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大数据技术在接触网供电故障分析中的应用杨晓楷

发表时间：2021/8/10 来源：《中国电力企业管理》2021年4月作者：杨晓楷

[导读] 近年来，随着国民经济的快速发展，城市轨道交通成为一种较为普遍的交通方式。2019年年底之前，我国内地已开通城轨运营的城市达到40个。共包含线路208条，总计里程达6736.2公里。特别是在一些城轨交通发展较快的城市，已经形成了线路网的运营格局。

佛山市轨道交通发展有限公司杨晓楷广东佛山528000

摘要：近年来，随着国民经济的快速发展，城市轨道交通成为一种较为普遍的交通方式。2019年年底之前，我国内地已开通城轨运营的城市达到40个。共包含线路208条，总计里程达6736.2公里。特别是在一些城轨交通发展较快的城市，已经形成了线路网的运营格局。列车在接触网线供电制式的线路运行时，列车的受电弓与接触网配合完成列车的牵引供电，是列车运行的基础条件之一。接触网状态检测及维修技术也是轨道交通基础设施检测领域的研究热点。
关键词：大数据技术；接触网；供电故障分析；应用
        引言
        地铁供电系统较为复杂，其故障具有一定的复杂性，即使在直流开关正确动作的情况下，也可能因为短路故障电压电流的变化而引发非故障区域的跳闸。近期某地铁车辆段内发生一起接触网短路故障，故障造成了2个相邻且有电客车取流的供电分区发生联跳，扩大了故障范围。经查阅，相关文献多涉及短路试验、短路保护设计及开关设计制造等方面，未对短路故障造成扩大范围跳闸的情景进行分析。将详细介绍此次故障的经过与故障波形特征；在分析供电系统主要模块后建立等效电路，以对故障过程中电压电流变化原理进行详细分析，从而合理解释扩大跳闸范围的原因，以期掌握此类故障的规律，形成可资借鉴的经验。
        1接触网概述
        接触网是地铁供电系统的主要组成结构之一，其主要由汇流排、接触线、变电设备、支撑结构和相关的绝缘锚段关节和材料等组成。由于接触网的结构较为简单，对空间要求较低，布设施工便捷，且具有良好的可扩展性，在运行过程中不会产生外力张力，也不需要进行张力补偿等，特别是在难以采用柔性接触网的地铁隧道段的人防门以及防淹门等部分，可以采取可移动式的接触网，满足其供电要求。接触网在运行过程中不会产生强烈的弓网滑动波动，具有较好的稳定性，且其汇流排的参热性能也较为突出，可以及时散逸弓网滑动热量，因此接触网在地铁供电系统中的应用越来越广泛。但是由于我国在接触网的实际应用经验不足，其发生故障的概率相对较高，应采取有效的防范措施。

        上图中，横坐标表示接触线最大允许磨耗面积，纵坐标表示安全系数的量化值。红色虚线表示安全阈值，超过该值表示地铁在运行过程中安全性将得不到保证；蓝色虚线表示变化趋势。由上图可知，当接触线最大允许磨耗面积达到35%时，安全系数达到临界阈值，此时需要采取安全措施抑制磨耗面积的增加，否则依据变化趋势可以看出，安全系数很容易超过临界阈值，从而出现安全事故。
        2接触网受电弓故障类型
        在地铁供电系统的常见接触网故障中，受电弓故障是常见的故障类型之一，造成受电弓故障的主要原因是受电弓磨损。地铁供电系统接触网由于受到悬挂位置以及汇流排位置等客观因素的影响，常出现接触线直接接触受电弓的情况，受电弓受到频繁的集中冲击后，会产生一定磨损，并对接触网运行的稳定性和安全性造成不利的影响。通过对接触网实际应用经验进行总结发现，其凹槽滑板接触线发生变形情况后，易导致拉线以及卡线等异常现象，这种现象会加大接触线直接接触受电弓的概率，并使受电弓受力增加，造成受电弓的磨损，对地铁供电系统接触网的安全运行产生不利影响。

        上图：接触网健康管理大数据平台架构
        3防范接触网故障的有效措施
        3.1加强对受电弓部件质量性能的控制。
        为了防止地铁供电系统接触网受电弓发生故障，影响地铁运行的安全性和稳定性，在构建接触网时，应根据设计标准进行受电弓零部件的选择，以确保受电弓部件的各项质量性能指标参数均能够达到设计要求。还应结合地铁供电系统接触网的实际运行情况，对受电弓的各项技术参数进行准确、科学的测算分析，并及时对相关参数的设定进行相应的调整，以确保地铁供电系统接触网的运行安全，为地铁工程的正常运营提供可靠的电力能源保障。
        3.2短路后的故障电压与电流的变化机理
        （1）接触网短路可能造成有电客车取流的相邻供电分区跳闸，扩大故障跳闸范围，进而可能影响正常线路上的列车运行。在应对该类故障时，应把握其动作规律，优先恢复被联跳线路的运营。（2）针对被联跳开关柜的电流具有明显的先降低后升高的波形特征，在设计开关柜保护时可以采用如形态学、小波等算法对特征进行识别后闭锁，防止开关误动，从而缩小故障影响范围。
        3.3弓网检测系统
        弓网检测系统主要采用了图像识别、红外成像、紫外探测、激光测量以及牵引电流试验检测等技术，能够实现以非接触的方式对弓网性能、状态进行检测。主要的检测范围涵盖受电弓是否具有完整的结构，羊角是否出现变形以及缺失等情况，燃弧强度和时间，接触网几何参数包括拉出值、导高、高低差、坡度，接触点的温度。受电弓是机车和接触网之间完成能量传输的关键设备，并且弓网之间相互作用关系和受流情况也能反映接触网的状态。弓网检测系统通过车载检测模块、传感器、检测主机以及数据服务器等组成一套自动化的设备，实现对弓网的异常监测。针对弓网的监测主要以受电弓状态监测为主，并能针对弓网燃弧、拉伸值、导高值、高低差、弓网接触点温度等进行监测。因此，针对接触网设备状态进一步的监测则通过接触网悬挂状态检测监测系统装置来实现，该系统采用数字图像处理技术对接触网悬挂系统中的结构装置进行检测，通过系统中的故障自动识别与数据自动分析等功能得到检测结果。在此基础上，系统能够根据发现的故障情况，以及检测数据发展趋势，给出相应的维修建议，从而消除故障隐患。
        结束语
        接触网检测及健康管理在城市轨道交通上的应用尚处于起步阶段,根据现有的接触网检测技术特别是高速铁路接触网检测的相关经验，结合城轨的特点构建了一套城市轨道交通接触网状态检测及健康管理系统，能够为城市轨道交通接触网实现基于服役状态的检修模式提供指导。
参考文献
[1]章来胜.高速铁路接触网分布式故障诊断技术研究[J].铁道机车车辆,2020,40(05):73-77+83.
[2]周晓旦.地铁接触网故障的判断及查找研究[J].装备维修技术,2020,{4}(02):93.
[3]廖红星.高速铁路接触网故障定位研究[D].北京交通大学,2019.