一種城軌接觸網(wǎng)故障分析方法及系統(tǒng)

摘 要：文章通過對城軌接觸網(wǎng)故障時(shí)繼電保護(hù)、鋼軌電位、重合閘動(dòng)作情況的分析，提取了變電所內(nèi)故障、接觸網(wǎng)本體故障、車輛故障這三種類型故障發(fā)生時(shí)鋼軌電位、自動(dòng)重合閘、繼電保護(hù)動(dòng)作的不同特征，結(jié)合故障大數(shù)據(jù)分析，得出相關(guān)故障的發(fā)生概率。根據(jù)故障分析算法進(jìn)行軟件編程，使分析軟件根據(jù)接觸網(wǎng)故障時(shí)的動(dòng)作數(shù)據(jù)給出可能的故障原因及其概率，從而解決了目前發(fā)生接觸網(wǎng)故障時(shí)無法及時(shí)區(qū)分所內(nèi)設(shè)備故障、接觸網(wǎng)本體故障、車輛故障的問題，實(shí)現(xiàn)對城軌接觸網(wǎng)故障的快速分析，縮短城軌接觸網(wǎng)故障判斷和處理的時(shí)間。

關(guān)鍵詞：城市軌道;接觸網(wǎng);供電;故障;分析

中圖分類號：U226.5+1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

城市軌道交通在運(yùn)營的過程中會(huì)發(fā)生不同原因的接觸網(wǎng)跳閘故障，由于接觸網(wǎng)在城市軌道交通供電系統(tǒng)中無備用冗余，一旦發(fā)生停電故障，就會(huì)對城市軌道交通運(yùn)營造成重大影響。引起接觸網(wǎng)跳閘故障的原因大致可分為所內(nèi)設(shè)備故障、接觸網(wǎng)本體故障、車輛故障三種故障類型，三種故障類型又可根據(jù)不同故障元件分成若干原因。

在牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)生接觸網(wǎng)本體故障，其可能造成的影響最為嚴(yán)重，需要在瞬時(shí)故障未發(fā)展成永久故障前進(jìn)行排查，及時(shí)消除故障隱患;如果是所內(nèi)故障造成的接觸網(wǎng)跳閘，通常可采取相應(yīng)措施消除對接觸網(wǎng)供電的隱患，但如果不及時(shí)采取措施則可能會(huì)導(dǎo)致接觸網(wǎng)多次跳閘并有機(jī)率造成重合閘不成功;如果是車輛故障，則可采取將故障車及時(shí)下線的措施避免故障的發(fā)生，反之則可能會(huì)在故障車輛運(yùn)行的過程中再次引起接觸網(wǎng)跳閘。

目前，發(fā)生接觸網(wǎng)故障跳閘后需要專業(yè)人員分別對接觸網(wǎng)本體、所內(nèi)設(shè)備、故障區(qū)內(nèi)的車輛分別進(jìn)行檢查，尋找故障點(diǎn)，以此來判斷故障原因。整個(gè)過程耗時(shí)耗力，在沒有找到故障原因之前無法有針對性地采取防范措施，甚至可能造成故障的擴(kuò)大。因此，能夠快速對接觸網(wǎng)故障進(jìn)行追根溯源就顯得十分重要。

1 故障分析步驟

為了實(shí)現(xiàn)對接觸網(wǎng)故障的快速分析定位，從數(shù)據(jù)收集、故障判別方法、計(jì)算機(jī)分析等方面確定了以下五個(gè)實(shí)施步驟：

步驟一：收集整理城軌接觸網(wǎng)故障的歷史數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫。

步驟二：結(jié)合接觸網(wǎng)故障大數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建判別方法，分別計(jì)算變電所內(nèi)相關(guān)設(shè)備故障、接觸網(wǎng)本體相關(guān)故障、車輛故障發(fā)生的概率，并為城軌接觸網(wǎng)故障分析系統(tǒng)執(zhí)行計(jì)算程序時(shí)提供數(shù)據(jù)調(diào)用。

步驟三：基于電力監(jiān)控系統(tǒng)獲取接觸網(wǎng)故障發(fā)生時(shí)繼電保護(hù)、鋼軌電位、自動(dòng)重合閘動(dòng)作情況。

步驟四：將繼電保護(hù)、鋼軌電位、自動(dòng)重合閘動(dòng)作情況與構(gòu)建的判別方法進(jìn)行比較判斷。

步驟五：根據(jù)比較判斷的結(jié)果確定接觸網(wǎng)故障的可能原因及故障的發(fā)生的概率。

其中，步驟二至步驟五通過計(jì)算機(jī)軟件編程，實(shí)現(xiàn)故障分析方法，能夠快速獲得分析結(jié)果。

2 故障分析方法

通過對城軌接觸網(wǎng)故障歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了以下七種故障類型的判別方法，分別是：

類型一：構(gòu)成雙邊供電的接觸網(wǎng)兩側(cè)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作（除一側(cè)被聯(lián)跳）的情況下，可以排除所內(nèi)設(shè)備故障;接觸網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作類型包括大電流脫扣、Imax、DDL之一或幾種;對上述情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出不同保護(hù)、重合閘動(dòng)作情況下接觸網(wǎng)本體故障與車輛故障的概率。

類型二：構(gòu)成雙邊供電的接觸網(wǎng)發(fā)生一側(cè)保護(hù)動(dòng)作另一側(cè)保護(hù)被聯(lián)跳或單邊供電的接觸網(wǎng)發(fā)生保護(hù)動(dòng)作的情況下，鋼軌電位同時(shí)動(dòng)作，可以排除所內(nèi)設(shè)備故障;一側(cè)保護(hù)動(dòng)作類型包括大電流脫扣、Imax、DDL之一或幾種，被聯(lián)跳側(cè)保護(hù)動(dòng)作類型固定為被聯(lián)跳跳閘;對上述情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，得出不同保護(hù)、重合閘動(dòng)作情況下接觸網(wǎng)本體故障與車輛故障的概率。

類型三：發(fā)生接觸網(wǎng)故障一側(cè)保護(hù)動(dòng)作另一側(cè)被聯(lián)跳，或發(fā)生單邊供電的故障跳閘，同時(shí)鋼軌電位未動(dòng)作，通過故障大數(shù)據(jù)分析判斷不同保護(hù)、重合閘動(dòng)作情況下變電所內(nèi)故障、接觸網(wǎng)本體故障、車輛故障的發(fā)生概率。

類型四：發(fā)生接觸網(wǎng)開關(guān)跳閘同時(shí)保護(hù)未動(dòng)作、鋼軌電位未動(dòng)作的情況，可以確定為所內(nèi)設(shè)備故障;開關(guān)跳閘的情況包括一側(cè)開關(guān)無任何保護(hù)動(dòng)作情況下分閘另一側(cè)開關(guān)正常，以及一側(cè)開關(guān)無任何保護(hù)動(dòng)作情況下分閘另一側(cè)開關(guān)被聯(lián)跳兩種情況。

類型五：供電區(qū)域無網(wǎng)壓，同時(shí)保護(hù)未動(dòng)作、開關(guān)位置正常、鋼軌電位未動(dòng)作的情況，可以確定為斷路器或上網(wǎng)開關(guān)故障。

類型六：發(fā)生框架保護(hù)動(dòng)作，且無其他保護(hù)、軌電位動(dòng)作的情況下，可以確定為所內(nèi)設(shè)備故障;框架保護(hù)分電壓型框架保護(hù)和電流型框架保護(hù)，兩者其中之一發(fā)生可確定為所內(nèi)設(shè)備故障。

類型七：構(gòu)成雙邊供電的接觸網(wǎng)發(fā)生一側(cè)大電流脫扣動(dòng)作另一側(cè)保護(hù)被聯(lián)跳，鋼軌電位未動(dòng)作，可以判斷為直流斷路器操作電源失壓故障;一側(cè)保護(hù)動(dòng)作類型只能是大電流脫扣，被聯(lián)跳側(cè)保護(hù)動(dòng)作類型固定為被聯(lián)跳跳閘。解除故障判別方法示意圖如下圖所示。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)方法

3.1 數(shù)據(jù)調(diào)用方法

使用java程序編寫數(shù)據(jù)調(diào)用方法如下：

package OCSanalysis;

public class Xi {

public static String Mi（）{

return "接觸網(wǎng)本體故障概率"+Y1

+" "

+"所內(nèi)故障概率"+Y2

+" "

+"車輛故障概率"+Y3

+"＼＼n詳細(xì)故障原因占比："

+"＼＼n原因1占比"+Z1

+"＼＼n原因2占比"+Z2

…;

}

}

其中Xi為故障的類名，i取值范圍為1～7，X1對應(yīng)兩側(cè)保護(hù)動(dòng)作;X2對應(yīng)一側(cè)保護(hù)動(dòng)作另一側(cè)被聯(lián)跳同時(shí)鋼軌電位動(dòng)作;X3對應(yīng)一側(cè)保護(hù)動(dòng)作另一側(cè)被聯(lián)跳同時(shí)鋼軌電位未動(dòng)作;X4對應(yīng)無保護(hù)動(dòng)作跳閘鋼軌電位未動(dòng)作及一側(cè)被聯(lián)跳跳閘鋼軌電位未動(dòng)作;X5對應(yīng)開關(guān)正常系統(tǒng)無網(wǎng)壓無保護(hù)動(dòng)作鋼軌電位未動(dòng)作;X6對應(yīng)框架保護(hù)動(dòng)作無其他保護(hù)動(dòng)作鋼軌電位未動(dòng)作;X7對應(yīng)大電流脫扣動(dòng)作無其他保護(hù)動(dòng)作鋼軌電位未動(dòng)作這7種故障類型。

Mi為方法名，i取值范圍為1～7，分別表示圖2中的M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7方法，M1為故障類X1中的方法，M2為故障類X2中的方法，M3為故障類X3中的方法，M4為故障類X4中的方法，M5為故障類X5中的方法，M6為故障類X6中的方法，M7為故障類X7中的方法。

Y1、Y2、Y3為故障概率變量，由接觸網(wǎng)故障歷史數(shù)據(jù)分析得出，分別對應(yīng)Mi方法中的接觸網(wǎng)本體故障概率、所內(nèi)故障概率、車輛故障概率。

Z1、Z2…為對應(yīng)的故障類型Xi中，引發(fā)故障的各種原因占比，由接觸網(wǎng)故障歷史數(shù)據(jù)分析得出。

3.2 創(chuàng)建對象及編寫判別語句

通過java語句創(chuàng)建判別對象包括：分析結(jié)果顯示窗口對象為textArea;大電流脫扣對象為hct;Imax對象為imax;DDL對象為ddl;熱過負(fù)荷對象為to;電壓型框架保護(hù)對象為vfp;電流型框架保護(hù)對象為cfp;逆流保護(hù)對象為ccp;無網(wǎng)壓對象為nnv;兩側(cè)無保護(hù)動(dòng)作對象為npa;兩側(cè)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作對象為sa;一側(cè)保護(hù)動(dòng)作另一側(cè)被聯(lián)跳對象為opoj;單邊供電保護(hù)動(dòng)作對象為opa;鋼軌電位動(dòng)作對象為ovpd;鋼軌電位未動(dòng)作對象為novpd;自動(dòng)重合閘動(dòng)作對象為chz;自動(dòng)重合閘未動(dòng)作對象為nchz。

根據(jù)判別方法編寫控制語句如下：

if（（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（）||to.isSelected（）||vfp.isSelected（）||cfp.isSelected（）||||ccp.isSelected（）||nnv.isSelected（）||npa.isSelected（）||sa.isSelected（）||opoj.isSelected（）||opa.isSelected（））！=true）{

textArea.setText（"請選擇保護(hù)動(dòng)作情況！"）;

} else if（npa.isSelected（）&& sa.isSelected（）&& opoj.isSelected（）||npa.isSelected（）&& sa.isSelected（）||npa.isSelected（）&& opoj.isSelected（）||sa.isSelected（）&& opoj.isSelected（））{

textArea.setText（"“兩側(cè)無保護(hù)動(dòng)作”與“兩側(cè)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作”與“一側(cè)保護(hù)動(dòng)作另一側(cè)被聯(lián)跳”不能同時(shí)選擇?。?！"）;

} else if（（imax.isSelected（）||ddl.isSelected（））&&（sa.isSelected（）！=true && opoj.isSelected（）！=true && opa.isSelected（）！=true））{

textArea.setText（"請選擇是“兩側(cè)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作”還是“一側(cè)保護(hù)動(dòng)作另一側(cè)被聯(lián)跳”還是“單邊供電保護(hù)動(dòng)作”！"）;

} else if（（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（））&&（vfp.isSelected（）||cfp.isSelected（）！=true）&& sa.isSelected（））{

textArea.setText（X1.M1（））;

} else if（（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（））&&（vfp.isSelected（）||cfp.isSelected（）！=true）&& opoj.isSelected（）&& ovpd.isSelected（））{

textArea.setText（X2.M2（））;

} else if（（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（））&&（vfp.isSelected（）||cfp.isSelected（）！=true）&& opoj.isSelected（）&& novpd.isSelected（））{

textArea.setText（X3.M3（））;

} else if（（（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（）！=true）&& novpd.isSelected（））||（opoj.isSelected（）&&（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（）！=true）&& novpd.isSelected（））{

textArea.setText（X4.M4（））;

} else if（nnv.isSelected（）&&（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（）！=true）&& novpd.isSelected（））{

textArea.setText（X5.M5（））;

} else if（（vfp.isSelected（）||cfp.isSelected（））&&（hct.isSelected（）||imax.isSelected（）||ddl.isSelected（）！=true）&& novpd.isSelected（））{

textArea.setText（X6.M6（））;

} else if（（vfp.isSelected（）||cfp.isSelected（）！=true）&& opoj.isSelected（）&& hct.isSelected（）&&（imax.isSelected（）||ddl.isSelected（）！=true）&& novpd.isSelected（））{

textArea.setText（X7.M7（））;

} else {

textArea.setText（"您選擇的故障未被記錄！！！"）;

}

程序按照自上而下順序執(zhí)行，依次執(zhí)行故障分析方法一至方法七，如果符合方法判定的條件，則調(diào)取對應(yīng)故障類型Xi中的方法Mi，顯示該對應(yīng)的故障類型Xi中接觸網(wǎng)本體故障、所內(nèi)故障、車輛故障的概率，以及引發(fā)故障的各種原因占比。運(yùn)維人員可根據(jù)分析的結(jié)果選擇最優(yōu)的處置方案，縮短城軌接觸網(wǎng)故障判斷和處理的時(shí)間。

4 結(jié)論

通過對繼電保護(hù)、鋼軌電位、自動(dòng)重合閘在接觸網(wǎng)故障時(shí)的動(dòng)作特征的分析提取，以及城軌接觸網(wǎng)供電方式的影響，可快速、準(zhǔn)確地對接觸網(wǎng)故障原因進(jìn)行判斷分析。結(jié)合接觸網(wǎng)故障大數(shù)據(jù)分析，對判斷分析結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充、校正，并計(jì)算出變電所內(nèi)相關(guān)設(shè)備故障、接觸網(wǎng)本體相關(guān)故障、車輛故障發(fā)生的概率。可實(shí)現(xiàn)對接觸網(wǎng)故障的高精度和高準(zhǔn)確率分析。根據(jù)分析結(jié)果，可及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)急處置措施，縮短城軌接觸網(wǎng)故障判斷和處理的時(shí)間。

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作者簡介：黃濤（1982—），男，工程師，研究方向：軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)維管理。