ols of o p e r ato r s i n  the G O -FLO W c hart  are  sh own  in  Figure 1. Th e  numb e r of th figure in the symbol mea n s  the ope rato r model s.  Type numb e r is greate r  than  20, in order  to   sho w  the differen c e o p e r a t or with GO  method.         Figure 1. Ope r ators in the  GO - FL OW  Methodol ogy       2. Main Equipment Reliabi lit y  Index of Tractio n Substa tion   From the viewpoi nt of reli ability, assum i ng  that all equipment s and the com ponents are  expone ntially distribute d . At the same time, afte r co ntinuou s wo rking, t hey already had sta b le  cha r a c teri stics. In addition,  assume that  t he traction  substatio n  is a  repai rabl e sy stem.   In an exampl e of a high-speed railway traction  sub s t a tion, the external p o wer  supply o f   220  kV level,  it use s  th AT po wer su pply mod e . T he mai n  ele c trical  wiri ng  o f  equipm ents is   sho w n in figu re 2. Visibly,  the system i s  not a  sim p l e  se rie s -p ara llel st ru cture, assumin g  that  reliability parameters of m a in ele c trical  equipm ents [ 10] are  sho w n in Table 1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  4954 – 49 62   4956     Figure 2. Sch e matic Di ag ram of Tra c tio n  Powe r Sup p ly System      Table 1. Reli ability Param e ters of Mai n  Equipments i n  Traction Substation    Basic Components  F a ilur e  Rate  /(Ti me/ y ea r)  Troubleshooting time/h  Local Pow e r A   0.8  11  Local Pow e r B   0.95  15  Bus 0.1  Isolating Sw itch  0.08  Circuit Breaker   0.12  Traction T r ansfor m er   0.03  90  Curre nt Tr ansfor m er   0.015   10      3. The Traction Substation Reliabilit y   Modeling Based on the GO-FLOW M e thodolog y   3.1. Sy stem  Analy s is   Tra c tion po wer supply sy stem is mainly  comp osed of  external po wer suppli e s, i s olatin g   swit che s , current tran sform e rs, SF 6   circu i t brea ke rs, traction t r an sfo r mers, b u ses  and oth e unit s   (Figu r e  1).  Traction  sub s ta tion is suppli ed by  t w o  ex ternal  po we rs, whi c are i ndep ende nt  and  reliabl e po we r sy stems. T h e po wers  ado pt 220 kV  voltage  cla ss  an d they are ho t standby e a ch   other. In trac t i on subs tation, the trac tion trans f or m e rs use V/V  con nectio n  form s (It is a m ode  of  con n e c tion  wi th two  singl e-pha se tran sfo r mers li nki ng  three - ph ase  power  syste m  in the  way of  V, each tra c ti on su bstatio n  can b e  achi eved po we r sup p ly by the two-p h a s e voltage in thre e- pha se po we r supply syst em. The se conda ry wi ndi ngs of the transfo rme r , one end lin ke d to   depi cting two - pha se b u s o f  the traction sub s tation,  a nd the other  end linked to  the return lin es   with a comm on termi nal conne cted to  rail. At this  time, the voltage  of phase a r ms is  60). T h ere   are four  sing le-ph a se traction transfo rmers in  tract i on sub s tatio n , two of th em are ru nni ng,  others are fixed and  set aside. T he bu s 1, 2 provide p o we r to up an d down line s  by four feede rs.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Reliability  Evaluation of High Sp eed  Rail way Tract i on Substation  Based on the… (Li Li ang)  4957 3.2. Establis h GO-F L O W  Char t for Tr a c tion Subs ta tion   On the  b a si of the  prin cipl es  of the  GO -FLO W m e tho dology, in  co mbination  wit h  Fig u re   1 and Fig u re  2, at the same time, con s ide r ing t hat electri c al  e q u i pments of  traction sub s ta tion   have certain  life, namely consi deri ng th e ch ang of  the failure  probability of compon ents  with  time. The  GO -FLO ch art  of tractio n  p o w er supply  sy stem i s  e s tab lishe d. The  G O -FL O W cha r is sh own in Figure 3.   Becau s of  variou s com pone nts of t he sy stem, the pa per  ad opts that a n  operator  rep r e s ent s the equivale nt unit com p ri se d of severa l serie s  compo n ents. To  simp lify the struct ure   of the GO -F LOW  ch art,  each op erato r  is  rep r e s en ted by a co mpoun d nu m ber: Th e nu mber  above the h o rizontal line  repr esents t he type of operato r , and  the numbe r below the li ne  desi gnate s  e a ch o p e r ator.  The num be rs on the  c o n nectin g  line s   identify the si gnal s. The fi na sign al is si gn al No.15. Each operator in  Figure 3 is de scribe d detail ed in Table 2.       Table 2. The  Operators in  GO - FL OW  Cha r Serial Number   T y pe   Series Equipments  1 25  Ex ternal Po wer  A Isolatin g  Sw itch G 1 Curre nt Tr ansfor m er LH1   SF 6 Circuit Break er DL1 2 25  Ex ternal Po wer  B Isolatin g  Sw itch G 2 Curre nt Tr ansfor m er LH2   SF 6 Circuit Break er DL2 Traction T r ansfor m er T1   3 21  Curre nt Tr ansfor m er LH3   SF 6 Circuit Break er DL3 Isolatin g  Sw itch G 3 Traction T r ansfor m er T2   4 21  Curre nt Tr ansfor m er LH4   SF 6 Circuit Break er DL4 Isolatin g  Sw itch G 4 Traction T r ansfor m er T3   5 21  Curre nt Tr ansfor m er LH5   SF 6 Circuit Break er DL5 Isolatin g  Sw itch G 5 Traction T r ansfor m er T4   6 21  Curre nt Tr ansfor m er LH6   SF 6 Circuit Break er DL6 Isolatin g  Sw itch G 6 72 2 O R  G a t e 82 2 O R  G a t e 92 1 B u s  1 10 21 Bus 2 11 21  Isolatin g  Sw itch G 7 SF 6 Circuit Break er DL7 Curre nt Tr ansfor m er LH7   12 21  Isolatin g  Sw itch G 8 SF 6 Circuit Break er DL8 Curre nt Tr ansfor m er LH8   13 21  Isolatin g  Sw itch G 9 SF 6 Circuit Break er DL9 Curre nt Tr ansfor m er LH9   14 21  Isolatin g  Sw itch G 1 0 SF 6 Circuit Break er DL10   Curre nt Tr ansfor m er LH10   15 30 AND Gat e 16 25 The time interval  bet w een t w o time points in succe ssion   17/18/19/20/ 21/2 3 /22/23/24/2 5 /26   35 Component f a ilure over time  w o rk       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  4954 – 49 62   4958     Figure 3. The  Simplified GO - FLO W  Ch art for Tra c tio n  Powe r Sup p ly System      3.3. Model Analy s is and  Parameters Calcula t ion   Tra c tion po wer su pply syst em is a re pairable sy stem. Since the fail ure of a comp onent,  the traction  substatio n  ma y stop wo rkin g, or t he ope ration of other  comp one nts  of system wo uld  be stop ped.  Namely, in a repai ra ble sy stem, the lo ckout featu r es  need to be  co nsid ere d . Tha t  is  to say, some  parts of e quip m ents have  shutdo wn correlation [8].  In Figu re  3,  whe n  the  op erato r   rep r e s ents  equival e nt unit that  is co mpri se d o f  seve ral  seri es parts,  the cal c ul ation method of  reliability paramete rs needs to  be improved. Assumi ng   that the operator co rrespo nding to M rel a ted se rie s  p a rts, whi c h th e numbe r of seri es  stru ctu r e’s  shutd o wn st oppa ge I is  1. Becau s of con s id e r in downtime asso ciation of  comp one n t s ,   tandem  stru ct ure failu re  m ode i s  only o ne compo n e n t fails. The r e are not o ccurred that two or  more  com p o nents i n  failure at the sam e  time. So the failure  rate  and repai r rate ratio i s  the  su m   of all p a rts rate an d repa ir rate ratio [ 8 ]. Setting Si  is mean  repai ring time,  Si is t he me an  repai rin g  rate So failure rate of se ries  e quivalent unit   R and mea n  repairi ng time   R  meet type (1),  (2):     R1 2 1   M Si S S SM i         ( 1 )     RR 1  M Si Si i           ( 2 )     Or RR 1  M Si Si i among the m 1 Si Si   The outp u t si gnal’ s  su cce s s state  pro b a b ility value of seri es  equival ent unit P R (1) meets  ty pe (3):       R RR 1 (1 ) 1 P          ( 3 )     The output  signal failure st ate prob abilit y value P R (2) meets ty pe (4 ):      RR R RR (2 ) 1  P          ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Reliability  Evaluation of High Sp eed  Rail way Tract i on Substation  Based on the… (Li Li ang)  4959 The reli ability param eters of series  connec tion struct ure as shown in Table 3.      Table 3. The  Tande m Stru cture  Relia bili ty Parameters of the Ope r ator  Oper ator  Number   F a ilur e   Rate/   (times/ y ear )   Repair Rate/ 1 h   Normal Work of t he  Probabilit y / Probabilit y  of Bre a kdown  Maintenance  1 1.0150   1.062827e -1   99.89110   0.108900   2 1.1650   7.766667e -02 99.829060 0.170940   3/4/5/6  0.2450   7.101449e -02 99.960632 0.039368   11/12/13/14  0.2150   7.101449e -02 99.991439 0.008651       In this exa m p l e, assumi ng  that power A   clo s ed 10 ho urs  later, po wer  i s  con n e c ted.  In   traction  sub s t a tion power  supply system , we decla re  five time points. Time poin t  1 is an initia time point, th e syste m  ha s not sta r ted  any actio n ; a t  time point 2 ,  the system  bega n to work,  remem b e r ed  it is the actu al time of zero momen t. At this  time, external power  A is  c o nnec ted,   two tran sform e rs a r e runni ng. Time poin t  3 is 10 hour s after time p o int 2; Point 4 is followed b y  a  time point  conne cted to  external  power B after  p o int 3, at th e point, exte rnal  power  B is  con n e c ted, the other two standby tran sforme rs  b ega n to work; Ti me Point 5 is 10 hours after  time point  4. We  a s sume  that invalid  rate    of ele c t r ical  eq uipme n t in tra c tion  su bstatio n  i s   con s tant. Th e op erato r  types,  paramet ers an d m e a n ing s  of tract i on po we su pply sy stem  are   sho w n in Ta b l e 4.      Table 4 Op erator data of the tr act i o n  po wer  sup p ly  sy st em    Serial numbe r  T y pe Paramete r Meanin g   1 25 R(2) = 0.9 989110 0,R(t) = 0( t 2) Connected to e x t e rnal  p ow er  A   g e nerato r   2 25 R(4) = 0.9 982906 0,R(t) = 0( t 4) Connected to e x t e rnal  p ow er  B   g e nerator  21  Pg=0.99960632   Equivalent series unit of T1   4 21 P g =0.99960632 Equivalent series unit of T2   5 21 P g =0.99960632 E q uivalent series unit of T3   6 21 P g =0.99960632 Equivalent series unit of T4   7 22  —  Or  gat e   8 22 Or  g at e   9 21 P g =0.999893 Bus 1  10 21 P g =0.999683 Bus 2  11  21  Pg=0.99991439   Series equivalent sw itch unit 7   12 21 P g =0.99991439 Series equivalent sw itch unit 8   13 21 P g =0.99991439 Series e q uivalent sw itch unit 9   14 21 P g =0.99991439 Series equivalent sw itch unit 10   15 30  —  And  gate   16 25  R(3)=10 h ,R(5 )=1 0h,R(t)=0 (t 3,5) Time interval signal generato r   17 35  =0.001   Running e x ternal  po w e r A eq uivalent unit  18 35  =0.002   Running e x ternal  po w e r A eq uivalent unit  19 35  =0.003   Running T1 e quivalent unit  20 35  =0.003   Running T2 e quivalent unit  21 35  =0.003   Running T3 e quivalent unit  22 35  =0.003   Running T4 e quivalent unit  23 35  =0.001   Running 7 series  equivalent sw itch unit  24 35  =0.001   Running 8 series  equivalent sw itch unit  25 35  =0.001   Running 9 series  equivalent sw itch unit  26 35  =0.001   Running 10 serie s  equivalent sw itch unit  Note: T1, T2, T3, T4 means   tra c tion tran sform e symb ols,   Pg means normal probability in  workin g of eq uivalent units.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  4954 – 49 62   4960 4. Reliabilit y   Analy s is of Traction S ubstation Based on the  GO  - FLOW Methodolog y   4.1. Quantitativ e  Calculation of  Substation Reliabilit y  E v aluation  Operation pro c e ss of GO -F LOW meth od ology  start s  from the signal  generator (o perato r   1 and  ope rat o r 2 in  figure  3), alon g wit h  the si gnal l i ne sequ en ce . Acco rdin g to the op erati on  rule [8], we cal c ulate   the output sign al one by  on e f o ope rato which  is on  all   time poi nts  u n til  the final  sig n a l. Setting  R(t) is the  stren g th of the   o u tput si gnal  at t i me t, S(t) is  given p r io rity to   the main inp u t  signal at tim e  t, P(t) is the  input si g nal  of the intensit y at time t. Th e ope rators 2 1 22, 30, 35 are use d  in the paper. Th eir algorithm a r e sh own in formul a (5 ) to formula (8 ). In  repai ra ble sy stem reli ability analysis, trouble - fre e  worki ng time and re pairi ng  time of each  comp one nt o f  system  a r both o bey  expone ntial di st ribution.  Nam ed failu re  rat e  an rep a ir  rate , they are constant. Rel i ability characteristic s of sy stem shown as  form ulas (9)~(14).   Operator al go rithm of type 21:      g () ()  Rt S t P           ( 5 )     Operator alg o rithm  of typ e  22:  Supp o s in g  you  ha d M i nput  si gnal s a nd th ey we re   indep ende nt from ea ch oth e r.       1 () 1 [ 1 ( ) ]  M j j Rt S t          ( 6 )     Operator  alg o rithm of typ e  30: Supp o s ing  yo u ha d  M input  sig nals, a nd th ey were   indep ende nt from ea ch oth e r.       j 1 () ( )  M j Rt S t           ( 7 )     Operator alg o rithm of type 35: Input signal S( k t ) before the time t affects the output   s i gnal intens ity R(t).      ( ) ( ) exp{ ( ) m i n [ 1.0 , ( ) ( ) ]}   ik k ik t R tS t P t S t S t       ( 8 )     Among them,    represents  failure possibility over  time work. As t he elem ent i n  the  failure probability per unit ti me, named the failure rate.  The average  trouble - fre e  worki ng ho urs      MTBF= 1           ( 9 )     Average repa iring time:      MTTR= 1           ( 1 0 )     The average l i fe cycle      M C T = M T B F + M T T R          ( 1 1 )     The average  prob ability of work       MT B F MCT  A          ( 1 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Reliability  Evaluation of High Sp eed  Rail way Tract i on Substation  Based on the… (Li Li ang)  4961 The average  prob ability of shutd o wn       _ M TTR MC T  A          ( 1 3 )     The failure rate       _ 1 MC T   fA A          ( 1 4 )     Formul as (5)-(14)  are used to  cal c ulate  the stat probability a nd the  probability of  stren g th of th e sig nal flo w  15 (output  signal) at  all ti me poi nts q u antitat ively. The qu antitative   asse ssm ent of  the relia bili ty  of  the tract i on  sub s tatio n  could  b e   completed.  He re, d u ing  to t h e   limitation of space, we  do n’t make it a  tautol ogy. Th e cal c ul ation  results  of tra c tion  sub s tati on  reliability parameters are sho w n a s  Ta ble 5, the cal c ulatio n re su l t s of signal  strength a r sh own   as Tabl e 6.  Table  6 sho w s that time p o i nt 1 as the in itia l time, the system  doe not take  any  action,  so the si gnal  flow inten s ity is ze ro; the si gnal flow  st re ngth of syste m  sha r ply de cline s  in the time   point 2 to poi nt 3, the in crease of failure probability  of system  in  point 2 to  poi nt 3 i s  faster  than  time point 4 to point 5.That is beca u se the  system  launch e s a n o ther sta ndb y power  sup p ly  bran ch  of the external  p o we r supply  B. The sy st em be com e s into a internal sy stem t hat  contai ning p a rallel re dun dant  seri es-parall e re lat i onship s  fro m  a si ngle  se rie s  pa rallel  relation shi p . Signal flow  strength of th e system  re d u ce signifi cantly. It is co nsi s tent with  the   actual situatio n.      Table 5. Cal c ulation Reliability Parame ters Results  of Traction  Substation   Reliability  Param e ters  Signal 15  Average  prob ability  of w o rk  / %   99.959376   Average prob ability   of shutdo w n  / %   0.040624   Average numbe of failure (f/ a- 1)   1.263000   Failure Rate   1.263771   Repair Rate   0.354984   Average Working  Time/h   6391.6356   Average Repairi ng Time /h   2.817   Average life cy cl e /h  6934.453       Table 6. Cal c ulation Results of Signal St rength in Su b s tation Power Supply System  Time  Point  2 3 4 5  Actual  Time/h Initial 0  10  10  20  Strength of th e signal 15  0.0  0.99279191   0.99089162   0.99043702   0.98992608       4.2. Reliability   Qualitativ e  Assessment of  Substati on  The prin cipl e s  of GO-FL O W  are u s ed i n  the  process of qualitative calcul ation. Becau s of the p r oba b ility of input operator s a n d  functio n  o p e rato rs  are zero,  we tho u ght that they  are  not existed  a nd not i n cl ud ed in th e stat e of the  co rre spo ndin g  op e r ator  num bers. So they  wo uld  not pa rticipat e in op eratio ns of  state  combinat io n, there b y the n u mbe r of st ate co mbinati ons  are  re du ced.  Thus the  op e r ational  p r o c e s s woul d  be   simplified.  Th ere  are m u ltiple  comp one nts  in seri es e q u i valent units  of the syste m . T heir min i mum cut s  a r e gen erated  by qualitatively  analyzi ng of equivalent un its. Duing  to the re straint of  the paper, o n ly  six of the m  are given. First   cut  set of  sy stem  as sho w n i n  Ta ble  7. The   corre s po ndin g  op erato r  of th symbol  ha been   listed in the G O –FL O cha r t.            Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  4954 – 49 62   4962 Table 7. Qual itative Assessment in First Cut Set  Serial Number   Cut set orde r nu mber   Inside the cut set operato r  s y mbol 1 1  G(Bus  1)   2 1  H(Bus  2)   3 1  I(Isolating Sw itch  G7, SF 6 Circuit Breaker DL 7, Cur r ent  Transform er LH 7 )   4 1   J(Isolating Sw itch G8, S F 6 Circuit  Breaker DL8 ,  Cu rrent  Transform er LH 8 )   5 1   K(Isolating Sw itc h  G9, S F 6 Circuit  Breaker DL9 ,  Cu rrent  Transform er LH 9 )   6 1     L(Isolating S w itch G10, SF 6 Circ uit Breaker DL10 , Curre nt  Transform er LH 1 0 )       5. Conclusio n   In the paper,  GO-F L O W  m e thodol ogy is applied to th e reliability a nalysi s  and rese arch   of high spee d rail way tra c tion  sub s tati on. It enrich e s the m e th ods  of tracti on po we r su pply  system  relia bi lity studying a nd br oad en s the re se arch t r ain of th o ugh t. The main  concl u si on s are   as follo wing  several a s pe ct s:  (1) Con s ide r i ng the  dyna mic  ch ara c te ristic,  the fail ure  rate  an d  do wntime  re lation of   many ele c trical equip m ent s and ta kin g   uninterru ptib le power  sup p ly of tractio n  as a  goal,  the  simplified  GO -FLO ch art  is e s tabli s he d .  Quantitat ive  cal c ulatio n o f  the relia bility of the sy ste m   has b een fini she d . The si g nal flow pa ra meters, t he strength of the  output sig nal  flow at vario u time points a nd the syste m  of minimum cut se ts h a v e been achi eved. The evaluation go al s are   clea r and fo cuse d;  (2) T he failure process of  parts i n  worki ng  is  simul a ted. The probability of the norm a operating sy stem in the whole ope ratio n  pro c e ss h a s  bee n cal c u l ated. With the increa se  of  system  compl e xity, working  proba bility is drop ped.  It is con s i s tent wit h  the actual  situation.  (3) Qu antitatively and q ual itatively evaluating fo r the  reliability of th e tra c tion  su b s tation   had  bee n a c hieved. Q uan titatively reliability cal c ulat i on  of syste m  in  a given wo rkin g con d itio ns  had bee n co mpleted. Thu s , the wea k n e sse s  of  system had bee n  found out. It  woul d provid e an  optimal de sig n  scheme of t he tractio n  su bstation.       Ackn o w l e dg ement  This research is su ppo rte d  by rese arch  and devel o p ment of sci ence and te chnolo g plan proje c t of China Railway Corp oratio n (201 3 j 010  - E). Any opinion s or findi ngs of this  work  are the responsibility of the author s, and do not necessarily reflect  the views  of the sponsors or  colla borators.       Referen ces   [1]  He Hu a w u. R e searc h  of Chin a' s high-s p eed ra il tech n o lo g y  s y stem s  establis hin g Journa l an d   econ o m y of rail w a y trans.  2006; 28(12): 1-1 0 .   [2]  Li Qunzh an,  Lia n  Jisan, G ao Shi b i n . Hi gh-sp eed r a il w a y   el ectrifica t ion en gi neer i ng. Che n g du:  South w e s t Jiao tong Un iversit y . 2006.   [3]  Che n  Sh aok ua n, Mao  Bao h u a , He  T i anjia n, Li u Ji anf e ng  e t c. Based  on  fault tre e  a n a l ysis of tracti o n   po w e r supp l y  s y stem rel i a b il ity ev alu a tio n Journ a l of railw a y . 2006; 28( 6): 123- 128.   [4]  Jia Xia ona n, Wu Jun y on g, Liu Hai j u n .The reli ab ilit eval uatio n of hig h -spe ed ra i l w a y tractio n   substatio n  mai n  electric al  w i r i ng.  Journ a l of  electrifi ed rai l w a y.  2007; 6: 1- 5.  [5]  Li J unzh i . T r action s ubstati o n  re lia bil i t y  re search  bas ed   on th e GO m e thod.  Ch eng d u : south w e s t   Jiaoto ng U n ive r sit y . 20 09.   [6]  Hu Haita o , Gao Z haoh ui, He  zhen g y o u  etc.  Metro  traction po w e r supp l y   s y stem rel i ab ili t y  eval uati o n   base d  on the F T A  and F M EA method. 20 12;  (10): 2-4.   [7]  SlU N. Risk as sessment for dy namic s y stem s: An overvie w .   Reli abi lity en gi neer ing  and sy stem safety 199 4; 43: 43-7 3 [8]  Shen Zupei, Huang  X i angr ui. T he principle an d application of the GO me thod. Beijing: tsinghua  Univers i t y , 2 0 0 4 [9]  Matsuoka T ,  Koba ya shi M. T he GO-F L OW  relia bi lit y   an al ys is method ol og y anal ys is of Co mmon caus e   failur e s w i th  un certaint y.  Nucl ear Eng i n eeri n g and D e si gn . 199 7; 175: 20 5 - 214.    [10]  Linfe i . Inde x s ystem  of reliab ili t y  an d the rel i a b ilit y a nal ys is  o f  traction po w e r suppl y s y ste m . Cheng du:   South w e s t Jiao tong Un iversit y . 2006.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.