寧波市軌道交通集團(tuán)有限公司智慧運(yùn)營(yíng)分公司 吳可偉

1 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)作為軌道交通運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一，承擔(dān)著向列車提供電能的重要職責(zé)。接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的故障不可避免地會(huì)影響列車運(yùn)行和乘客出行，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的安全事故。及時(shí)準(zhǔn)確地定位接觸網(wǎng)供電故障是確保城市軌道交通運(yùn)行安全和可靠性的重要手段。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障及定位方法的研究不斷深入，涌現(xiàn)出大量的成果和創(chuàng)新，但仍存在許多亟待解決的問(wèn)題。如傳統(tǒng)的非智能化定位方法無(wú)法滿足快速準(zhǔn)確定位故障的需求，而智能化定位方法的應(yīng)用和推廣仍受到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的限制。

本文旨在對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障及定位方法進(jìn)行系統(tǒng)研究和總結(jié)，探討不同定位方法的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)，并通過(guò)實(shí)際案例的分析，提出改進(jìn)和優(yōu)化建議，為城市軌道交通接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的可靠性和安全性提供參考和支持。

2 城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的類型和原因分析

城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的類型和原因分析見表1。

表1 城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的類型和原因分析

城市軌道交通接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的故障及其原因十分復(fù)雜，需要科學(xué)系統(tǒng)的方法進(jìn)行分析和處理。

3 城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的定位方法研究

3.1 定位方法概述

城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的定位是維護(hù)接觸網(wǎng)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)之一[1]。定位方法的準(zhǔn)確性和及時(shí)性對(duì)于保證列車運(yùn)行安全和提高交通運(yùn)輸效率具有重要意義。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 手動(dòng)巡檢法

手動(dòng)巡檢法是最為傳統(tǒng)、最為基礎(chǔ)的定位方法，即人工巡視檢查接觸網(wǎng)設(shè)備，找出損壞點(diǎn)并進(jìn)行修復(fù)。這種方法具有直觀、簡(jiǎn)便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是其準(zhǔn)確性和效率都較低，且存在安全隱患。

3.2.2 試探法

試探法是通過(guò)向線路發(fā)送一定的電信號(hào)，并在故障點(diǎn)處觀察信號(hào)變化來(lái)確定故障點(diǎn)位置的方法。該方法適用于單線路的小規(guī)模設(shè)備檢測(cè)，但對(duì)于復(fù)雜的接觸網(wǎng)系統(tǒng)，其定位準(zhǔn)確性有限。

3.2.3 相量比對(duì)法

相量比對(duì)法是通過(guò)分析接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)中的電流、電壓等參數(shù)，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位。該方法定位準(zhǔn)確性較高，但需要安裝復(fù)雜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成本較高。

3.3 智能化定位方法

3.3.1 軌道電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

軌道電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析的系統(tǒng)[2]。通過(guò)安裝在列車上的傳感器對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸至后臺(tái)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析和處理，得出故障點(diǎn)位置并給出修復(fù)建議。該方法具有定位準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。

3.3.2 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行接觸網(wǎng)設(shè)備故障診斷和定位的方法。該方法通過(guò)安裝在列車上的相機(jī)對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行拍攝，并通過(guò)計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行故障定位。該方法定位準(zhǔn)確性高，但存在灰度值誤差、視角問(wèn)題等限制。

3.4 定位方法的選擇

針對(duì)不同的接觸網(wǎng)故障類型和設(shè)備特點(diǎn)，需要綜合考慮定位方法的準(zhǔn)確性、成本、實(shí)時(shí)性等因素，選擇最適合的方法進(jìn)行故障定位[3]。

一般情況下，對(duì)于小規(guī)模的故障點(diǎn)，可以采用手動(dòng)巡檢法或試探法進(jìn)行定位，而對(duì)于大規(guī)模的故障點(diǎn)，建議使用軌道電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行定位。在實(shí)際操作中，也可以采用多種定位方法相互印證，提高定位準(zhǔn)確性和可靠性。各種定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍見表2。

表2 各種定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍

4 城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障定位方法的應(yīng)用研究

4.1 定位方法的適用性研究

城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的定位方法有多種，不同的定位方法適用于不同類型的故障，因此需要對(duì)定位方法的適用性進(jìn)行研究。

傳統(tǒng)的非智能化定位方法適用于大多數(shù)接觸網(wǎng)供電故障的定位。如根據(jù)電流方向的變化來(lái)判斷故障位置的“短路法”“開路法”以及利用電纜的反向工作原理來(lái)判斷故障位置的“交流法”“直流法”等方法，都已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證。

智能化定位方法在適用于部分故障類型的同時(shí)，也存在一定的局限性[4]。如基于電力線通信技術(shù)的定位方法，在室外使用效果較好，但在室內(nèi)由于信號(hào)衰減等問(wèn)題，定位精度會(huì)受到影響。而基于高頻阻抗測(cè)量的定位方法，則需要在供電系統(tǒng)中添加專用設(shè)備，成本較高。

定位方法的適用性與故障類型密切相關(guān)，不同的定位方法適用于不同類型的故障。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)故障類型和定位方法的特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇。對(duì)于已經(jīng)選擇的定位方法，需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和優(yōu)化，以提高定位精度和效率。

4.2 定位方法的實(shí)際應(yīng)用案例分析

城市軌道交通接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)是保證軌道交通運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)施，一旦出現(xiàn)故障，可能導(dǎo)致列車停運(yùn)、延誤或者行車安全問(wèn)題。及時(shí)、準(zhǔn)確地定位接觸網(wǎng)故障是保證軌道交通正常運(yùn)行的重要措施。

某城市地鐵系統(tǒng)的接觸網(wǎng)故障定位方法主要采用人工巡檢和紅外線熱成像技術(shù)，存在人工巡檢效率低、精度不高、紅外線熱成像無(wú)法精確定位等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，該城市地鐵系統(tǒng)決定對(duì)接觸網(wǎng)故障定位技術(shù)進(jìn)行改造，采用先進(jìn)的無(wú)線電定位技術(shù)。

改造方案采用了一種新型的無(wú)線電定位技術(shù)，利用接觸網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)置的信號(hào)源發(fā)射電磁波，接收裝置通過(guò)收集電磁波的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)定位故障點(diǎn)。該技術(shù)具有精度高、定位快、無(wú)須人工干預(yù)等優(yōu)點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)改造后，該城市地鐵系統(tǒng)的接觸網(wǎng)故障定位精度大大提高，定位時(shí)間也縮短了，定位準(zhǔn)確率達(dá)到了99%以上。由于無(wú)須人工干預(yù)，降低了人工巡檢的成本和工作強(qiáng)度，提高了工作效率和安全性。

該城市地鐵系統(tǒng)的接觸網(wǎng)故障定位技術(shù)改造成功，驗(yàn)證了先進(jìn)的無(wú)線電定位技術(shù)在城市軌道交通系統(tǒng)中的實(shí)用性和可行性，為城市軌道交通運(yùn)行安全和效率提供了有力保障。

通過(guò)案例分析得到城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障定位方法的實(shí)際應(yīng)用情況與故障類型、定位方法的特點(diǎn)密切相關(guān)[5]。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，并對(duì)已經(jīng)選擇的定位方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以提高定位精度和效率。

4.3 定位方法的改進(jìn)和優(yōu)化研究

城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的定位方法雖然已經(jīng)較為成熟，但仍存在一些不足之處，需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化。

4.3.1 確定接觸網(wǎng)供電故障的類型和位置

定位方法的改進(jìn)和優(yōu)化需要解決的問(wèn)題是確定接觸網(wǎng)供電故障的類型和位置。在實(shí)際應(yīng)用中，如果能夠準(zhǔn)確地判斷故障的類型和位置，就可以快速、精確地進(jìn)行故障的修復(fù)和恢復(fù)。

4.3.2 采用新的故障診斷技術(shù)

除了傳統(tǒng)的故障定位方法之外，還可以采用一些新的故障診斷技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。如可以利用紅外成像技術(shù)來(lái)檢測(cè)接觸網(wǎng)熱點(diǎn)或者利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的故障定位和診斷。新技術(shù)的應(yīng)用可以提高故障定位的準(zhǔn)確性和效率，進(jìn)一步提升城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和安全性。

4.3.3 提高設(shè)備的可靠性和維護(hù)效率

定位方法的改進(jìn)和優(yōu)化還需要從設(shè)備的角度進(jìn)行考慮。城市軌道交通系統(tǒng)的接觸網(wǎng)供電設(shè)備是故障發(fā)生的主要源頭之一，必須加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和管理工作，提高設(shè)備的可靠性和維護(hù)效率。較為先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)，如基于物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)性維護(hù)，降低設(shè)備故障率，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性。

4.3.4 加強(qiáng)管理和培訓(xùn)

定位方法的改進(jìn)和優(yōu)化還需要從管理和培訓(xùn)方面進(jìn)行加強(qiáng)。城市軌道交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)一的管理和培訓(xùn)體系來(lái)保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。特別是對(duì)于定位方法的應(yīng)用，必須加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)和技術(shù)培訓(xùn)，確保操作人員熟練掌握定位方法的原理和使用方法。定位方法的改進(jìn)也需要與管理部門密切合作，從制度和政策方面進(jìn)行規(guī)范和優(yōu)化。如建立定期檢查和維護(hù)制度，加強(qiáng)故障信息的收集和分析，制定應(yīng)急預(yù)案等，均有助于提高定位方法的準(zhǔn)確性和效率。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障定位方法的應(yīng)用研究，新的智能化定位方法相比于傳統(tǒng)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。這些新的定位方法提高了故障處理效率，降低了故障處理成本，對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)和管理起到了積極的促進(jìn)作用。

通過(guò)對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的類型和原因分析，以及定位方法的研究和應(yīng)用，提出了針對(duì)城市軌道交通接觸網(wǎng)供電故障的定位和處理的一系列解決方案。這些方案將有助于提高城市軌道交通接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，保障城市軌道交通的正常運(yùn)營(yíng)和發(fā)展。