一種城軌接觸網故障分析方法及系統

摘 要：文章通過對城軌接觸網故障時繼電保護、鋼軌電位、重合閘動作情況的分析，提取了變電所內故障、接觸網本體故障、車輛故障這三種類型故障發生時鋼軌電位、自動重合閘、繼電保護動作的不同特征，結合故障大數據分析，得出相關故障的發生概率。根據故障分析算法進行軟件編程，使分析軟件根據接觸網故障時的動作數據給出可能的故障原因及其概率，從而解決了目前發生接觸網故障時無法及時區分所內設備故障、接觸網本體故障、車輛故障的問題，實現對城軌接觸網故障的快速分析，縮短城軌接觸網故障判斷和處理的時間。

關鍵詞：城市軌道;接觸網;供電;故障;分析

中圖分類號：U226.5+1 ?文獻標識碼：A

城市軌道交通在運營的過程中會發生不同原因的接觸網跳閘故障，由于接觸網在城市軌道交通供電系統中無備用冗余，一旦發生停電故障，就會對城市軌道交通運營造成重大影響。引起接觸網跳閘故障的原因大致可分為所內設備故障、接觸網本體故障、車輛故障三種故障類型，三種故障類型又可根據不同故障元件分成若干原因。

在牽引供電系統運行中，發生接觸網本體故障，其可能造成的影響最為嚴重，需要在瞬時故障未發展成永久故障前進行排查，及時消除故障隱患;如果是所內故障造成的接觸網跳閘，通常可采取相應措施消除對接觸網供電的隱患，但如果不及時采取措施則可能會導致接觸網多次跳閘并有機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下線的措施避免故障的發生，反之則可能會在故障車輛運行的過程中再次引起接觸網跳閘。

目前，發生接觸網故障跳閘后需要專業人員分別對接觸網本體、所內設備、故障區內的車輛分別進行檢查，尋找故障點，以此來判斷故障原因。整個過程耗時耗力，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大。因此，能夠快速對接觸網故障進行追根溯源就顯得十分重要。

1 故障分析步驟

為了實現對接觸網故障的快速分析定位，從數據收集、故障判別方法、計算機分析等方面確定了以下五個實施步驟：

步驟一：收集整理城軌接觸網故障的歷史數據，形成數據庫。

步驟二：結合接觸網故障大數據分析，構建判別方法，分別計算變電所內相關設備故障、接觸網本體相關故障、車輛故障發生的概率，并為城軌接觸網故障分析系統執行計算程序時提供數據調用。

步驟三：基于電力監控系統獲取接觸網故障發生時繼電保護、鋼軌電位、自動重合閘動作情況。

步驟四：將繼電保護、鋼軌電位、自動重合閘動作情況與構建的判別方法進行比較判斷。

步驟五：根據比較判斷的結果確定接觸網故障的可能原因及故障的發生的概率。

其中，步驟二至步驟五通過計算機軟件編程，實現故障分析方法，能夠快速獲得分析結果。

2 故障分析方法

通過對城軌接觸網故障歷史數據進行分析，得出了以下七種故障類型的判別方法，分別是：

類型一：構成雙邊供電的接觸網兩側保護同時動作（除一側被聯跳）的情況下，可以排除所內設備故障;接觸網保護動作類型包括大電流脫扣、Imax、DDL之一或幾種;對上述情況進行大數據統計分析，得出不同保護、重合閘動作情況下接觸網本體故障與車輛故障的概率。

類型二：構成雙邊供電的接觸網發生一側保護動作另一側保護被聯跳或單邊供電的接觸網發生保護動作的情況下，鋼軌電位同時動作，可以排除所內設備故障;一側保護動作類型包括大電流脫扣、Imax、DDL之一或幾種，被聯跳側保護動作類型固定為被聯跳跳閘;對上述情況進行大數據統計分析，得出不同保護、重合閘動作情況下接觸網本體故障與車輛故障的概率。

類型三：發生接觸網故障一側保護動作另一側被聯跳，或發生單邊供電的故障跳閘，同時鋼軌電位未動作，通過故障大數據分析判斷不同保護、重合閘動作情況下變電所內故障、接觸網本體故障、車輛故障的發生概率。

類型四：發生接觸網開關跳閘同時保護未動作、鋼軌電位未動作的情況，可以確定為所內設備故障;開關跳閘的情況包括一側開關無任何保護動作情況下分閘另一側開關正常，以及一側開關無任何保護動作情況下分閘另一側開關被聯跳兩種情況。

類型五：供電區域無網壓，同時保護未動作、開關位置正常、鋼軌電位未動作的情況，可以確定為斷路器或上網開關故障。

類型六：發生框架保護動作，且無其他保護、軌電位動作的情況下，可以確定為所內設備故障;框架保護分電壓型框架保護和電流型框架保護，兩者其中之一發生可確定為所內設備故障。

類型七：構成雙邊供電的接觸網發生一側大電流脫扣動作另一側保護被聯跳，鋼軌電位未動作，可以判斷為直流斷路器操作電源失壓故障;一側保護動作類型只能是大電流脫扣，被聯跳側保護動作類型固定為被聯跳跳閘。解除故障判別方法示意圖如下圖所示。

3 系統軟件實現方法

3.1 數據調用方法

使用java程序編寫數據調用方法如下：

package OCSanalysis;

public class Xi {

public static String Mi（）{

return "接觸網本體故障概率"+Y1

+" "

+"所內故障概率"+Y2

+" "

+"車輛故障概率"+Y3

+"＼＼n詳細故障原因占比："

+"＼＼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對應兩側保護動作;X2對應一側保護動作另一側被聯跳同時鋼軌電位動作;X3對應一側保護動作另一側被聯跳同時鋼軌電位未動作;X4對應無保護動作跳閘鋼軌電位未動作及一側被聯跳跳閘鋼軌電位未動作;X5對應開關正常系統無網壓無保護動作鋼軌電位未動作;X6對應框架保護動作無其他保護動作鋼軌電位未動作;X7對應大電流脫扣動作無其他保護動作鋼軌電位未動作這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，由接觸網故障歷史數據分析得出，分別對應Mi方法中的接觸網本體故障概率、所內故障概率、車輛故障概率。

Z1、Z2…為對應的故障類型Xi中，引發故障的各種原因占比，由接觸網故障歷史數據分析得出。

3.2 創建對象及編寫判別語句

通過java語句創建判別對象包括：分析結果顯示窗口對象為textArea;大電流脫扣對象為hct;Imax對象為imax;DDL對象為ddl;熱過負荷對象為to;電壓型框架保護對象為vfp;電流型框架保護對象為cfp;逆流保護對象為ccp;無網壓對象為nnv;兩側無保護動作對象為npa;兩側保護同時動作對象為sa;一側保護動作另一側被聯跳對象為opoj;單邊供電保護動作對象為opa;鋼軌電位動作對象為ovpd;鋼軌電位未動作對象為novpd;自動重合閘動作對象為chz;自動重合閘未動作對象為nchz。

根據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（"請選擇保護動作情況！"）;

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

textArea.setText（"“兩側無保護動作”與“兩側保護同時動作”與“一側保護動作另一側被聯跳”不能同時選擇！！！"）;

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

textArea.setText（"請選擇是“兩側保護同時動作”還是“一側保護動作另一側被聯跳”還是“單邊供電保護動作”！"）;

} 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行，依次執行故障分析方法一至方法七，如果符合方法判定的條件，則調取對應故障類型Xi中的方法Mi，顯示該對應的故障類型Xi中接觸網本體故障、所內故障、車輛故障的概率，以及引發故障的各種原因占比。運維人員可根據分析的結果選擇最優的處置方案，縮短城軌接觸網故障判斷和處理的時間。

4 結論

通過對繼電保護、鋼軌電位、自動重合閘在接觸網故障時的動作特征的分析提取，以及城軌接觸網供電方式的影響，可快速、準確地對接觸網故障原因進行判斷分析。結合接觸網故障大數據分析，對判斷分析結果進行補充、校正，并計算出變電所內相關設備故障、接觸網本體相關故障、車輛故障發生的概率。可實現對接觸網故障的高精度和高準確率分析。根據分析結果，可及時采取相應的應急處置措施，縮短城軌接觸網故障判斷和處理的時間。

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