大數據技術在接觸網供電故障分析中的應用

（中交機電工程局有限公司，北京 100088）

1 工程概況

深圳市城市軌道交通11號線工程供電系統采用集中式、110/35 kV兩級電壓供電方式，牽引和動力照明共用35 kV供電網絡。新建機場北主變電所，同時利用9號線建設的僑城東主變電所、6號線建設的松崗主變電所、1號線延伸線已建的西鄉主變電所共4座主變電所為其供電。牽引供電系統采用DC1 500 V架空接觸網供電、走行軌回流方式。

2 故障數據統計

在城市軌道交通運營里程逐步增加的背景下，接觸網供電故障的發生概率隨之增加，應用科學的方法探尋故障的成因并采取針對性的處理措施較為必要，可保證地鐵交通的出行安全[1]。

大數據是現階段信息技術領域的代表技術之一，文章以大數據技術為主，結合較為常見的35例接觸網供電故障，對故障原因、故障數量、故障占比及專業占比加以分析。導致接觸網供電故障因素復雜，可對其加以歸類，發生位置的角度包含接觸網本體（占比31%）、變電所（占比37%）及非供電設備（占比31%）三類。針對不同類型的故障對應的處理方法存在差異，對列車運行狀態帶來的影響有所差異，接觸網本體故障產生的影響較大。在針對接觸網供電故障的識別工作中，應根據掌握的情況采取針對性的應急措施，降低故障發生概率，減小故障帶來的不良影響。

3 數據特征采集

通過SCADA（supervisory control and data acquisition）系統的應用，識別關鍵運行特征，實現區域穩定判別和預測。在本次分析中，采用的特征數據均源自SCADA系統，在特征數據的支持下確定故障的發生概率，探尋其特征與規律。

4 建模思路

數據特征參數體系中保護動作為重點內容，原因在于保護動作與故障存在顯著的關聯，在雙邊供電的接觸網兩側保護動作同時運行的環境下，各保護裝置出現故障的概率較低，此時可判斷是否存在短路故障，但在單邊供電的條件下難以準確判斷是否存在故障或出現保護誤動作的情況。

鋼軌電位與雜散電流具有較顯著的關聯性，根據此特性，若存在短路故障，在電流增加的同時雜散電流隨之表現出加大的變化趨勢，可見鋼軌電位有所提高，出于安全層面的考慮，OVPD將動作合閘。通過對OVPD動作的分析，可判斷是否存在故障或保護誤動。

明確自動重合閘的動作情況有助于判斷故障的性質，即是否為瞬時故障或永久故障。若自動重合閘無法順利實現，應進一步結合倒閘及電客車升降弓，組織試送電，判斷故障發生在變電所內、接觸網內、電客車內等具體區域。

5 基于模型的數據分析

依托大數據的支撐作用以更加清晰的思路展開分析，在數據量逐步增加的發展趨勢下，故障的特征逐步明確。為滿足分析需求應創建分析模型，OVPD動作情況將對其產生顯著影響，若未出現故障前OVPD呈合閘的狀態，則難以在保護誤動和真實故障中做出精準的判斷。

從建模思路展開探討，考慮接觸網本體、變電所、非供電設備三大易發生故障的區域，探尋其保護動作、OVPD及重合閘的情況。

保護與OVPD同時動作時所內設備故障概率為0，接觸網本體故障的發生概率較高，達到66%，排于次位的為非供電設備故障，達到34%。若僅存在框架保護或大電流脫扣等情況，所內故障率達到100%，無其他區域的故障。

若在開關刀閘處于合位的狀態時表現出無網壓的狀況，此時僅有接觸網本體會發生故障，占比達到100%。熱過負荷保護動作可能存在接觸網本體或所內故障，各自發生概率一致，均為50%。

當存在保護動作而OVPD未動作時，非供電設備的故障概率較高，達到64%，其他兩個區域的故障占比較小，接觸網本體故障為9%，所內故障為7%。

6 地鐵供電系統接觸網的組成形式

在接觸網的供電模式下受電弓為關鍵的應用裝置，其在接觸網中行走，由此獲得電能并向電客車輸送[2]。接觸網的安全性將直接影響列車的運行效果。隧道內外的接觸網懸掛形式存在差異，隧道內為架空Ⅱ型匯流排剛性懸掛的方式，隧道外選用架空柔性懸掛的方式。

從懸掛特性的角度來看，接觸網可分為多種形式，架空式接觸網較為典型，在此基礎上可分為柔性、剛性兩種。懸掛裝置按要求穩定在軌道上方的指定位置，配套匯流排夾線槽，接觸導線可嵌入其中。

7 停電分級、停電范圍及影響

7.1 電客車故障停電

配套在電客車上的受電弓無法維持正常的運行狀態，即出現故障或短時接地，干擾接觸網的正常運行，使其因瞬時接地故障發生跳閘，相應的電客車在該供電分區內失電。針對此類故障，行車調度員應及時告知司機，使其做出降弓的操作，而后再次升弓，由此恢復至正常供電的狀態。通常此類故障的影響范圍較小，行車狀態不會受到大范圍的影響。受電弓存在永久性接地故障時，會對正常行車狀態產生較大的干擾。

7.2 接觸網故障停電

接觸網供電發生故障，包括金屬故障接地、主體設備故障等多個方面，會導致接觸網失電，其作用范圍相對較大，不利于列車的正常通行。

在接觸網運行期間，部分金屬類鐵絲等零配件因掉落至接觸網中，破壞接觸網的穩定性，產生接觸網跳閘失電的情況，其成因較為復雜，處理難度較大，難以在短時間內解決。針對此問題，可通過外接設備清理接觸網的雜物。

接觸網絕緣子存在絕緣不良的情況或接觸網設備脫落時將出現故障，且會造成較長時間的失電情況，所處的供電分區難以維持正常的狀態，處理難度相對較大，為及時恢復供電狀態，需通過其他供電方式加以解除。

8 地鐵供電接觸網的應急處置

8.1 創建高素質的應急指揮中心

接觸網停電后現場負責人應及時感知情況，并與控制中心取得聯系，加強信息反饋，通過多方協作確認故障信息，確保信息無誤后向值班調度長報告。在故障處理過程中，控制中心主要負責前期的應急指揮，根據現場情況生成預案后交給現場應急指揮部，合理調度專業人員。現場指揮期間根據弓網故障的實際情況采取相適應的組織規劃，若故障發生在車場，前期由場調指揮；若故障發生于正線，應由值班站長統籌規劃，指揮故障處理工作。

8.2 應急響應

在各部門接收到故障信息后及時抽調技術專員，按制定的預案組織工作，縮短應急救援的響應時間。若故障發生在車場需選取距離故障點最近的道路，將救援車輛駕駛至該處。若故障發生在正線，為便于救援應將救援汽車駕駛至鄰近的車站。救援前應做足準備工作，包括材料、救援裝置、人員等。安全是故障處理工作順利開展的必要前提，因此，救援人員應加強自我防護，在安全環境下高效作業。

8.3 應急處理

控制中心是故障處理流程中的核心部門。電力調度員結合故障報文，對故障的發生區域、具體類型等形成初步的認識，再及時與行車調度工作人員溝通，由專員做出降弓操作，經故障判斷后電力調度試圖送電，若成功則告知行車調度，再次使電客車升弓，維持單邊供電的狀態。若由于電客車故障引發的接觸網失電現象，及時通知行車調度，引導故障對應的電客車回到車場，以展開全面的檢查。在送電過程中存在永久故障時，首先需斷開主要變電所隔離開關，可試送被聯跳變電所開關，可順利合閘是主跳變電所開關存在故障或上網隔離開關間存在電纜故障。若無法正常送電，斷開被跳變電所上網隔離開關，試送被跳開關，若無異常且試送成功，說明接觸網存在故障，由此可對其加以處理。

8.4 故障搶修

針對接觸網供電故障的處理應遵循“先通后復”的原則。若故障發生在車場，場調應與指揮部人員溝通，做好交接工作，以便搶修工作可順利開展。若故障發生在正線上，值班站長需要與指揮部人員溝通，救援隊伍負責人起引導作用，組織救援人員有序進場，在明確現場情況后制定初步救援方案。在方案的落實過程中應積極疏導乘客，減小不良影響范圍，切實保證乘客的安全。若因弓網故障導致結構或相關設施系統受損，將加大故障搶修的難度，因此，需要先根據受損結構或設施的實際情況采取處置措施，為正式搶修工作創造安全的環境。現場負責人組織人員調度，使事故區域內的人員可快速疏散至安全區域，專業救援隊進入現場，根據救援方案的要求展開救援工作。現場人員需要精準劃定搶修區域，拉設控制線，任何與搶修作業無關的人員均不可進入現場。為提高救援效率，各專業救援隊在做好自身專業工作的同時應加強配合、協同作業，打通信息溝通渠道，縮短故障搶修的時間，恢復正常運營狀態。

8.5 行車指揮

出現事故后，行車調度員應立即做出響應，制定行車調整方案，報值班調度長審批。在整個行車指揮工作中，將保證乘客的安全視為首要工作目標，通過多種途徑減小不良影響，避免因處理不當再次誘發事故。

9 結語

針對地鐵接觸網故障應按照特定的思路分析與處理，重點考慮接觸網、受電弓、區間限界的實際情況，合理調度人員，通過大數據的應用精準鎖定故障源頭，采取針對性的處理措施，恢復正常運營狀態。