大数据技术在接触网供电故障分析中的应用

（中交机电工程局有限公司，北京 100088）

1 工程概况

深圳市城市轨道交通11号线工程供电系统采用集中式、110/35 kV两级电压供电方式，牵引和动力照明共用35 kV供电网络。新建机场北主变电所，同时利用9号线建设的侨城东主变电所、6号线建设的松岗主变电所、1号线延伸线已建的西乡主变电所共4座主变电所为其供电。牵引供电系统采用DC1 500 V架空接触网供电、走行轨回流方式。

2 故障数据统计

在城市轨道交通运营里程逐步增加的背景下，接触网供电故障的发生概率随之增加，应用科学的方法探寻故障的成因并采取针对性的处理措施较为必要，可保证地铁交通的出行安全[1]。

大数据是现阶段信息技术领域的代表技术之一，文章以大数据技术为主，结合较为常见的35例接触网供电故障，对故障原因、故障数量、故障占比及专业占比加以分析。导致接触网供电故障因素复杂，可对其加以归类，发生位置的角度包含接触网本体（占比31%）、变电所（占比37%）及非供电设备（占比31%）三类。针对不同类型的故障对应的处理方法存在差异，对列车运行状态带来的影响有所差异，接触网本体故障产生的影响较大。在针对接触网供电故障的识别工作中，应根据掌握的情况采取针对性的应急措施，降低故障发生概率，减小故障带来的不良影响。

3 数据特征采集

通过SCADA（supervisory control and data acquisition）系统的应用，识别关键运行特征，实现区域稳定判别和预测。在本次分析中，采用的特征数据均源自SCADA系统，在特征数据的支持下确定故障的发生概率，探寻其特征与规律。

4 建模思路

数据特征参数体系中保护动作为重点内容，原因在于保护动作与故障存在显著的关联，在双边供电的接触网两侧保护动作同时运行的环境下，各保护装置出现故障的概率较低，此时可判断是否存在短路故障，但在单边供电的条件下难以准确判断是否存在故障或出现保护误动作的情况。

钢轨电位与杂散电流具有较显著的关联性，根据此特性，若存在短路故障，在电流增加的同时杂散电流随之表现出加大的变化趋势，可见钢轨电位有所提高，出于安全层面的考虑，OVPD将动作合闸。通过对OVPD动作的分析，可判断是否存在故障或保护误动。

明确自动重合闸的动作情况有助于判断故障的性质，即是否为瞬时故障或永久故障。若自动重合闸无法顺利实现，应进一步结合倒闸及电客车升降弓，组织试送电，判断故障发生在变电所内、接触网内、电客车内等具体区域。

5 基于模型的数据分析

依托大数据的支撑作用以更加清晰的思路展开分析，在数据量逐步增加的发展趋势下，故障的特征逐步明确。为满足分析需求应创建分析模型，OVPD动作情况将对其产生显著影响，若未出现故障前OVPD呈合闸的状态，则难以在保护误动和真实故障中做出精准的判断。

从建模思路展开探讨，考虑接触网本体、变电所、非供电设备三大易发生故障的区域，探寻其保护动作、OVPD及重合闸的情况。

保护与OVPD同时动作时所内设备故障概率为0，接触网本体故障的发生概率较高，达到66%，排于次位的为非供电设备故障，达到34%。若仅存在框架保护或大电流脱扣等情况，所内故障率达到100%，无其他区域的故障。

若在开关刀闸处于合位的状态时表现出无网压的状况，此时仅有接触网本体会发生故障，占比达到100%。热过负荷保护动作可能存在接触网本体或所内故障，各自发生概率一致，均为50%。

当存在保护动作而OVPD未动作时，非供电设备的故障概率较高，达到64%，其他两个区域的故障占比较小，接触网本体故障为9%，所内故障为7%。

6 地铁供电系统接触网的组成形式

在接触网的供电模式下受电弓为关键的应用装置，其在接触网中行走，由此获得电能并向电客车输送[2]。接触网的安全性将直接影响列车的运行效果。隧道内外的接触网悬挂形式存在差异，隧道内为架空Ⅱ型汇流排刚性悬挂的方式，隧道外选用架空柔性悬挂的方式。

从悬挂特性的角度来看，接触网可分为多种形式，架空式接触网较为典型，在此基础上可分为柔性、刚性两种。悬挂装置按要求稳定在轨道上方的指定位置，配套汇流排夹线槽，接触导线可嵌入其中。

7 停电分级、停电范围及影响

7.1 电客车故障停电

配套在电客车上的受电弓无法维持正常的运行状态，即出现故障或短时接地，干扰接触网的正常运行，使其因瞬时接地故障发生跳闸，相应的电客车在该供电分区内失电。针对此类故障，行车调度员应及时告知司机，使其做出降弓的操作，而后再次升弓，由此恢复至正常供电的状态。通常此类故障的影响范围较小，行车状态不会受到大范围的影响。受电弓存在永久性接地故障时，会对正常行车状态产生较大的干扰。

7.2 接触网故障停电

接触网供电发生故障，包括金属故障接地、主体设备故障等多个方面，会导致接触网失电，其作用范围相对较大，不利于列车的正常通行。

在接触网运行期间，部分金属类铁丝等零配件因掉落至接触网中，破坏接触网的稳定性，产生接触网跳闸失电的情况，其成因较为复杂，处理难度较大，难以在短时间内解决。针对此问题，可通过外接设备清理接触网的杂物。

接触网绝缘子存在绝缘不良的情况或接触网设备脱落时将出现故障，且会造成较长时间的失电情况，所处的供电分区难以维持正常的状态，处理难度相对较大，为及时恢复供电状态，需通过其他供电方式加以解除。

8 地铁供电接触网的应急处置

8.1 创建高素质的应急指挥中心

接触网停电后现场负责人应及时感知情况，并与控制中心取得联系，加强信息反馈，通过多方协作确认故障信息，确保信息无误后向值班调度长报告。在故障处理过程中，控制中心主要负责前期的应急指挥，根据现场情况生成预案后交给现场应急指挥部，合理调度专业人员。现场指挥期间根据弓网故障的实际情况采取相适应的组织规划，若故障发生在车场，前期由场调指挥；若故障发生于正线，应由值班站长统筹规划，指挥故障处理工作。

8.2 应急响应

在各部门接收到故障信息后及时抽调技术专员，按制定的预案组织工作，缩短应急救援的响应时间。若故障发生在车场需选取距离故障点最近的道路，将救援车辆驾驶至该处。若故障发生在正线，为便于救援应将救援汽车驾驶至邻近的车站。救援前应做足准备工作，包括材料、救援装置、人员等。安全是故障处理工作顺利开展的必要前提，因此，救援人员应加强自我防护，在安全环境下高效作业。

8.3 应急处理

控制中心是故障处理流程中的核心部门。电力调度员结合故障报文，对故障的发生区域、具体类型等形成初步的认识，再及时与行车调度工作人员沟通，由专员做出降弓操作，经故障判断后电力调度试图送电，若成功则告知行车调度，再次使电客车升弓，维持单边供电的状态。若由于电客车故障引发的接触网失电现象，及时通知行车调度，引导故障对应的电客车回到车场，以展开全面的检查。在送电过程中存在永久故障时，首先需断开主要变电所隔离开关，可试送被联跳变电所开关，可顺利合闸是主跳变电所开关存在故障或上网隔离开关间存在电缆故障。若无法正常送电，断开被跳变电所上网隔离开关，试送被跳开关，若无异常且试送成功，说明接触网存在故障，由此可对其加以处理。

8.4 故障抢修

针对接触网供电故障的处理应遵循“先通后复”的原则。若故障发生在车场，场调应与指挥部人员沟通，做好交接工作，以便抢修工作可顺利开展。若故障发生在正线上，值班站长需要与指挥部人员沟通，救援队伍负责人起引导作用，组织救援人员有序进场，在明确现场情况后制定初步救援方案。在方案的落实过程中应积极疏导乘客，减小不良影响范围，切实保证乘客的安全。若因弓网故障导致结构或相关设施系统受损，将加大故障抢修的难度，因此，需要先根据受损结构或设施的实际情况采取处置措施，为正式抢修工作创造安全的环境。现场负责人组织人员调度，使事故区域内的人员可快速疏散至安全区域，专业救援队进入现场，根据救援方案的要求展开救援工作。现场人员需要精准划定抢修区域，拉设控制线，任何与抢修作业无关的人员均不可进入现场。为提高救援效率，各专业救援队在做好自身专业工作的同时应加强配合、协同作业，打通信息沟通渠道，缩短故障抢修的时间，恢复正常运营状态。

8.5 行车指挥

出现事故后，行车调度员应立即做出响应，制定行车调整方案，报值班调度长审批。在整个行车指挥工作中，将保证乘客的安全视为首要工作目标，通过多种途径减小不良影响，避免因处理不当再次诱发事故。

9 结语

针对地铁接触网故障应按照特定的思路分析与处理，重点考虑接触网、受电弓、区间限界的实际情况，合理调度人员，通过大数据的应用精准锁定故障源头，采取针对性的处理措施，恢复正常运营状态。