（电力系统及其自动化专业论文）综合维修体制下故障抢修决策支持系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a b s tr a c t d u r i n gt h ef a u l tr u s h r e p a i r i n gw o r k sf o rt r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e m , i t i sr e q u e s t e dt h a tw es h o u l dt r yt oc u tt h er u s h r e p a i r i n gt i m ea ss h o r ta sw ec a n , i no r d e rt od e c r e a s et h el o s ta n di m p r o v et h et r a n s p o r t a t i o n ，t h u sc a l l sf o ra i n f o r m a t i o n - b a s e dm a l f u n c t i o nf a u l tr u s h r e p a i r i n gs y s t e m m o r e o v e r , r e c e n t l y t h em i n i s t r yo fr a i l w a y sc o m b i n e dt h ep o w e rs u p p l ys e c t o r si nl a r g es c a l e ，b u t t h e ni ts e e m sw el a c ka ne f f e c t i v em e t h o df o rh o wt o l a y o u tt h ec o n t a c t n e t w o r k su n i f o r m l ya n de n h a n c et h ef a u l tr u s h - r e p a i r i n gw o r k sf o rt h ec o n t a c t n e t w o r k sw h i c ha r ef a rf r o mt h e p o w e rs u p p l ys e c t o r s t h ed o m i n a t i o n e n l a r g e da f t e rt h ec o m b i n a t i o n ，h o wt oo r g a n i z et h ef a u l tr u s h - r e p a i r i n gw o r k s f o rd i f f e r e n tg r a d eo fm a l f u n c t i o n si nm o r ee f f e c t i v ew a y s ? w es h o u l dd i s c u s s a b o u tt h eq u e s t i o nt h a th o wt os e tu pt h ea d a p t a b l ef a u l tr u s h r e p a i r i n gw o r k s b a s e do nt h en e ws y s t e m s i na d d i t i o n , f o rt h ed e m a n do fe l e c t r i f i e d r a i l w a ys y s t e m , t h er e l a t i o n s b e t w e e nd i f f e r e n ts e c t o r st e n dt ob ec l o s e r i nt h er e s c u eo ft r a i no p e r a t i o n a c c i d e n ta n dn a t u r a ld i s a s t e r s ，c o m b i n e d o p e r a t i o na n dc l o s ec o o p e r a t i o n b e t w e e nd i f f e r e n ts e c t o r sa r em o r ei m p o r t a n t s o ，o t h e rt h a ni n f o r m a t i o n i z a t i o n a n ds t a n d a r d i z a t i o no fp o w e rs u p p l ys e c t o r s ，w es t i l ln e e dt om a s t e rt h e i n f o r m a t i o no ft h er e l a t e ds e c t o r s a l lw o r ka r e a s ，p o w e rs u p p l ys e c t o r sa n d o t h e rs e c t o r ss h o u l dc o o p e r a t ew i t he a c ho t h e rc l o s e l ya n de n s u r et h eo p e r a t i o n s a f e t yi nl i n ew i t ht h es m o o t hg o i n go f r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n i nm yp a p e ri e d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mo ff a u l tr u s h r e p a i r i n gu n d e r c o m p r e h e n s i v em a i n t e n a n c er e g i m e ，w es e p a r a t et h ef a u l tr u s h - r e p a i r i n gi n t o t w om o d u l e s ：o n ei st h ef a u l tr u s h r e p a i r i n ga u x i l i a r yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m , w h i c hc a l li n t e g r a t ea l lt h ee l e m e n t ss u c ha sr u s h r e p a i r i n gp r e p a r a t i o n s ，t o o l s a n dm a t e r i a l s ，s t a f f s ，v i d e o sa n dp h o t o sa n dp i c t u r e s ，h i s t o r yr e c o r d s ，v e h i c l e i n f o r m a t i o n ，a s s i s t a n td e c i s i o n m a k i n g ，e t c ，a n d t h u sr e a l i z e st h e s t a n d a r d i z a t i o no ft r a t i o n p o w e rs u p p l y m a l f u n c t i o n sf a s t r e p a i r i n g c o n s i d e r i n gs h o r t e n i n gt h er e p a i r i n gt i m ea n dd e c r e a s et h el o s t ，w et r yb e s tt o m a k ee v e r ym o d u l em o r ed e t a i l e da n de a s i e ru n d e rt h i ss y s t e m w i t ht h i s s y s t e mw ec a nr a p i d l ya r r a n g et h es t a f f sa n dt o o l s ，q u i c k l ye n q u i r ea b o u tt h e t r o u b l e p l a c e se q u i p m e n ti n f o r m a t i o n ，d e s i g nl a y o u t s ，g e o g r a p h y a n d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 e n v i r o n m e n t ，a n dm a k eo u ta l la u x i l i a r yr u s h r e p a i r i n gs o l u t i o na c c o r d i n g l y a f t e r c o n s u l t i n g t h es t a n d a r df r u s h - r e p a i r i n gr e g u l a t i o n s a n dh i s t o r i c a l m a l f u n c t i o nt r e a t m e n t s a n o t h e rm o d u l ei sag e n e r a li n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e mf o rt h ec o o p e r a t i o n sb e t w e e nd i f f e r e n ts e c t o m ，i ti n t e g r a t e sa l lt h e i n f o r m a t i o no fs a f e t yr e g u l a t i o n s ，t e c h n i c a lo p e r a t i o n s ，p r o f e s s i o n a lk n o w l e d g e a n dr e p a i r i n gs c h e d u l e si nb e t w e e nt h es e c t o r so fe n g i n e e r i n g ，e l e c t r i c i t ya n d s i g n a l ，l o c o m o t i v ea n dv e h i c l e s ，s ot h a ti t se a s i e r f o rt h e mt oc o m m u n i c a t e w i t he a c ho t h e r i na d d i t i o n ，w ed e s c r i b ei nd e t a i la b o u tt h ep o w e rs u p p l y s e c t o r sr u s h - r e p a i r i n gw o r k sa n dn e c e s s a r yc o o p e r a t i o n sw i t ho t h e rs e c t o r s u n d e rt h es i t u a t i o n ss u c hl i k et r a v e l i n ga c c i d e n c e sa n ds p e c i a ln a t u r ed i s a s t e r s m u l t i s e c t o r s c o o p e r a t i n gi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mc a l le f f e c t i v e l y p r o m o t et h ec o o p e r a t i o n si nb e t w e e nd i f f e r e n ts e c t o r sa n dr e d u c et h ep e r s o n a l i n j u r i e si nt h eb a da c c i d e n t s ，a n di tc a na l s op a r t l ys o l v et h ep r o b l e m ss u c ha s r e p a i r i n gd e l a y sd u et oi n c o n s i s t e n tc o m m a n d sb e t w e e nd i f f e r e n ts e c t o r s k e y w o r d s ：c o m p r e h e n s i v em a i n t e n a n c er e g i m e ；f a u l tr u s h r e p a i r i n g ： t r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e m ：m u l t i s e c t o r s c o o p e r a t i n g ；d e c i s i o ns u p p o r t s y s t e m 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密日，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：座荡艿 嗍妒。卜；1 指导老师签名：v 协、】 醐：w ? 、 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本文工作的创新点是：牵引供电系统故障抢修时，从各个方面讨论了 如何能缩短抢修时间，尤其是考虑到了各部门间如何提高配合抢修的协调 性，将行车事故救援和自然灾害抢修中以部门配合为主建立了相关的抢修 模块，而且建立了一个部门业务了解学习模块，将员工自学习、自提高的 方面考虑进去，在缩短故障抢修时间方面取得了较好的效果。 学位论文作者躲秀薯考 醐：加。p2 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 课题的研究意义与来源 1 1 1 课题的研究意义 供电段是铁路供电系统基层管理部门，其主要任务是保证电气化铁路 的正常供电。供电系统的运行具有不可中断性和实时性，所以在供电系统 的运行中，每日都会产生大量与系统运行紧密相关的各种数据，以及许多 数据分析处理工作，如各种报表的填写、数据的汇总与计算、工程图纸的 绘制、运行设备的管理等，这些信息中既有静态的设备履历、设计资料， 也需要各种系统实时运行的动态信息，以便监视和了解设备和供电系统的 运行状态。 按传统方式，供电段信息收集多采用报表、电话或出巡等形式，报表 记录采用人工操作方式。由于管辖区域大，专业技术密集、部门协作密切， 各部门均按自定达标规范向下收集数据统计信息，因此存在着技术资源( 如 设计图纸、检修计划、事故记录、运行日志、机电报等) 分散、数据信息 量大、冗余度高、数据的一致性难以保证以及有效信息形成周期长等问题， 特别是手工操作方式导致的人为失误也使得供电业务的管理水平和工作效 率难以进一步提升。标准化程度低，为数据交换也带来困难。【1 】 同时也造成抢险指挥困难：发生接触网事故时，领导( 包括供电段、 铁路局、铁道部等) 很难快速准确地获取事故现场的有关信息，如事故现 场的地形地貌、配件供应等，从而可能延误抢险工作，影响抢修方案的制 定和临时决策的正确性。 另外，电气化铁路系统的需要，使各种维修的关系更紧密。例如，信 号转辙机的维修，必然涉及线路和供电系统；线路的捣固，要顾及轨道电 路等设施；其拨道和补碴，直接影响到弓网关系和接触网高度；接触网的 抢修，需要线路、信号的畅通。再例如，信号专业检查轨道电路，可以发 现轨道缺陷；而轨道的结构设计特点也直接影响到轨道电路的性能。线路 人员巡检时，可以发现有些明显的接触网误差；接触网人员在执行自己的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 任务时，也能发现线路、桥梁的问题。这就要求有一个平台，能方便各部 门之间的信息交流。1 2 j 在行车事故救援和自然灾害抢险中，需要很多部门同时出动抢险，有 工务、电务、机务、车辆、医务、气象等部门，甚至周围的村民等，这就 存在各部门之间联合作业的问题，如何实现各部门协调作业、密切配合， 安全操作，这也是人们现在越来越重视的问题。另外，在事故抢修中，最 容易存在只顾抢速度，而忽视安全作业的倾向，例如，忙乱中未扎安全腰 带而摔伤，由于缺乏安全知识被跨步电压击伤，没有设好防护被其他车辆 碰伤，等等，这就对抢修人员安全作业的意识和对安全规则知识的掌握提 出了更高的要求。 因此，需要有一个统一的平台，能可靠实现供电段传统的各种复杂业 务，还能实时监测和了解现场设备运行状态和人员工作情况，通过各个部 门之间检测维修信息的交换，为管理决策者提供及时准确的辅助信息和决 策依据。通过各个部门之间安全规程、专业常识和作业标准等的了解和学 习，以及发生行车事故救援和自然灾害时，各部门作业的操作流程和注意 事项的了解，能对各部门密切配合起到辅助作用，对供电系统管理技术和 铁路运输能力的提高将起到很大的推进作用。 1 1 2 课题的来源 本课题来源于成都交大许继电气有限公司牵引供电运营管理系统 项目的功能子模块一故障事故管理。 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1 国外铁路管理信息化发展情况 以日本、美国、加拿大和德国为首的发达国家早在2 0 世纪6 0 年代就 开始将计算机及信息技术大量应用于铁路运营管理中。而且随着i n t e m e t 技术的发展，铁路各类专业的信息系统将朝着综合化、集成化、操作自动 化、管理系统化、决策智能化的数字式铁路方向发展。其中，以美国的c s x 集团、太平洋联合集团、德国铁路公司为代表。 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 近年来随着人工智能技术、计算机及其相关技术的飞速发展，世界各 国都开展了用高新技术改造传统铁路运输模式的研究，目的在于提高铁路 运输效率、增强铁路运营安全、提高服务质量、减少环境污染。发达国家 有关铁路智能运输系统的研究已有4 0 余年的历史了，并且在综合运营管 理、列车运行自动控制、电子付费、紧急救援、安全监控等方面取得了很 多成就。如作为欧洲2 1 世纪干线铁路总体解决方案的欧洲铁路运输管理系 统e r l m s 、法国铁路的连续实时追踪自动化系统a s t r e e 、日本新干线 的列车运营管理系统c o m t r a c 和c o s m o s 、北美的先进列车控制系统 a t c s 和先进铁路电子系统a r e s 、美国旧金山港湾铁路的先进列车控制系 统a a t c 、日本的新一代列车控制系统a t a c s 及计算机和无线电辅助列车 控制系统c a r a t 。这些系统尽管尚不能称为完整的铁路智能运输系统， 但其研究都属于铁路智能运输系统的研究范畴。 针对如何保障行车安全、最大限度地提高基础设施的能力、降低基础 设施的成本，各国的研究机构和公司在列车控制方面竞相展开研究。如欧 洲的列车控制系统e t c s ；美国的先进列车控制系统a t c s ，a r e s ，a a t c ， i t c s ；日本的c a r a t a t a c s 。从其采用的技术手段可以看出采用卫星定 位技术及无线通讯技术实现移动闭塞将是未来列车控制技术的发展方向。 日本铁路技术研究所于2 0 0 0 年初正式提出了面向铁路的i t s 智能 铁路系统这一概念。研究智能铁路系统的目的在于提高铁路系统的运输效 率和运输能力，增强铁路运输系统中个人的流动性、便利性以及舒适性， 减少能源消耗和环境污染，提高现有基础设施的利用率，创造与旅行相关 的商机，提供集成的、统一的、标准的信息，提高铁路运输系统的安全性 和可靠性。在c y b e r r a i l 系统中，旅客、铁路工作人员以及铁路相关公司， 都可以自由地传输、收集和处理信息。乘客可随时收到为他们的需求而提 供的旅行计划以及个人导航信息，同时铁路公司可以不断优化运输计划， 以满足旅客的需求和行车指挥的高安全性。c y b e r r a i l 系统致力于实现两个 层次的目标：提供实时的多式联运旅客信息服务，即为旅客提供关于旅 行前信息、门到门的旅行导航、交通受阻时的旅行计划调整服务等方面的 更方便、更可靠、更实时的信息。使铁路列车运营更灵活、更安全、更 可靠、更具竞争力。 综合以上内容可见，这些国家的铁路信息系统的总体特点与发展趋势 是：依托互联网；建设内部网；指挥控制向智能化方向发展；信息化程度 高。【l 】 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 2 2 我国铁路管理信息化的发展情况 我国从1 9 9 5 年才正式开始铁路运输信息管理系统的建设。经过2 0 多 年的努力，由文献 3 1 2 e l 较可知，在供电系统管理方面比较突出的有郑州 局部分供电段使用的铁路牵引供电管理信息系统( e m i s ) 、成都局部分供 电段使用的牵引供电运营管理系统( p s m i s ) 、汉口供电段使用的接触网地 理信息系统。 1 2 2 1 郑州局部分供电段的铁路牵引供电管理信息系统( 酬i s ) e m i s 内建的基础管理数据库，通过网络实现了数据共享，包括设备 图纸、设备履历、地形地貌等。e m i s 通过其强大的网络功能，实现了部 分生产管理和指挥的网络化，包括各种公文、机电报表、接触网运行检修、 电调交班日志、原材料库存、抢修列车的配置、抢修队伍的能力和位置、 事故速报等等。 e m i s 采用m ss q ls e r v e r 作为数据库管理系统，采用分布式数据库 技术，在具体的应用中，采用了c s 与b s 结构相结合的手段，来实现实 时数据的更新与继承。【3 j 在数据安全与数据库保密中采用了：分布式数据冗余、数据容错设 计；充分采用身份验证、授权检查、核查、敏感数据屏蔽技术；服 务器采用在线式磁带机或磁盘镜像技术，做好实施备份，重要数据还可及 时刻录成光盘保存；配备网络版的防病毒软件，防止病毒攻击；系统 管理员对用户权限的管理要做到科学规范，严肃认真。 1 2 2 2 成都局部分供电段的牵引供电运营管理系统( p s m i s ) p s m i s 是基于计算机网络技术和分布式数据库技术开发的大型集成管 理信息系统。采用了多层分式式客户端服务器( c s ) 设计模式，以o r a c l e 9 i 大型数据库作为后台数据库平台，选用b o r l a n d 公司d e l p h i6 0 作为客户 端开发工具。 p s m i s 将牵引供电部门的业务分为基本信息管理、设备管理、状态监 测管理、运营管理、图形图片管理、视频信息管理、机电报管理和系统维 护管理等模块。每个模块均采用了多层分布式体系结构。【4 】 1 2 2 3 接触网地理信息管理系统 接触网地理信息管理系统( g i s ) 利用计算机图形技术和数据库技术来 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 存储和处理空间信息，利用地理信息系统把接触网的图形、音像、文字、 数据资料等各种信息映射到共享数据平台上，实现数据共享、资料分类检 索，并建立接触网现实地理环境的空间信息模型。 该系统采用m a p x 为系统开发平台，使用面向对象的编程技术和 a c t i v e x 控件，界面设计采用v i u s a lb a s i c 6 0 ，后台数据库采用大型的结 构化数据库m ss q ls e r v e r2 0 0 0 。 该系统以矢量地理图为背景，以接触网各种设备( 如支柱、导线等) 为 管理对象，在地理图上显示设备相对位置，对设备数据进行日常维护和管 理，实现了设备的静态和动态信息化管理，为接触网日常维护管理、事故 救援抢修和领导科学决策提供重要依据。【1 o j 1 3 本文主要研究的内容及组织结构 本文主要研究综合维修体制下的故障抢修决策支持系统，其目的在于 一是在发生故障时，通过故障抢修管理信息系统，快速确定出抢修方案。 另外一个目的是，加强各部门之间信息的交流，接触网的故障信息有很多 可以靠线路寻道工和机车乘务员、机车司机等提供，为故障地点的确定起 到很大作用，同时，在多部门配合作业中，协调性和密切性也是抢修的重 要要求，加强各部门安全规范、作业标准等的学习，对各部门配合起到很 大作用。 本文的结构安排如下： 第一章：介绍本课题的研究意义和来源，以及国内外的研究现状。 第二章：首先简单介绍牵引供电系统的组成，接着介绍牵引供电系统 的故障分类，并对牵引供电系统的故障进行分析，结合现有供电段的故障 抢修程序，对故障抢修时间进行了分配和计算，提出了缩短抢修时间的方 法，为故障抢修决策支持系统各模块提供理论依据。 第三章：通过分析故障产生的原因和故障抢修时存在哪些问题，提出 故障抢修时各部门配合的重要性和必要性：并针对行车事故救援和特大自 然灾害抢险时，对各部门之间如何配合，以及配合的重要性进行了讲述。 为多部门配合的综合信息模块提供依据。 第四章：首先介绍本系统的体系结构、运营环境、开发方法；接着详 细介绍了本系统的模块结构，各模块的作用、业务流程图以及数据库结构； 最后介绍了系统的权限管理、系统的网络结构以及各级子系统间的数据传 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 输和数据共享。 第五章：本系统的实现，以及本系统的实用性和优缺点。 最后，在总结了本论文所做工作的同时，给出了下一步工作的方向及 内容。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章牵引供电系统及其故障介绍 2 1 牵引供电系统 2 1 1 电气化铁道 我国铁路运输的牵引动力，目前主要有内燃牵引和电力牵引两种形式： 以电力牵引作为主要牵引方式的干线铁路称为电气化铁路。 电气化铁路的优越性主要表现在以下几个方面【1 3 】： ( 1 ) 能多拉快跑，提高运输能力。由于电力机车功率大、速度快，因 而能多拉快跑，提高牵引吨数，缩短在区间的运行时间，从而可以大幅度 地提高运输能力。 ( 2 ) 能综合利用资源，降低燃料消耗。由于电力机车的能源可以来自 多方面，因而可以综合利用资源，即使在纯火力发电的情况下，电力机车 总效率也可达到2 5 左右。 ( 3 ) 能降低运输成本，提高劳动生产率。由于电力机车构造简单，牵 引电动机和电气设备工作稳定可靠，因而机车检修周期长，维修量少，可 以减少维修费用和维修人员。电力机车不需要添煤、加水和加油，整备作 业少，宜长交路行驶，因而可以少设机务段，乘务人员和运用机车台数也 相应减少。从而降低了运输成本，提高了劳动生产率。 ( 4 ) 能改善劳动条件，不污染环境。由于电力机车没有煤烟，使机车 乘务员不受有害气体的侵害，同时也不污染沿线的环境。 ( 5 ) 有利于铁路沿线实现电气化，促进工农业发展。牵引供电装置除 了主要向电力机车供电外，也可解决在没有地方电源地区的铁路的其他用 电，也利于实现养路机械化。同时便于铁路沿线的城镇乡村早日实现电气 化，促进这些地区工农业生产的发展。 2 1 2 牵引供电系统 电气化铁道供电系统的简单原理图如图2 - 1 所示。其中，区域变电站 或发电厂以及三相交流高压输电线这两部分，称为电气化铁道一次供电系 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 统，其功能是发电、变电和输电。牵引供电回路是由牵引变电所一馈电 线一接触网一电力机车一钢轨一回流连接一( 接地网) 牵引变电所组 成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流。通常将接触网、钢轨回 路( 包括大地) 、馈电线和回流线统称为牵引网。由牵引变电所和牵引 网构成的向电力机车供电的完善的工作系统称为牵引供电系统。牵引供电 系统本身不产生电能，而是将电力系统的电能传送给电力机车。 l 一区域变电站或发电厂；2 一高压输电线；3 靼引变电所；4 馈电线 5 接触网；6 钢轨：7 一回流线；8 一分区所：9 一电力机车 1 0 一开闭所；1 1 一电力机车：1 2 一受电弓 图2 一l 工频单相交流牵引供电系统示意图 2 1 3 牵引变电所 牵引变电所的作用是将电力系统引入的1 1 0k v 或2 2 0k v 三相交流电 变换成2 7 5 或( 2 2 7 5 ) k v 的单相交流电，通过馈电线送至铁路线上的接 触网，供电力机车取用。所以牵引变电所是接受和分配电能并改变电能电 压的枢纽，是电力系统和电力机车之间的重要环节。牵引变电所主要由牵 引变压器和相应的配电装置构成。牵引变电所的主要设备有【1 4 】： 1 牵引变压器 牵引变压器的作用是将高压1 1 0k v ( 或2 2 0k v ) 变成2 7 5k v ( 或5 5k v ) 的电能。 2 高压开关设备 高压开关设备包括高压断路器、高压熔断器和隔离开关等。在正常情 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 况下操作高压开关切断或接通电路；在短路情况下，继电保护装置作用于 高压开关自动切除故障。 3 互感器 利用互感器可以对高电压、大电流进行间接测量，从而保证测量仪表 及人身的安全；互感器还供给牵引变电所控制、保护装置工作电压或电流。 4 控制、监视与信号系统( 一次回路) 包括测量仪表、监视装量、信号装量、控制装置、继电保护、自动装 置和远动装置等，作用是正确反映一次系统的工作状态，控制一次系统的 运行操作。 5 自用电系统 向牵引变电所内照明供电的系统称为自用电系统，由专门的自用变压 器承担。 6 回流接地和防雷装置 牵引变电所的保护接地和工作接地采用同一个环状接地网。主变压器 牵引侧接地端与接地网相连，也与钢轨、回流线相连，从而形成牵引电流 的回流通路。 变电所在运行过程中，可能遭受过电压的危害。避雷针、避雷线、避 雷网、避雷器、避雷带都是经常采用的防雷装置。 7 电容补偿装置 电力牵引供电系统的功率因数较低，需要进行功率补偿。目前常用的补 偿方式有：串联电容器补偿、并联电容器补偿和串并联电容器补偿。 2 1 4 牵引网 牵引网是由馈电线、接触网、钢轨、回流线等组成的双导线供电系统。 牵引供电回路为：牵引变电所馈电线一接触网一电力机车钢轨和大地 一回流线牵引变电所。 其中，馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线。另外，馈电线也送 电给车站、机务折返段、开闭所等。在电气化区段，轨道除了作为列车导 轨之外，还作为牵引回归电流的导线，是牵引电路的组成部分，所以电气 化区段的轨道应该是导电的。回流线是连接钢轨和牵引变电所中牵引变压 器接地相( c 端子) 之间的导线。其作用是将轨道中的牵引回归电流引入 牵引变电所。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 接触网是牵引网的主体，是电气化轨道所特有的、沿路轨架设的、为 电力机车或动车组提供电能的特殊供电线路，是电气化轨道交通牵引供电 系统的重要组成部分。电力机车的受电弓和接触网滑动接触，获取电能。 接触网的额定电压是2 5k v 。由于接触网运行条件恶劣，且又无法备用， 所以其正常与否对电气化区段安全运行意义重大。 接触网具有以下特点【l5 】： ( 1 ) 接触网必须沿路轨架设，路轨四周的各类建筑物、电力输电设施、 通信信号设施与接触网之间相互影响。 ( 2 ) 接触网是露天设备，大气温度、湿度、冰雪、大风、大雾、污染、 雷电等各类气候因素对接触网的作用十分明显。因此接触网的运营维护工 作和接触网设计和计算工作中绝大多数内容是与气象条件相关的。 ( 3 ) 无备用特性。接触网是一个综合供电系统，由于技术和经济的原 因，接触网设备是无备用的。无备用性决定了接触网的脆弱性和重要性， 一旦出现事故，必将影响列车运行，造成一定的经济损失： ( 4 ) 接触网除了应有良好的电气性能之外，还必须具有良好的机械性 能，它是一个庞大的机电系统。 ( 5 ) 接触网所承担的电力牵引负荷是高速移动的，负荷不确定性对接 触网的寿命和安全造成较大的负面影响。 ( 6 ) 多学科交叉特性。接触网工程涉及电气、机械、力学( 弹性力学、 振动学、材料力学、空气动力学等) 、地质、石料、环保等多学科领域。因 此接触网的抢修要涉及很多学科和部门。 2 1 5 分区所 在电气化铁道上，为了提高供电的可靠性，增加供电的灵活性，通常 在两个相邻供电分区的分界处用分相绝缘器断开。在单线电气化区段，在 分相绝缘器断开处设旁路隔离开关，以便实行- n 变电所事故时采取临时 越区供电方式。在复线电气化区段，则在断开处设置开关和相应的配电装 置，组成分区所。分区所的作用如下： ( 1 ) 既可使相邻两供电区段实行双边并联供电或分开供电，也可使 复线区段的上下行线路实行并联或分开供电。采用并联供电或双边供电， 都可以达到减小线路压降、加大变电所距离、减少变电所数量、降低造价 的目的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 ( 2 ) 当相邻牵引变电所发生故障而不能继续供电时，可以闭合分区所 的断路器，由其他没有故障的牵引变电所实行越区供电。 2 1 6 开闭所 为了保证供电可靠性和灵活性，接触网按作业及要求分为若干个组， 需要多条馈电线向这些接触网分组供电；同时，在铁路枢纽地区，除线路 区间外，还有许多负载枢纽编组站、客站、电力机务段等都需要牵引供电。 而实际中，牵引变电所又常远离这些负载，所以一般在这些负载附近设立 开闭所来解决供电问题。 开闭所实质是一个不设变压器的开关站。 2 2 牵引供电系统故障 2 2 1 牵引供电系统故障分类 ( 1 ) 按照引起牵引供电系统发生故障的原因来分，牵引供电系统的故 障主要有元件寿命引起的故障、人为因素引起的故障、自然原因引起的故 障。其中，寿命原因引起的故障是指由设备的老化或者材质问题引起的故 障；人为因素引起的故障是指由于人为疏忽或者错误操作所引起的故障； 自然原因是指不可预知的各种随机原因。 ( 2 ) 按照故障发生的部件和位置不同，牵引供电系统的故障可分为： 牵引变电所故障、接触网系统故障、开闭所故障及分区所故障。由参考文 献 1 4 、 1 7 - 1 9 总结出各部位故障如下： 2 2 1 1 牵引变电所常见故障类型 ( 1 ) 变压器等主要电气设备绝缘损坏，引起匝间短路或相间短路。 ( 2 ) 高压断路器操动机构故障，造成操作失灵，如断路器拒合或拒分 等。 ( 3 ) 绝缘子损坏、破裂或污染引起套管、瓷瓶放电闪络的事故。 ( 4 ) 继电保护和自动装置误动作或拒绝动作。 ( 5 ) 雷击、雨雪、覆冰或动物灾害所造成的事故。 ( 6 ) 运行人员误操作。容易发生误操作的有：检修结束后未撤除接地 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 线就合闸送电；带负荷分、合隔离开关等。 ( 7 ) 二次回路的故障。如控制、信号回路的电源回路故障，动作元件 的切换不到位，灯光指示不正确等。 ( 8 ) 设备火灾。 2 2 1 2 接触网常见故障类型 ( 1 ) 吊弦脱落。包括普通吊弦脱落和弹性吊弦脱落。 ( 2 ) 定位脱落。包括正定位脱落、反定位脱落和软定位脱落。 ( 3 ) 弓网故障。包括打弓、钻弓、剐弓。如线岔处剐弓、锚段关节剐 弓、中心锚结损坏等。 ( 4 ) 悬挂段股、断线。如承力索断股断线，接触线断线，馈电线断股 断线，保护线断股断线，两股及两股以上悬挂中的线索断线等。 ( 5 ) 绝缘器损坏。如分相绝缘器损坏，分段绝缘器损坏。 ( 6 ) 补偿绳断股断线。 ( 7 ) 支柱折断。如中间支柱折断，锚柱折断，中心柱折断等。 ( 8 ) 隧道中塌网。包括隧道中线索断线，隧道弓网故障，隧道中预埋 杆件脱落。 ( 9 ) 吸流变压器损坏。 ( i 0 ) 其他设备损坏。如电连接器损坏，隔离开关损坏，避雷器损坏 笙 寸0 ( 1 1 ) 行车救援事故和重大自然灾害事故。 2 2 1 3 接触网事故分类 从接触冈发生事故的范围原因，以及造成事故的责任等不同，可以分 为以下几种事故 1 8 】： ( 1 ) 设备事故。指接触网及其附属设备遭到不同程度的破坏。 ( 2 ) 人身事故。指在检修接触网作业过程中，发生的检修操作及辅助 作业人员的人身伤亡事故。 ( 3 ) 供电事故和行车事故。在接触网设备事故中，按照其破坏程度和 是否影响行车等后果，又可分为供电事故和行车事故。 接触网设备破坏造成馈线跳闸停电的，均可能构成供电事故，按照事 故的性质和损失，供电事故又分为重大事故、大事故、一般事故、供电障 碍四个等级。接触网停电时间超过5 小时或牵引变电所全所停电超过3 小 时，列为重大事故；接触网停电时间超过4 小时或牵引变电所全所停电超 过2 小时，列为大事故；接触网停电时间超过3 0 分钟或牵引变电所全所停 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 电( 重合闸成功或备用电源自动投入供电者除外) ，列为一般事故：接触网 停电时间超过1 0 分钟或由于牵引供电设备反常、工作失误迫使列车降低运 行速度或降弓运行通过故障处所，列为供电障碍【l9 1 。 ( 4 ) 责任事故。就是由于供电段本身的责任而造成的事故。例如由于 维护检修不当使接触网技术状态失检、工作失误而造成的接触网事故，应 列供电段的责任事故。 ( 5 ) 关系事故。事故的责任不在供电段，但造成了接触网设备的损坏， 中断供电等情况符合供电事故规定的，仍要统计为供电事故，但对供电部 门来讲列为关系事故。如列车装载不良造成的供电事故、机车受电弓不良 造成的供电事故、列车颠覆造成的接触网破坏。 ( 6 ) 自然事故。出于水害、风害、鸟害、蛇害等造成的接触网事故列 为自然灾害。例如洪水泛滥造成沿线塌方或冲跨线路、桥梁、接触网。 由上面的事故分类中可以看出，在供电事故定性中，牵引供电系统故 障抢修时间的长短，对事故的定性有很大影响。 2 2 2 牵引供电系统故障分析 图2 2 是2 0 0 3 年和2 0 0 4 年全国电力牵引供电系统牵引变电所故障原 因、故障设备对比图。图2 3 是2 0 0 3 年和2 0 0 4 年全国电力牵引供电系统 接触网系统故障原因、故障设备对比刚2 0 1 。 根据图2 2 和图2 3 的分析发现，牵引供电系统故障中，绝大部分故 障发生在接触网系统中。这是由于接触网本身具有的一些特点造成的，如 工作环境恶劣，无备用性，负荷不确定性，庞大的机电系统的复杂性等。 通过对牵引供电系统故障的分析，可以通过以下措施来提高供电系统 的可靠性： ( 1 ) 提高牵引供电系统设备的运行可靠性，降低设备引起的故障率。 这就要求做好预防维护维修工作，加强巡视维护的质量，及时发现或消除 设备隐患，从而提高供电系统的运行可靠性。增强预防性维修的意识。 ( 2 ) 积极采用新技术和新材料，提高设备性能，改进不合理的设备结 构。充分利用先进的检修和检测没备，不断完善检修手段和技术。 ( 3 ) 完善牵引供电管理体系，使管理信息化、规范化、标准化。 ( 4 ) 缩短故障抢修时间，缩短停电时间，提高抢修效率。 ( 5 ) 与气象部门做好密切联系，预防各种气候自然原因引起的接触网 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 故障。 ( 6 ) 完善并落实各项安全技术教育和考核制度。由于接触网故障占的 比例很高，所以应重视对接触网维修人员技能的培训。努力提高员工的检修 和应变能力。 ( 7 ) 与工务、机务等有关部门密切协作，如加强与机车乘务员、机车 司机、线路寻道工、电务人员等的联系，共同做好接触网设备事故的预防。 2 0 0 3 42 0 0 4 4 一人为：2 一自然：3 一材质寿命：4 一转换1 u 能和补偿无功的设备 j 一开断电路的开关设备；6 一高压电器与接地装置 7 一截流导体；吕一仪用互感器 图2 22 0 0 3 年和2 0 0 4 年牵引变电所故障原因、故障设备对比圈 i 一人为；卜自然：3 一材质寿命：4 一支柱与基础：j 一支柱装置 6 一定位装置：7 一接触悬挂：8 一供l u 辅助 图2 - 32 0 0 3 年和2 0 0 4 年接触网系统故障原因、故障设蔷对比图 23 现行的牵引供电系统故障抢修程序 下面根据成都供电段防洪抢险预案，简单介绍现行的成都供电段有 关故障的抢修程序【2 1 】。 2 31 牵引变电所故障抢修 牵引变电所设备除高压室硬线及其联络开关无备用外，其他设备均为 网 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 1 0 0 或5 0 备用。牵引变电所设备发生故障时，迅速用备用设备替换运行即 可恢复供电，所以相对于接触网故障，变电所故障处理起来就简单得多。 2 3 1 1 抢修原则 ( 1 ) 迅速限制事故发展，消除事故根源并解除对人身和设备安全的威 胁。 ( 2 ) 用一切可能的办法保持设备的继续运行，保证对接触网的正常供 电。 ( 3 ) 尽快使故障设备恢复正常状态。 2 3 1 2 抢修指挥系统 ( 1 ) 值班供电调度为事故抢修的总指挥，负责与有关工区、事故现场、 段生产调度及有关上级部门保持联系，负责抢修人员和车辆的组织调配， 传达领导对事故抢修的指示，向段生产调度通报事故抢修进展及完成情况。 ( 2 ) 事故抢修时，由变电所工长( 值班长或值班员) 自动担任抢修工 作领导人，是事故抢修现场工作的指挥者。 ( 3 ) 事故抢修时，有关变电所、接触网及电检班组应分别或共同进行 全面检查，不受设备分界限制，变电所应指定专人与供电调度保持联系。 ( 4 ) 在事故抢修中，牵引变电所工长( 或值班人员) 可以根据具体情 况向供电调度提出抢修建议，但必须听从供电调度的指挥。 ( 5 ) 事故抢修可以不签发工作票，但必须有供电调度的命令。供电调 度也可以采用口头命令( 不超过3 个倒闸步骤) 进行单项操作，但口头命 令必须经受令人复诵、确认无误后方可执行，并做好记录( 记录发令人和 受令人的姓名、命令内容和发布时间) ，变电所应记在命令记录或