因果圖及其它工具軟件在故障分析中的綜合應用

摘要：本文梳理了地鐵運營故障分析工具軟件、魚刺圖因素分析法的功用，并結合應用案例介紹了如何有效地篩選工具軟件有價值的故障信息。并最終形成完整、系統的證據鏈，從而鎖定故障誘因，明確故障責任。

關鍵詞：工具軟件；因果圖；故障分析

引言

城市軌道交通是現代城市重要的交通工具，也是一個龐大復雜的系統工程，涉及到車輛、供電、通信、信號、軌道等18個大系統20多個專業接口，涉及到弓網關系、輪軌關系、車載信號與軌旁信號、車載信號與車輛、信號與屏蔽門、道岔轉轍機與轉轍器部分、ATS與BAS/FAS/通信等復雜的接口。因此，發生故障時，很難從單一系統、單一的專業去分析原因、界定責任。

1.因果圖的概念

因果圖就是對故障有影響的一些比較重要因素加以分析和分類，并在同一張圖上把它們的關系用箭頭表示出來，以對因果作明確系統的整理。因果圖是從實際經驗中編輯而成的一種方法。由于因果圖形如魚骨狀，又稱“魚骨圖”。另外，也稱特性要因圖。

2.主要工具軟件

目前，地鐵各專業系統分析軟件有車輛EVR記錄、供電SCADA報文、視頻監控、車輛在線監測、列車運行圖、ATS回放記錄、PSC站臺門監控記錄、車載ATP報文以及FAS、BAS、MMI、LOW等監控終端報警記錄。合理利用這些軟件工具，對于故障預警、故障處置及調查分析幫助非常大。

3.實例應用

2013年8月24日13：54分，南京地鐵二號線1109（17+18）次運行至金馬路～馬群下行區間連續發生三次弓網短路跳閘，馬群牽引所213直流開關、金馬路牽引所211直流開關合閘閉鎖。13：59電調遠程解閉鎖送電后，再次發生弓網短路跳閘。14：01分1109次升前弓（18B車受電弓）單弓運行至油坊橋退出運營。同時現場檢查信息反饋該車17B車高壓熔斷器箱底座支架被電擊穿，一絕緣子燒損，高壓熔斷器箱被炸開。

此次事件涉及到弓網配合關系，同時當天又有臺風、雷暴雨惡劣天氣、所處地段屬于地面高架轉地下、接觸網屬于剛柔過渡區段等因素，因此該事件很難分析到底屬于異物侵限撞擊、雷擊、還是車輛受電弓故障、供電故障等引起短路跳閘。

3.1實地查看

3.1.1車輛情況：17B車高壓熔斷器箱底座支架一處被電擊穿，熔出4mm的縫隙。高壓熔斷器箱內高壓輸入端一絕緣子燒灼跡象。高壓熔斷器箱箱蓋丟失，箱蓋材質為一種絕緣材料，由10個M6的連接螺栓被破壞。受電弓碳滑板上有電弧放電痕跡。熔斷器及避雷器正常完全正常，熔斷器箱高壓進線側燒灼嚴重，高壓出線端正常。

3.1.2接觸網：第一灼傷點為金馬路下行出站進隧道約130米左右，公理標為K27+380，剛性接觸網懸掛點GZ5-15，接觸線上有兩處燒傷；第二灼傷點為出金馬路隧道口處離洞口約20米，公理標為K26+610，懸掛點號為GZ1-02，接觸線上有三處燒傷，第1灼傷～第2灼傷點距離約770米。電客車高壓熔斷器箱蓋在GZ5-11懸掛點處（公理標為K27+350）被發現，距第1灼傷點（公理標為K27+380）約30米左右。

3.2調閱軟件工具記錄

3.3梳理專業接口

3.3.1正常高壓電流路徑：DC1500V高壓電流→接觸網→受電弓→受電弓上支架→下支架→高壓電纜→熔斷器→牽引箱。同時，另一路高壓通過并聯電路經過避雷器→接地回流電路。

圖1

3.3.2車輛熔斷器（右圖1）：車輛熔斷器箱是一個完全密閉，具有防水、防塵的箱體。

高壓檢測繼電器串聯一個高壓電阻與二級繼電器形成通路，另一端在低壓位置通過導線連接微動開關。列車1500V電源網絡出現過載、短路時熔斷器熔斷，通過微動開關動作和TCMS網絡顯示在車輛DDU（司機人機接口）界面。

3.3.3車輛避雷器（也稱浪涌吸收器：額定電壓DC2000V），是連接在高壓電纜和大地之間的一種防止雷擊的設備，與車輛高壓設備電路并聯。

3.4故障作圖

3.4.1車載視頻顯示13：54：22秒1109次正式進入隧道，8秒后接觸網跳閘。可以排除雷擊惡劣天氣影響，SCADA報文、列車運行圖、在線監測記錄可以相互佐證。

3.4.2通過車頂殘留物檢查，可以排除異物侵限撞擊熔斷器箱蓋板并引起短路，同時在線監測系統可以佐證。

3.4.3第一次短路跳閘后，降下故障區域1109次受電弓，接觸網送電正常，可以排除接觸網、高壓供電系統異常，并基本鎖定短路點在車輛。

3.4.4 故障車1109次第2次跳閘后，利用前弓列車能正常動車，DDU（司機駕駛顯示單元）沒有任何故障顯示，排除車輛內部高壓電路短路點。

3.4.5通過車頂高壓電路檢查情況及上述分析，故障發生時接觸網并沒有產生超過DC2000V的過電壓，所以避雷器沒有動作。同時，短路時11000A（安培）的瞬間大電流也沒有經過車輛正常的高壓電流路徑，而是經過車體直接接地短路，因此熔斷器也沒有熔斷。

4 結論推導

此次事件基本鎖定故障短路點在車輛高壓受流部分，通過檢查車輛熔斷器、避雷器、熔斷器箱高壓出線正常，高壓進線側底部一絕緣子破損。因此，不排除17B熔斷器箱內絕緣子疲勞損傷、材質等問題導致出現裂紋，進而與底部支架及車頂直接形成短路點，避雷器和熔斷器沒有保護動作。由于大電流超過直流開關保護定值后引發直流開關跳閘。

短路大電流使得箱內密閉空間驟間形成強大的沖擊氣壓將蓋板沖開，蓋板在與接觸線碰檫后慣性向前飛出約30米后跌落軌行區，列車在失去動力后依靠慣性向前繼續滑行約770米自動停車。接觸網自動重合閘后司機誤操作，升起故障弓導致接觸網再次跳閘。

5 結束語

在故障分析時借助于因果圖分析法的邏輯判斷和理論推導工具，并借助于各專業的分析軟件提供的故障信息，按照導致故障發生的各種可能因素逐一進行羅列，向下梳理，可以很快找到問題的關鍵，明確故障調查思路，提高故障分析效率。

參考文獻：

[1] 何宗華，汪松滋，何其光等 城市軌道交通運營組織 [M] 北京：建筑工業出版社，2003.

[2] 郎志正，質量管理及其技術方法[M] 北京：中國標準出版社，2003.

[3] 王江，地鐵運營評估 [M] 北京 中國鐵道出版社，2008.

[4] 黃采倫，樊曉平，陳特放，列車故障在線診斷技術及應用，[M] 北京 國防工業出版社，2006