一种城轨接触网故障分析方法及系统

    

    摘 要：文章通过对城轨接触网故障时继电保护、钢轨电位、重合闸动作情况的分析，提取了变电所内故障、接触网本体故障、车辆故障这三种类型故障发生时钢轨电位、自动重合闸、继电保护动作的不同特征，结合故障大数据分析，得出相关故障的发生概率。根据故障分析算法进行软件编程，使分析软件根据接触网故障时的动作数据给出可能的故障原因及其概率，从而解决了目前发生接触网故障时无法及时区分所内设备故障、接触网本体故障、车辆故障的问题，实现对城轨接触网故障的快速分析，缩短城轨接触网故障判断和处理的时间。

    关键词：城市轨道;接触网;供电;故障;分析

    中图分类号：U226.5+1 ?文献标识码：A

    城市轨道交通在运营的过程中会发生不同原因的接触网跳闸故障，由于接触网在城市轨道交通供电系统中无备用冗余，一旦发生停电故障，就会对城市轨道交通运营造成重大影响。引起接触网跳闸故障的原因大致可分为所内设备故障、接触网本体故障、车辆故障三种故障类型，三种故障类型又可根据不同故障元件分成若干原因。

    在牵引供电系统运行中，发生接触网本体故障，其可能造成的影响最为严重，需要在瞬时故障未发展成永久故障前进行排查，及时消除故障隐患;如果是所内故障造成的接触网跳闸，通常可采取相应措施消除对接触网供电的隐患，但如果不及时采取措施则可能会导致接触网多次跳闸并有机率造成重合闸不成功;如果是车辆故障，则可采取将故障车及时下线的措施避免故障的发生，反之则可能会在故障车辆运行的过程中再次引起接触网跳闸。

    目前，发生接触网故障跳闸后需要专业人员分别对接触网本体、所内设备、故障区内的车辆分别进行检查，寻找故障点，以此来判断故障原因。整个过程耗时耗力，在没有找到故障原因之前无法有针对性地采取防范措施，甚至可能造成故障的扩大。因此，能够快速对接触网故障进行追根溯源就显得十分重要。

    1 故障分析步骤

    为了实现对接触网故障的快速分析定位，从数据收集、故障判别方法、计算机分析等方面确定了以下五个实施步骤：

    步骤一：收集整理城轨接触网故障的历史数据，形成数据库。

    步骤二：结合接触网故障大数据分析，构建判别方法，分别计算变电所内相关设备故障、接触网本体相关故障、车辆故障发生的概率，并为城轨接触网故障分析系统执行计算程序时提供数据调用。

    步骤三：基于电力监控系统获取接触网故障发生时继电保护、钢轨电位、自动重合闸动作情况。

    步骤四：将继电保护、钢轨电位、自动重合闸动作情况与构建的判别方法进行比较判断。

    步骤五：根据比较判断的结果确定接触网故障的可能原因及故障的发生的概率。

    其中，步骤二至步骤五通过计算机软件编程，实现故障分析方法，能够快速获得分析结果。

    2 故障分析方法

    通过对城轨接触网故障历史数据进行分析，得出了以下七种故障类型的判别方法，分别是：

    类型一：构成双边供电的接触网两侧保护同时动作（除一侧被联跳）的情况下，可以排除所内设备故障;接触网保护动作类型包括大电流脱扣、Imax、DDL之一或几种;对上述情况进行大数据统计分析，得出不同保护、重合闸动作情况下接触网本体故障与车辆故障的概率。

    类型二：构成双边供电的接触网发生一侧保护动作另一侧保护被联跳或单边供电的接触网发生保护动作的情况下，钢轨电位同时动作，可以排除所内设备故障;一侧保护动作类型包括大电流脱扣、Imax、DDL之一或几种，被联跳侧保护动作类型固定为被联跳跳闸;对上述情况进行大数据统计分析，得出不同保护、重合闸动作情况下接触网本体故障与车辆故障的概率。

    类型三：发生接触网故障一侧保护动作另一侧被联跳，或发生单边供电的故障跳闸，同时钢轨电位未动作，通过故障大数据分析判断不同保护、重合闸动作情况下变电所内故障、接触网本体故障、车辆故障的发生概率。

    类型四：发生接触网开关跳闸同时保护未动作、钢轨电位未动作的情况，可以确定为所内设备故障;开关跳闸的情况包括一侧开关无任何保护动作情况下分闸另一侧开关正常，以及一侧开关无任何保护动作情况下分闸另一侧开关被联跳两种情况。

    类型五：供电区域无网压，同时保护未动作、开关位置正常、钢轨电位未动作的情况，可以确定为断路器或上网开关故障。

    类型六：发生框架保护动作，且无其他保护、轨电位动作的情况下，可以确定为所内设备故障;框架保护分电压型框架保护和电流型框架保护，两者其中之一发生可确定为所内设备故障。

    类型七：构成双边供电的接触网发生一侧大电流脱扣动作另一侧保护被联跳，钢轨电位未动作，可以判断为直流断路器操作电源失压故障;一侧保护动作类型只能是大电流脱扣，被联跳侧保护动作类型固定为被联跳跳闸。解除故障判别方法示意图如下图所示。

    3 系统软件实现方法

    3.1 数据调用方法

    使用java程序编写数据调用方法如下：

    package OCSanalysis;

    public class Xi {

    public static String Mi（）{

    return "接触网本体故障概率"+Y1

    +" "

    +"所内故障概率"+Y2

    +" "

    +"车辆故障概率"+Y3

    +"＼＼n詳细故障原因占比："

    +"＼＼n原因1占比"+Z1

    +"＼＼n原因2占比"+Z2

    …;

    }

    }

    其中Xi为故障的类名，i取值范围为1～7，X1对应两侧保护动作;X2对应一侧保护动作另一侧被联跳同时钢轨电位动作;X3对应一侧保护动作另一侧被联跳同时钢轨电位未动作;X4对应无保护动作跳闸钢轨电位未动作及一侧被联跳跳闸钢轨电位未动作;X5对应开关正常系统无网压无保护动作钢轨电位未动作;X6对应框架保护动作无其他保护动作钢轨电位未动作;X7对应大电流脱扣动作无其他保护动作钢轨电位未动作这7种故障类型。

    Mi为方法名，i取值范围为1～7，分别表示图2中的M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7方法，M1为故障类X1中的方法，M2为故障类X2中的方法，M3为故障类X3中的方法，M4为故障类X4中的方法，M5为故障类X5中的方法，M6为故障类X6中的方法，M7為故障类X7中的方法。

    Y1、Y2、Y3为故障概率变量，由接触网故障历史数据分析得出，分别对应Mi方法中的接触网本体故障概率、所内故障概率、车辆故障概率。

    Z1、Z2…为对应的故障类型Xi中，引发故障的各种原因占比，由接触网故障历史数据分析得出。

    3.2 创建对象及编写判别语句

    通过java语句创建判别对象包括：分析结果显示窗口对象为textArea;大电流脱扣对象为hct;Imax对象为imax;DDL对象为ddl;热过负荷对象为to;电压型框架保护对象为vfp;电流型框架保护对象为cfp;逆流保护对象为ccp;无网压对象为nnv;两侧无保护动作对象为npa;两侧保护同时动作对象为sa;一侧保护动作另一侧被联跳对象为opoj;单边供电保护动作对象为opa;钢轨电位动作对象为ovpd;钢轨电位未动作对象为novpd;自动重合闸动作对象为chz;自动重合闸未动作对象为nchz。

    根据判别方法编写控制语句如下：

    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（"请选择保护动作情况！"）;

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

    textArea.setText（"“两侧无保护动作”与“两侧保护同时动作”与“一侧保护动作另一侧被联跳”不能同时选择！！！"）;

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

    textArea.setText（"请选择是“两侧保护同时动作”还是“一侧保护动作另一侧被联跳”还是“单边供电保护动作”！"）;

    } 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（"您选择的故障未被记录！！！"）;

    }

    程序按照自上而下顺序执行，依次执行故障分析方法一至方法七，如果符合方法判定的条件，则调取对应故障类型Xi中的方法Mi，显示该对应的故障类型Xi中接触网本体故障、所内故障、车辆故障的概率，以及引发故障的各种原因占比。运维人员可根据分析的结果选择最优的处置方案，缩短城轨接触网故障判断和处理的时间。

    4 结论

    通过对继电保护、钢轨电位、自动重合闸在接触网故障时的动作特征的分析提取，以及城轨接触网供电方式的影响，可快速、准确地对接触网故障原因进行判断分析。结合接触网故障大数据分析，对判断分析结果进行补充、校正，并计算出变电所内相关设备故障、接触网本体相关故障、车辆故障发生的概率。可实现对接触网故障的高精度和高准确率分析。根据分析结果，可及时采取相应的应急处置措施，缩短城轨接触网故障判斷和处理的时间。

    参考文献：

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    [2]孟小峰，慈祥.大数据管理：概念、技术与挑战.计算机研究与发展，2013（01）.

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    [4]宋奇吼，杨飏，童岩峰，潘世航.南京地铁1号线轨电位异常的抑制方法.城市轨道交通研究，2018（4）.

    作者简介：黄涛（1982—），男，工程师，研究方向：轨道交通供电系统运维管理。