随着近年来我国高速铁路的飞速发展,以及“一带一路”战略的提出,海内外的投运的大规模、网络化的高速铁路将迎来一个全面运营维护的时期。牵引供电系统作为高速列车的唯一动力来源,其健康高效地服役至关重要,随着运营里程的累积、服役时间的增加和设备性能的退化,牵引供电系统的安全隐患必将逐渐暴露出来,维修维护压力也将与日俱增。而现有针对牵引供电系统的维修理论与技术的发展严重滞后,存在很强的“被动性”,包括:设备与系统的运行状态判断不准确、不全面;故障的判断与处理方式存在缺陷;维修维护模式十分落后。因此,亟需发展一种“主动性”的维护理论与技术,通过对牵引供电系统制定并实施主动维护策略,大大提高设备服役能力和系统工作效率,节约大量的运营维护成本,有效减少运营维护人员的工作量和工作压力,为海内外高速铁路向全面运营维护期的转型保驾护航。论文首先分析了高速铁路牵引供电系统在其服役运行和维修活动中表现出的多时空尺度性、动态性和随机性的特性。围绕这些特性提出了牵引供电系统主动维护的新理念,指出主动维护应围绕“全寿命服役周期的健康状态”来开展、主动维护具有大数据性、主动维护的决策过程具有多属性、主动维护的实施手段具有多阶段的普适性、主动维护策略应充分考虑现场实际情况并具有“量身定制”的特点。在此基础上构建了牵引供电系统主动维护的理论研究内容与技术实现途径,形成了牵引供电系统主动维护的理论框架。全面准确地掌握牵引供电设备和系统的健康状态是主动维护核心与基础,为此论文研究了高速铁路牵引供电设备和牵引供电系统的健康状态评估方法。采用层次分析法(The Analytic Hierarchy Process,简称AHP)构建了系统健康状态的分层分析模型,并利用模糊统计的方法,通过引入模糊隶属度来修正权重,以消除认知的随机性对评估结果的影响,将具有多时空尺度性的多源异构监测、检测数据统一为健康值,以逐层向上地评估各个设备、子系统以及系统的健康状态。实例分析结果表明,所提出的健康状态评估方法能全面、准确、直观、定量地表征牵引供电设备及牵引供电系统当前所处的健康状态。对于牵引供电设备的主动维护策略,服役于牵引负荷环境下的牵引供电设备在自身寿命衰退的同时也遭受着外部的负荷冲击,其故障失效由损耗型的软故障与突发型的硬故障共同导致。为此论文利用随机过程建立了牵引供电设备的服役性能退化及失效模型,结合软、硬故障的竞争失效机理推导了设备的可靠性指标,基于完全维修的模型假设提出了“监—检—修结合”的牵引供电设备主动维护策略,推导了经济性指标并定义了可靠度成本率来评价维护策略性能,研究了主动维护决策与优化方法,以通过优化决策变量达到维护策略的最佳性能。实例分析结果表明,对于以气体绝缘开关设备(Gasinsulated Switchgear,简称GIS)高压柜为例的牵引供电设备,可以通过配置其最优的检测周期和负荷冲击阈值,使主动维护策略达到设备可靠性和维护经济性之间的最佳平衡。为更精确地描述牵引供电设备的真实服役性能退化与故障失效过程,同时更切实地指导牵引供电设备主动维护策略的制定。论文考虑了软硬故障的耦合性、硬故障的时间阈值和不完全维修等现场实际情况,建立了软、硬失效时空耦合模型,用极限冲击模型和δ—冲击模型描述硬故障的时空双阈值,用耦合性描述了软故障中负荷冲击对寿命衰退的加速效应,基于特征函数的表达推导了设备可靠性指标,结合可靠性和可维护性推导了可用性指标,并定义了可用度成本率作为主动维护策略性能的评价,在此基础上研究了现场实际情况下主动维护决策与优化方法。实例分析结果表明,考虑不完全维修的牵引供电设备主动维护策略,不仅比完全维修模型假设下的主动维护策略更加贴近现场实际,还实现了对目前现场所采用的实际维修策略的有效改进。对于牵引供电系统的主动维护策略,论文对现阶段的和未来可能采用的牵引供电系统的维修方式及其优缺点进行分类与总结,建立了维修方式集,分析了系统在服役运行和维修活动中的各种属性,建立了影响因素集,提出应用网络分析法(Analytic Network Process,简称ANP)进行主动维护决策,在建立主动维护的ANP决策模型的基础上,对各维修方式进行综合权重的求取与排序,定量地给出了牵引供电系统维修方式的优先顺序。实例分析结果表明,该方法能准确而深刻地描述具有多层交错网络结构的决策客体,在保证决策过程中权重分配的客观合理性的基础上决策出牵引供电系统维修方式的最优排序。无论对牵引供电设备还是牵引供电系统的主动维护策略,采用灵敏度分析的方法,可以掌握决策优化结果随模型参数或权重分配的变化规律,以针对具有时间和空间差异性的牵引供电设备和系统,灵活地调整主动维护策略来达到最佳维护效果,实现了主动维护多阶段的普适性以及“量身定制”的特点。主动维护策略的研究,使牵引供电设备和牵引供电系统在其全寿命服役周期内能始终保持优良的健康状态,以用低成本、高效率的维护策略维持设备和系统的最佳服役性能,来保证牵引供电系统为高速铁路提供全天候、全方位的优质电能,从而保障海内外数万公里高速铁路的安全、可靠、经济运行。