(大秦铁路股份有限公司 山西吕梁 033000)
摘要：提出一种铁路供电设备故障处理方法。基于物联网将设备维护状态信息、运行信息及SCADA的实时监测信息作为模型输入，建立以故障信号次数和故障时间差异为变量的目标检测函数，完成设备的故障检测、故障隔离及故障恢复。加入时间调节系数来处理不同运行方式，以满足铁路供电网多种故障信息的辨识需求。最后探讨了基于物联网的数据发布、推送问题和数据加密问题，并给出解决方法。算例表明，所提方法无需复杂模型，具有显著实用性。
关键词：物联网；铁路供电设备；故障处理
1基于物联网铁路供电设备概述
物联网(InternetofThings)是通过射频识别(ＲFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，通过网格将任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网格。铁路供电线路设计为双回路供电模式，一路主供，另一路备用，基于物联网的铁路供电线路巡检，可实时定位人员位置，提供差异化的服务方案，将人员位置、设备运行信息实时通过无线网络传递到异地服务器，与厂站监控系统、智能变电站全景数据平台之间实现数据共享和智能联动。在推进智能配电网建设方面，对10kV配电网小电流接地系统单相接地故障进行检测时，提出了一种基于直流注入法的新型小电流接地故障隔离和定位的解决方案。针对配电系统架空线路零序电流不易获取。
2基于物联网的铁路供电设备故障处理
物联网信息丰富，选取影响供电的一次和二次主要设备的状态信息作为模型输入。本文选取变电站内的变压器、断路器、隔离开关、母线、电缆、采集单元的电流和电压互感器、电容和电抗器，变电站外的架空电缆、采集单元、传输单元以及输电走廊的其他重要设备信息。基于物联网的设备信息包括设备维护状态信息、运行状态信息和实时监测信息。为简化输入模型信息，加快数据检索和数据处理速度，可建立设备和供电馈线的多对多的映射关系。设备维护状态信息由设备管理数据库自动读取。设备运行信息采用二维码扫描上送主站平台、APP巡检通知上报、铁路报警平台及地方报警平台的数据记录等方式来输入。设备实时监控信息为SCADA监测信号，由传统的电力通道获取。运行信息上传到监控主站后，通过设备映射关系形成故障信息处理的输入信号。在线故障信息处理实现中，当主站监控平台收到运行信息时，需要结合维护状态信息和实时监测故障信号加以判断，以准确找到故障位置，并且输出故障处理结果。采用即时处理、参考建议等多种方式，通过物联网反馈给运维人员，及时检修处理。
2.1基于物联网的设备信息输入模型
设备信息输入模型由设备维护状态信息、设备运行信息及实时监测信息组成。
（1）
式中:Wall———输入模型向量;
Wsta———设备维护状态信息;
Wrun———设备运行信息;
Wsca———实时监测信息。
上述3种信息采用向量表示，n维，n为设备数目。
映射函数为
（2）
式中:a1，a2，…，am———馈线;
x1，x2，…，xn———设备;
J———m维馈线向量;
D———n维设备向量;
Ｒ———D和J的多对多关系映射关系，m×n维。
设备维护状态信息包括设备的检修周期T、上次检修时间T1、投运时间T2、生命周期T3。相应值从设备管理数据库获取，通常以日为时间间隔计算，完成设备维护状态信息的及时更新。如果当前日期大于T1+T时，或者大于T2+T3时，该设备的Wsta对应元素赋予启动值1。
设备运行状态信息采用二维码、NFC、IC芯片等标志，标志内容包括标志码和异常值。当设备运行环境、运行状态、气象等条件异常时，巡视、值班和维护人员通过移动终端上报物联网服务器。主站故障处理系统可以主动接收物联网服务器信息;收到该信息后，通过映射关系，设置Wrun对应元素值为1。
设备实时监测信息从有通道的实时监控平台获得设备的事件顺序记录(SequenceOfEvent，SOE)信息，当设备收到SOE信息，设置Wsca对应元素值为1。根据映射关系Ｒ找到馈线L，设置馈线L的启动值为1。根据式(1)启动值的类型不同，将启动划分为3种启动方式，依次为Wrun方式、Wsta方式、Wsca方式，优先级依次降低。
2.2Wrun启动方式下的故障信息处理
接收到Wrun输入信息，立即启动故障信息处理程序，直接设定该设备故障，进入故障隔离与恢复阶段，并且通过物联网平台发出警报信息推送给巡视人员、维护人员及值班人员。
2.3Wsta启动方式下的故障信息处理
接收到Wsta输入信息，立即启动故障信息处理程序，查看设备所在馈线L上的设备故障次数，一段时间内如果故障次数超过指定值，则直接设定该设备故障，进入故障隔离与恢复阶段，并且通过物联网平台发出警报信息推送给巡视人员、维护人员及值班人员。
2.4Wsca启动方式下的故障检测算法
铁路供电网供电系统中最常用的恢复供电自动装置为自动重合闸和备自投装置。馈线两侧的自动重合闸和备自投有4种组合方式:仅重合闸、仅备自投、重合闸且备自投、无重合闸且无备自投。
铁路供电为双回路双电源冗余供电，定义区段为:变电所之间的馈线以及变电所内电气设备之间的电气连接。馈线的区段通过入线或者出线断路器与变电所相连接，变电所内区段连接所内的电气设备。当故障发生后，故障点两侧的自动装置相继动作，在断路器上产生的保护信息和保护时间不一样，根据保护信息和保护时间差异，可进行设备的故障检测。
以手拉手馈线的断路器设备为例，故障检测算法流程如下:
(1)监测馈线L的Wsca启动值，如果启动值为1，则启动故障检测。
建立馈线断路器动作函数:
（3）
式中:Z(x)———设备x的动作函数值;
C(x)———故障信息发生次数;
k1———时间调节系数，小于0．0001;
T(x)———设备x首次故障信息发生时间减去馈线L触发故障检测时间的差值。
2)当故障发生时，区段两侧的故障信息和非故障区段两侧的故障信息是有差异的，定义此差异值为区段的目标检测函数，计算馈线区段的目标检测函数如下:
（4）
式中:Z(xi)———断路器xi的动作函数值;
Z(xi+1)———断路器xi+1的动作函数值;
Zone(xi，i+1)———xi和xi+1之间的区段目标检测函数，区段数目为n－1，断路器编号按照馈线的任一供电路径。
无论是瞬时故障还是永久故障，或者自动装置如何动作，在这种处理方式下，故障区段的目标函数是最大的，计算出故障函数的最大值区段Fa:
（5）
故障发生点为区段故障函数值等于Fa的区段处。
2.5供电故障恢复供电
单电源供电的永久故障，在故障隔离后，恢复供电断路器为馈线跳闸断路器，则故障区段后端失电，负载供电不可恢复;如果是瞬时故障，配合自动装置则可以恢复供电。双电源供电的永久故障，在故障隔离后，恢复供电断路器为馈线双侧断路器，一端为跳闸断路器x1，馈线末端断路器xn，需要通过计算才能决定xn是否能够恢复供电。如果是瞬时故障，配合自动装置则可以恢复供电。
结束语
本文提出铁路供电设备故障处理方法。采用物联网多种监测信息作为模型输入，建立以故障信息动作次数和信息时间差异为变量的目标检测函数，完成设备的故障检测、故障隔离及故障恢复，加入时间调节系数来处理不同运行方式，以满足铁路供电网多种故障信息的辨识需求。最后探讨了基于物联网的数据发布、推送问题和数据加密问题。
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[4]程亮.高速铁路牵引供电典型故障分析及对策[J].中国新技术新产品,2017(06):33-34.
论文作者:石鼎然
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：故障论文; 信息论文; 设备论文; 区段论文; 断路器论文; 馈线论文; 铁路论文; 《电力设备》2018年第20期论文;