城市轨道交通接触网供电故障及定位方法研究

宁波市轨道交通集团有限公司智慧运营分公司 吴可伟

1 引言

随着城市轨道交通的快速发展，接触网供电系统作为轨道交通运行的关键设备之一，承担着向列车提供电能的重要职责。接触网供电系统的故障不可避免地会影响列车运行和乘客出行，甚至会引发严重的安全事故。及时准确地定位接触网供电故障是确保城市轨道交通运行安全和可靠性的重要手段。

目前，国内外对城市轨道交通接触网供电故障及定位方法的研究不断深入，涌现出大量的成果和创新，但仍存在许多亟待解决的问题。如传统的非智能化定位方法无法满足快速准确定位故障的需求，而智能化定位方法的应用和推广仍受到技术和经济等方面的限制。

本文旨在对城市轨道交通接触网供电故障及定位方法进行系统研究和总结，探讨不同定位方法的适用性和优缺点，并通过实际案例的分析，提出改进和优化建议，为城市轨道交通接触网供电系统的可靠性和安全性提供参考和支持。

2 城市轨道交通接触网供电故障的类型和原因分析

城市轨道交通接触网供电故障的类型和原因分析见表1。

表1 城市轨道交通接触网供电故障的类型和原因分析

城市轨道交通接触网供电系统的故障及其原因十分复杂，需要科学系统的方法进行分析和处理。

3 城市轨道交通接触网供电故障的定位方法研究

3.1 定位方法概述

城市轨道交通接触网供电故障的定位是维护接触网正常运行的重要环节之一[1]。定位方法的准确性和及时性对于保证列车运行安全和提高交通运输效率具有重要意义。常用的定位方法包括非智能化定位方法和智能化定位方法。

3.2 非智能化定位方法

3.2.1 手动巡检法

手动巡检法是最为传统、最为基础的定位方法，即人工巡视检查接触网设备，找出损坏点并进行修复。这种方法具有直观、简便、成本低等优点，但是其准确性和效率都较低，且存在安全隐患。

3.2.2 试探法

试探法是通过向线路发送一定的电信号，并在故障点处观察信号变化来确定故障点位置的方法。该方法适用于单线路的小规模设备检测，但对于复杂的接触网系统，其定位准确性有限。

3.2.3 相量比对法

相量比对法是通过分析接触网供电系统中的电流、电压等参数，对故障点进行定位。该方法定位准确性较高，但需要安装复杂的监测系统，成本较高。

3.3 智能化定位方法

3.3.1 轨道电气监测系统

轨道电气监测系统是一种可以实现对接触网供电系统进行实时监测和分析的系统[2]。通过安装在列车上的传感器对接触网系统进行监测，将监测结果传输至后台，经过数据分析和处理，得出故障点位置并给出修复建议。该方法具有定位准确、实时性强等优点，但成本较高。

3.3.2 图像识别技术

图像识别技术是一种利用计算机视觉技术进行接触网设备故障诊断和定位的方法。该方法通过安装在列车上的相机对接触网设备进行拍摄，并通过计算机算法进行故障定位。该方法定位准确性高，但存在灰度值误差、视角问题等限制。

3.4 定位方法的选择

针对不同的接触网故障类型和设备特点，需要综合考虑定位方法的准确性、成本、实时性等因素，选择最适合的方法进行故障定位[3]。

一般情况下，对于小规模的故障点，可以采用手动巡检法或试探法进行定位，而对于大规模的故障点，建议使用轨道电气监测系统或图像识别技术进行定位。在实际操作中，也可以采用多种定位方法相互印证，提高定位准确性和可靠性。各种定位方法的优缺点和适用范围见表2。

表2 各种定位方法的优缺点和适用范围

4 城市轨道交通接触网供电故障定位方法的应用研究

4.1 定位方法的适用性研究

城市轨道交通接触网供电故障的定位方法有多种，不同的定位方法适用于不同类型的故障，因此需要对定位方法的适用性进行研究。

传统的非智能化定位方法适用于大多数接触网供电故障的定位。如根据电流方向的变化来判断故障位置的“短路法”“开路法”以及利用电缆的反向工作原理来判断故障位置的“交流法”“直流法”等方法，都已经在实际应用中得到了验证。

智能化定位方法在适用于部分故障类型的同时，也存在一定的局限性[4]。如基于电力线通信技术的定位方法，在室外使用效果较好，但在室内由于信号衰减等问题，定位精度会受到影响。而基于高频阻抗测量的定位方法，则需要在供电系统中添加专用设备，成本较高。

定位方法的适用性与故障类型密切相关，不同的定位方法适用于不同类型的故障。在实际应用中需要根据故障类型和定位方法的特点进行合理选择。对于已经选择的定位方法，需要结合实际情况进行适当的改进和优化，以提高定位精度和效率。

4.2 定位方法的实际应用案例分析

城市轨道交通接触网供电系统是保证轨道交通运行的关键设施，一旦出现故障，可能导致列车停运、延误或者行车安全问题。及时、准确地定位接触网故障是保证轨道交通正常运行的重要措施。

某城市地铁系统的接触网故障定位方法主要采用人工巡检和红外线热成像技术，存在人工巡检效率低、精度不高、红外线热成像无法精确定位等问题。为了解决这些问题，该城市地铁系统决定对接触网故障定位技术进行改造，采用先进的无线电定位技术。

改造方案采用了一种新型的无线电定位技术，利用接触网系统内置的信号源发射电磁波，接收装置通过收集电磁波的信号强度来定位故障点。该技术具有精度高、定位快、无须人工干预等优点。

经过改造后，该城市地铁系统的接触网故障定位精度大大提高，定位时间也缩短了，定位准确率达到了99%以上。由于无须人工干预，降低了人工巡检的成本和工作强度，提高了工作效率和安全性。

该城市地铁系统的接触网故障定位技术改造成功，验证了先进的无线电定位技术在城市轨道交通系统中的实用性和可行性，为城市轨道交通运行安全和效率提供了有力保障。

通过案例分析得到城市轨道交通接触网供电故障定位方法的实际应用情况与故障类型、定位方法的特点密切相关[5]。在实际应用中，需要根据实际情况进行合理选择，并对已经选择的定位方法进行改进和优化，以提高定位精度和效率。

4.3 定位方法的改进和优化研究

城市轨道交通接触网供电故障的定位方法虽然已经较为成熟，但仍存在一些不足之处，需要进一步改进和优化。

4.3.1 确定接触网供电故障的类型和位置

定位方法的改进和优化需要解决的问题是确定接触网供电故障的类型和位置。在实际应用中，如果能够准确地判断故障的类型和位置，就可以快速、精确地进行故障的修复和恢复。

4.3.2 采用新的故障诊断技术

除了传统的故障定位方法之外，还可以采用一些新的故障诊断技术进行改进和优化。如可以利用红外成像技术来检测接触网热点或者利用机器学习技术来实现自动化的故障定位和诊断。新技术的应用可以提高故障定位的准确性和效率，进一步提升城市轨道交通系统的运行可靠性和安全性。

4.3.3 提高设备的可靠性和维护效率

定位方法的改进和优化还需要从设备的角度进行考虑。城市轨道交通系统的接触网供电设备是故障发生的主要源头之一，必须加强设备的维护和管理工作，提高设备的可靠性和维护效率。较为先进的监测和诊断系统，如基于物联网和云计算技术的设备监测系统，可以实现设备状态的实时监测和预测性维护，降低设备故障率，提高设备的运行可靠性和稳定性。

4.3.4 加强管理和培训

定位方法的改进和优化还需要从管理和培训方面进行加强。城市轨道交通系统是一个复杂的系统工程，需要统一的管理和培训体系来保证系统的正常运行。特别是对于定位方法的应用，必须加强操作人员的培训和技术培训，确保操作人员熟练掌握定位方法的原理和使用方法。定位方法的改进也需要与管理部门密切合作，从制度和政策方面进行规范和优化。如建立定期检查和维护制度，加强故障信息的收集和分析，制定应急预案等，均有助于提高定位方法的准确性和效率。

5 结语

通过对城市轨道交通接触网供电故障定位方法的应用研究，新的智能化定位方法相比于传统的非智能化定位方法，具有更高的故障定位精度和更快的故障定位速度。这些新的定位方法提高了故障处理效率，降低了故障处理成本，对城市轨道交通接触网供电系统的运营和管理起到了积极的促进作用。

通过对城市轨道交通接触网供电故障的类型和原因分析，以及定位方法的研究和应用，提出了针对城市轨道交通接触网供电故障的定位和处理的一系列解决方案。这些方案将有助于提高城市轨道交通接触网供电系统的可靠性和稳定性，保障城市轨道交通的正常运营和发展。