CN109948914A - 基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法，包括：S1.构建故障传播链步骤：S2.构建风险传播链步骤：S3.计算风险传播链的故障概率步骤：S4.计算故障后果值步骤：S5.计算风险后果值步骤。本发明的有益效果在于，针对区域轨道交通枢纽内自动扶梯的动态风险传播问题，基于特征量的分析方法，选择电压不平衡度作为特征量，通过对自动扶梯电气故障风险源以及某一故障风险链条风险传播过程的信息采集和计算处理，构建了自动扶梯的故障率随风险源特征量变化的关系模型，通过对交通枢纽内客流指标如安全性、高效性的计算，得到自动扶梯故障的后果风险值。

Description

基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法

技术领域

本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法。

背景技术

目前国内对于自动扶梯的风险分析和评价主要依据标准GB/T20900-2007《电梯、自动扶梯和自动人行道风险评价和降低的方法》。该标准对自动扶梯风险评价的方法和程序做了原则性的规定，为电梯和自动扶梯的风险评价、分析及相关的研究提供了重要参考，但由于缺乏统计数据分析，在实际应用该标准进行风险分析和评价时，确定风险的严重程度和发生概率这两个最关键环节还是主要依赖评价组专家的主观判断和评定。

自动扶梯的风险后果在区域轨道交通内主要体现在客流风险方面，客流发生风险的位置主要位于枢纽内的服务设施处，现有对轨道交通枢纽服务设施的建模研究主要集中在两个方面：一是基于服务设施的具体物理形态和乘客个体参数进行微观层面的仿真建模研究，如社会力模型、元胞自动机模型等；二是基于服务设施的设计参数和乘客群体的统计规律进行中观层面的解析建模。

针对自动扶梯的风险分析，前人更多的是对已经发生的事故案例的统计分析，以及采用特征量的方法对自动扶梯的动态可靠性进行分析，尚没有特征量与故障风险链相结合的分析方法报道，也没有关于自动扶梯故障对轨道交通枢纽内客流的动态影响结果模型的构建的报道，自动扶梯电气故障的风险控制缺乏技术支撑。

发明内容

为了解决本发明所提出的各项技术问题，本发明提供一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法，其中制动扶梯结构主要包括驱动装置、梯路、扶手装置与安全保护装置等，包括因电压不平衡导致的自动扶梯故障风险链的建模步骤：

S1.构建故障传播链步骤：选择牵引电机作为对象，建立自动扶梯的故障传播链；故障传播链依次包括：定子电压不平衡、牵引电机振动异常、电子转子转动异常或电机对桁架的冲击力增大、子转子转动异常导致的电机因故障停运或电机对桁架的冲击力增大导致的自动扶梯机械结构故障、自动扶梯故障停运；

S2.构建风险传播链步骤：以电压不平衡度作为风险传播链的风险源，计算电压不平衡度对自动扶梯故障率的影响，建立自动扶梯的风险传播链；

风险传播链依次包括：电压不平衡度表征的定子电压不平衡、振动速度表征的电子转子转动异常或振动加速度表征的电机对桁架的冲击力增大、牵引电机故障率P₁表征的电机因故障停运或桁架故障率P₂表征的自动扶梯机械结构故障、自动扶梯故障率表征的自动扶梯故障停运；

S3.计算风险传播链的故障概率步骤：按照公式I计算风险传播链的故障概率P，

P＝1-(1-P₁)*(1-P₂) I

S4.计算故障后果值步骤：以安全性SA、高效性EF作为客流风险的指标，进行交通枢纽自动扶梯风险后果分析，按照公式II计算，得到故障后果值C；

C＝ρ₁*(1-SA)+ρ₂*(1-EF) II

其中，ρ₁表示安全性SA的权重、ρ₂表示高效性EF的权重。

本发明提供一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法还包括因电压不平衡导致的自动扶梯风险后果的处理步骤：

S5.计算风险后果值步骤：风险后果值R用于计算风险等级，按照公式III计算风险后果值R，

R＝P*C III

式中，R表示风险后果值，P表示风险传播链的故障概率，C表示故障后果值。

本发明提供一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法还包括：

S6.风险预警步骤：根据电压不平衡度与牵引电机故障率P₁的关系，建立特征量值与风险后果值R及风险等级的关系，根据预警目的不同设定电压不平衡度阈值后，监测电压不平衡度的大小，***输出风险预警信号。

本发明提供一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法还包括：

S7.风险等级设定步骤：依据风险后果值R将风险等级划分为5级，

当R>0.4，则判断为“风险很高”；

当0.3<R≤0.4，则判断为“风险较高”；

当0.2<R≤0.3，则判断为“风险中等”；

当0.1<R≤0.2，则判断为“风险较低”；

当R≤0.1，则判断为“风险很低”。

本发明的安全性信息SA优选按照公式IV计算，高效性信息EF按照公式V 计算，

其中S_m为节点发生拥堵时的人均面积，用ES(单位m²/ped；ρ_p：客流密度)表示人均面积，SA表示安全性信息；

EF＝e^-ET/MT V

其中MT为乘客在节点的最大容忍耗费时间，ET表示乘客的平均耗费时间。

本发明的电压不平衡度信息优选按照公式VI计算；

式中VUF表示电压不平衡度；分别代表正序电压和负序电压的复数或相量形式，其中 分别为绕组三相相电压复数形式；算子b相量乘以a就表示将b相量逆时针旋转120°，同理a²代表逆时针旋转240°，且有1+a+a²＝0。

本发明的S2步骤的风险传播链中，牵引电机故障率P₁表征的电机因故障停运的风险分析方法包括如下步骤：

S2.1计算电压不平衡度与电机振动值的正比关系；

S2.2计算电机故障率随电机振动值的正比关系；

S2.3计算电压不平衡度与电机故障率的正比关系。

本发明的S2步骤的风险传播链中，桁架故障率P₂表征的自动扶梯机械结构故障的风险分析方法包括如下步骤：

S2.1计算点安全系数与电机垂向加速度的变化关系；

S2.2计算安全系数与桁架故障率变化关系；

S2.3计算垂向加速度与桁架故障率的变化关系。

本发明的有益效果在于，针对区域轨道交通枢纽内自动扶梯的动态风险传播问题，提供了一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法，基于特征量的分析方法，选择电压不平衡度作为特征量，通过对自动扶梯电气故障风险源以及某一故障风险链条风险传播过程的信息采集和计算处理，构建了自动扶梯的故障率随风险源特征量变化的关系模型，通过对交通枢纽内客流指标如安全性、高效性的计算，得到自动扶梯故障的后果风险值。通过实施例表明，自动扶梯电气故障是导致客流风险增加的一个重要因素，并且不同位置的扶梯故障导致的风险后果有较大区别，因此可通过监测风险源特征量的大小，基于阈值给出预警信号，为交通枢纽内自动扶梯电气故障的风险控制提供有效的技术支撑。

附图说明

图1:自动扶梯结构组成示意图；

图2:自动扶梯工作原理示意图；

图3:自动扶梯驱动装置故障风险传播链示意图；

图4:电压不平衡度与振动值的关系示意图；

图5:电机故障率随电机振动值变化的曲线示意图；

图6:电压不平衡度与电机故障率的关系曲线示意图；

图7:考察点安全系数与电机垂向加速度的关系示意图；

图8:安全系数与桁架故障率关系曲线图示意图；

图9:垂向加速度与桁架故障率的关系示意图；

图10:重庆北站平面仿真图；

图11:重庆北站三维仿真图；

图12:候车流线扶梯和楼梯(A和A1)示意图；

图13:上车流线扶梯和楼梯(B和B1)示意图；

图14:A扶梯故障A1楼梯客流密度变化曲线图；

图15:B扶梯故障B1楼梯客流密度变化曲线图；

图16:ISO2372机器振动分级表和电机设备分类示意图。

具体实施方式

下文实施例中，涉及的表格和附图是为了解释本发明的原理的，有助于理解各个实施例提供的技术方案解决技术问题的原理，某些情况下不能理解为解释技术问题的技术手段本身。另外，以下实施例不打算具体描述本领域普通技术人员如何根据本发明的技术方案来进行利用包括计算机技术在内自然规律来解决本发明所提出的技术问题的每个细节。

本发明的涉及的自动扶梯包括但不限于GB 16899-2011新国标中定义的自动扶梯，为带有循环运行梯级，用于向上或向下倾斜运输乘客的固定电力驱动设备。注：自动扶梯是机器，即使在非运行状态下，也不能当做固定楼梯使用。自动扶梯已经成为当前轨道交通中重要的设备之一，其主要结构组成和工作原理如图1、图2所示。

作为轨道交通枢纽内的一类关键电气设备，自动扶梯是由一台特殊结构形式的链式输送机和两台特殊结构形式的胶带输送机所组合而成，带有循环运动梯路，用以在建筑物的不同层高间向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备。一个完整的扶梯***包括电动机、桁架、主传动机构、链条机构、滚轮、梯级、扶手带、梳齿板、围裙板等。

自动扶梯运动部分主要是由两组传送带组成的：一组是拖动梯级的梯级链传送带，另一组是传送扶手带的摩擦传送带，为了保持两组传送带的线速度相同，由一个电机的同一个驱动主轴来拖动，另外梯级链传送带是由两条链组成的，每一个梯级安装在两条梯级链上，所以左右两条链必须保持相同的长度，再加上主辅轮的导轨作用，梯级会按照设定路径安全运行。

在国家标准GB50157-2003《地铁设计规范》中规定，地铁车站应采用公共交通型重载自动扶梯，在新国家标准GB 16899-2011《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》规定，公共交通型重载自动扶梯在3h的时间间隔内，持续重载时间不少于1h，其载荷应达到100％的制动载荷(120KG/梯级)。因此，对于公共交通型重载自动扶梯，由于电机需要考虑1h的持续重载，其牵引电机功率配置要高于普通的扶梯，足够的功率配置不仅能够保证扶梯在高峰客流时的动力需要，还能保证电机的工作寿命，对重载型扶梯是十分必要的。

自动扶梯的驱动装置包括牵引电机、减速器和制动器等部分组成，因牵引电机故障导致自动扶梯故障的概率高达40％，即牵引电机故障频发。

对于现代工业场合所用的异步电机，其绕组接法大部分是△形接法或Y形无中性点接法，对于这类电机，其绕组中并不存在零序电压、零序电流分量。在电机正常对称运行时，电机内是一个均匀的圆形旋转磁场，其电磁转矩为恒值。当三相电压不平衡时，正序电压产生正的电磁转矩，是驱动力矩，负序电压产生负的电磁转矩，从而使总的电磁转矩减小，起制动作用，并且合成磁动势的轨迹是一个椭圆形旋转磁场，因此电机的电磁转矩相应变化，不再是一个恒值，则会引起电机振动异常，一方面，电机的启动性能和过载能力下降，电机的效率会下降，持续长时间剧烈振动则会引起电动机烧毁。另一方面，由于牵引电机固定在自动扶梯桁架上，二者合为一个整体，由于牵引电机的振动异常，电机产生垂向加速度，作用于桁架结构的疲劳控制点，比如焊接部位或者固定电机的螺丝部位，使这些部位产生疲劳裂纹，则会引起自动扶梯整体结构出现机械故障，导致扶梯停运甚至人员伤亡风险。

一个实施例是选择牵引电机作为研究对象，并建立故障传播链，通过分析特征量的传播，分析风险源对自动扶梯故障率的影响，揭示了一种自动扶梯风险传播链，具体为：提供一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法，该自动扶梯包括固定在一起的牵引电机与机械桁架，自动扶梯动态风险分析方法包括如下因电压不平衡导致的自动扶梯故障风险链的建模步骤：

S1.构建故障传播链步骤：选择牵引电机作为对象，建立自动扶梯的故障传播链；如图3所示，故障传播链依次包括：定子电压不平衡、牵引电机振动异常、电子转子转动异常或电机对桁架的冲击力增大、子转子转动异常导致的电机因故障停运或电机对桁架的冲击力增大导致的自动扶梯机械结构故障、自动扶梯故障停运；

S2.构建风险传播链步骤：以电压不平衡度作为风险传播链的风险源，计算电压不平衡度对自动扶梯故障率的影响，建立自动扶梯的风险传播链；

如图3所示，风险传播链依次包括：电压不平衡度表征的定子电压不平衡、振动速度表征的电子转子转动异常或振动加速度表征的电机对桁架的冲击力增大、牵引电机故障率P₁表征的电机因故障停运或桁架故障率P₂表征的自动扶梯机械结构故障、自动扶梯故障率表征的自动扶梯故障停运；

S3.计算风险传播链的故障概率步骤：自动扶梯***是由若干个部件串联组合而成的，即任一部件失效就引起***失效。设自动扶梯的故障率为P，按照公式I计算风险传播链的故障概率P，

P＝1-(1-P₁)*(1-P₂) I

优选实施例中，采用GB/T15543-2008精确定义的电压不平衡度(VUF)来计算，该计算方法在工程实际应用中只需要测得三相相电压有效值就可以精确得到电压的不平衡度，避免了复杂的相角计算，更方便工程技术人员在实际工程中应用，计算过程如公式VI所示。

式中VUF表示电压不平衡度；分别代表正序电压和负序电压的复数或相量形式，其中 分别为绕组三相相电压复数形式；算子b相量乘以a就表示将b相量逆时针旋转120°，同理a²代表逆时针旋转240°，且有1+a+a²＝0。

一些实施例中电压不平衡度信息还包括线电压不平衡度(LVUF)、相电压不平衡度(PVUF)和复数电压不平衡度(CVUF)。各种电压不平衡度计算方法的对比如下表1。

表1 4种电压不平衡度计算方法对比

一些实施例的S2步骤的风险传播链中，牵引电机故障率P₁表征的电机因故障停运的风险分析方法包括如下步骤：

S2.1计算电压不平衡度与电机振动值的正比关系；

S2.2计算电机故障率随电机振动值的正比关系；

S2.3计算电压不平衡度与电机故障率的正比关系。

下面利用现有技术中一台安装在沁水气压站的异步电机实地采集的数据及其拟合模型建立电压不平衡度与电机振动值之间的关系。电机采用△形连接方式，因此施加在电机三相绕组上的电压应符合基尔霍夫电压定律，即：故零序电压通过上式VI分别求得电机的电压不平衡度，如下表2所示。

表2电压不平衡度与电机振动值对应关系

以上表中电机的4组电压不平衡度及电机振动值为基准，运用三次多项式拟合方法作出该台电机电压不平衡度与电机振动值的曲线关系如图4所示。

由图4可以看出，电动机进线电压不平衡度与电机的振动值成正比关系，电机振动值随电压不平衡度的增大而增大，电压不平衡度是引起电动机振动异常的直接原因之一。

电动机振动是工业生产中较轻易遇到的现象，电动机的异常振动会加速电动机轴承磨损，使轴承的正常使用寿命大大缩短，同时，由于异常振动使电动机端部绑线松动，造成端部绕组产生相互摩擦，电阻绝缘降低，绝缘寿命缩短，严重时会造成绝缘击穿。为了降低电动机振动对工业生产带来的危害，国际标准化组织颁布了一系列振动标准，作为机器运行质量评定的依据。适用于工作转速为 600-12000r/min，振动频率在10-100Hz范围内的机器振动分级表如图16所示。

图中，

A级：优良，振动在良好限值以下，认为振动状态良好。

B级：合格，振动在良好限值和报警值之间，认为机组振动状态是可接受的，可长期运行。

C级：尚合格，振动在报警和停机限值之间，机组可短期运行，但必须加强监测并采取措施。

D级：不合格，振动超过停机限值，应立即停机。

我国轨道交通枢纽绝大部分在运行重载型自动扶梯所用牵引电机为额定电压380V，额定功率大于15KW，根据ISO2372(表3)相关指标，基于专家经验，得到电动机振动值与电动机的故障率，如下表5所示。

表5电机振动值与电机故障率

采用三次多项式拟合方法作出自动扶梯牵引电机故障率随电机振动值变化的曲线，如图5所示。

根据图4电机电压不平衡度与电机振动值的关系，可计算出当振动值分别为1.12、2.3、5.8、11.2时的电压不平衡度，代入到电机振动值与电机故障率的关系中，如图6所示。

根据图6可知，当电压不平衡度超过1.5％时，电机故障率增速变快。电动机在不平衡电压状态下运行时，由于电流和电压中负序分量引起定子耗损增加，因此，定子绕组温升比在平衡电压下运行时较高，较易烧毁电机，此外，还会导致电动机的堵转转矩、最小转矩以及最大转矩都减小，若电压不平衡度超过 2.26％，故障风险则很高，电动机绕组因温度过高，很容易烧毁电机，同时使自动扶梯停止工作。

一些实施例的S2步骤的风险传播链中，桁架故障率P₂表征的自动扶梯机械结构故障的风险分析方法包括如下步骤：

S2.1计算点安全系数与电机垂向加速度的变化关系；

S2.2计算安全系数与桁架故障率变化关系；

S2.3计算垂向加速度与桁架故障率的变化关系。

由于自动扶梯采用整体式结构，牵引电机与机械桁架固定在一起，电机在运行中所产生的振动直接传递到桁架上，对于高速旋转的电动机，高速意味着振动频率快，振动强度与振动加速度成正比，因此一些实施例中使用振动加速度特征量来刻画振动强度，反映电机对桁架冲击力的大小。

因牵引电机振动异常，其对桁架的冲击力包括水平方向冲击力和垂直方向冲击力，分别产生其对应方向的加速度，根据文献实验结果，当水平加速度从0增至8g时，考察区域的安全系数(安全系数＝许用应力/工作应力≥1)基本没有变化，当水平加速度超过8g时，安全系数呈现下降趋势，说明在规定的范围内，水平方向加速度对桁架的安全系数几乎没有影响。

根据已知数据，构架安全系数与电机垂向加速度的关系如图7所示。如图7 所示，当电机垂向加速度值超过2g以后，电机垂向振动对构架的疲劳破坏影响加剧，当垂向加速度达到10g时，考察点的安全系数已接近1。

应用文献[郭维斌,李桂珍.机械设计中的安全系数与机械可靠性设计初探[J].机械工程师,1994(04):38-39+37.]中数据，建立安全系数与自动扶梯桁架故障率的关系曲线如图8所示。

表6安全系数与自动扶梯桁架故障率表

根据图8安全系数与桁架故障率的关系，计算出当安全系数分别为1、1.28、 2.33、3.09、3.72、4.26、4.75时的垂向加速度，对应表6中数据拟合出桁架故障率与垂向加速度的关系，如图9。

由上可知，自动扶梯故障率随着电机实际运行情况的改变而不断变化。实际运行时，随着电机振动的异常，电机本身的故障率会增大，同时，随着垂向加速度的增大，电机对桁架的冲击力也会增大，从而影响桁架的安全系数，导致自动扶梯桁架机械结构故障率增大。因此，可在检测到电机的垂向加速度达到3g的情况下，积极主动采取措施，以控制风险的继续演化，降低自动扶梯的故障率。

本发明的另外一个实施例为提供了一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法还包括：还包括如下因电压不平衡导致的自动扶梯风险后果的处理步骤：

S4.计算故障后果值步骤：以安全性SA、高效性EF作为客流风险的指标，进行交通枢纽自动扶梯风险后果分析，按照公式II计算，得到故障后果值C；

C＝ρ₁*(1-SA)+ρ₂*(1-EF) II

其中，ρ₁表示安全性SA的权重、ρ₂表示高效性EF的权重。

另外，相较于高效性，安全性更重要一些，同时高效性较低的情况下，也会影响安全性降低，优选ρ₁＝0.6，ρ₂＝0.4。

S5.计算风险后果值步骤：风险后果值R用于计算风险等级，按照公式III计算风险后果值R，

R＝P*C III

式中，R表示风险后果值，P表示风险传播链的故障概率，C表示故障后果值。

在一些实施例中还包括：

S6.风险预警步骤：根据电压不平衡度与牵引电机故障率P₁的关系，建立特征量值与与风险后果值R及风险等级的关系，根据预警目的不同设定电压不平衡度阈值后，监测电压不平衡度的大小，***输出风险预警信号。

S7.风险等级设定步骤：依据风险后果值R将风险等级划分为5级，

当R>0.4，则判断为“风险很高”；

当0.3<R≤0.4，则判断为“风险较高”；

当0.2<R≤0.3，则判断为“风险中等”；

当0.1<R≤0.2，则判断为“风险较低”；

当R≤0.1，则判断为“风险很低”。

在一些实施例中，风险预警信号包括通过报警终端发出的声音提示、数字提示、振动提示。

在另外一些实施例中，还可以设置反馈模块，将风险预警信号反馈到风险源或者故障风险链条，比如输入端自动调整电压不平衡度与电机振动值。基于本发明所获得的风险预警信号的技术应用均在本发明公开主旨之内。

对于交通枢纽内自动扶梯节点的排队***，根据美国公交通行能力和服务质量手册(TCRP100)内容描述，人均面积是乘客安全性最直接的表现，显然ES越小，越拥挤，乘客安全性越差，本发明的安全性信息SA优选按照公式IV计算，高效性信息EF按照公式V计算。

其中S_m为节点发生拥堵时的人均面积(一般取为0.2m²/ped)，用ES(单位 m²/ped；ρ_p：客流密度)表示人均面积，SA表示安全性信息；

另外，最能够反映高效性的指标为乘客在节点的平均耗费时间，用EF表示客流通过扶梯的高效性，显然耗费时间越短，***越高效。本发明的高效性信息 EF按照公式V计算，

EF＝e^-ET/MT V

其中MT为乘客在节点的最大容忍耗费时间(单位s：一般取为300s)，ET表示乘客的平均耗费时间。

对于轨道交通运输来说，运营安全是重中之重，没有了安全，轨道交通运输也就失去了价值，自动扶梯作为轨道交通枢纽内客流聚集的节点之一，若自动扶梯发生故障，对乘客的安全以及客运效率都会产生很大的影响。

下面实施例采用基于社会力模型的AnyLogic软件仿真建模，根据重庆北站建筑图纸资料，建立重庆北站北广场交通枢纽的三维建筑结构模型以及内部服务设施的布局模型，仿真得到风险评估所需要的客流动态数据。

重庆北站是集铁路、轨道交通、长途汽车、公交等多种交通方式于一体的综合交通枢纽，重庆北站分为南北两个广场，南北侧式站房通过高架站房连接，主要进出站方式为上进下出为主，平进下出为辅，站房总规模为9万平方米，建筑共5层，面宽223米，高架站房进深375米，建筑最高点约41米。站房规模增加后，既有南广场和北广场通过站房正下方24米宽的城市通廊有机联系，以方便旅客向各个方向疏散，重庆北站交通枢纽平面图和三维图分别如图10和图11 所示。

随着城市轨道交通线路的不断开通，经停重庆北站的轨道交通包括城市轨道交通3号线、4号线、10号线以及环线。因此每天的上班高峰期、节假日及春运假期等时间段都有大量客流聚集交通枢纽内，对交通枢纽内服务设施带来冲击，为了体现自动扶梯故障对交通枢纽内客流的影响，本实施例模拟重庆北站高峰时间段客流进行仿真。

重庆北站北广场旅客进站乘车对应的客运组织过程一般为旅客到达、购(取) 票、安检、进站、候车、检票、乘车。本实施例研究自动扶梯故障对客流的风险影响，根据文献记录及实地调研统计，重庆北站北广场在乘客进站流线上共有 20台自动扶梯，分别是4台位于候车流线上，16台位于上车流线上。选取两台不同流线上的自动扶梯(候车流线自动扶梯记为A，对应楼梯记为A1，上车流线自动扶梯记为B，对应楼梯记为B1)，分别如图12、图13所示。

利用AnyLogic软件仿真两台不同流线上自动扶梯故障对客流风险的不同影响后果，并统计仿真数据，如图14、图15、表7所示。

表7扶梯故障客流通过楼梯耗费时间统计

结合仿真数据(参见表8)、故障概率(参见表5，D级为不合格，故P＝0.6) 以及公式4-3、4-4、4-5可分别求得两台自动扶梯的故障后果值C₁、C₂和风险后果值R₁、R₂。

表8仿真数据统计

C₁＝0.2292 R₁＝0.1375

C₂＝0.4010 R₂＝0.2406

根据上面的案例分析可知，自动扶梯分别故障时，根据风险等级表，位于上车流线上的自动扶梯风险等级“中等”，而位于候车流线上的自动扶梯由于安检设施的约束作用，客流不会瞬时聚集，所以风险等级“较低”，故位于上车流线的自动扶梯风险后果更严重。

根据电压不平衡度与电机故障率的关系，可建立如下表9的正比关系。

表9特征量值与扶梯风险后果值及风险等级的关系

由上表分析可知，为了使上车流线上的自动扶梯风险等级变为较低，可控制风险源(电压不平衡度)的阈值不超过1.8541％，而对于候车流线上的自动扶梯，其风险源(电压不平衡度)的阈值可控制在不超过2.2677％，故上车流线上的自动扶梯在维修策略上属于更重要的地位，应重点维护，提前维护。

本发明的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于特征量的轨道交通枢纽自动扶梯动态风险分析方法，所述自动扶梯包括固定在一起的牵引电机与机械桁架，其特征在于，包括如下因电压不平衡导致的自动扶梯故障风险链的建模步骤：

S1.构建故障传播链步骤：选择牵引电机作为对象，建立所述自动扶梯的故障传播链；所述故障传播链依次包括：定子电压不平衡、牵引电机振动异常、电子转子转动异常或电机对桁架的冲击力增大、子转子转动异常导致的电机因故障停运或电机对桁架的冲击力增大导致的自动扶梯机械结构故障、自动扶梯故障停运；

S2.构建风险传播链步骤：以电压不平衡度作为风险传播链的风险源，计算所述电压不平衡度对自动扶梯故障率的影响，建立所述自动扶梯的风险传播链；

所述风险传播链依次包括：电压不平衡度表征的定子电压不平衡、振动速度表征的电子转子转动异常或振动加速度表征的电机对桁架的冲击力增大、牵引电机故障率P₁表征的电机因故障停运或桁架故障率P₂表征的自动扶梯机械结构故障、自动扶梯故障率表征的自动扶梯故障停运；

S3.计算风险传播链的故障概率步骤：按照公式I计算所述风险传播链的故障概率P，

P＝1-(1-P₁)*(1-P₂) I

P₁表示牵引电机故障率、P₂表示桁架故障率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：因电压不平衡导致的自动扶梯风险后果的处理步骤：

S4.计算故障后果值步骤：以安全性SA、高效性EF作为客流风险的指标，进行交通枢纽自动扶梯风险后果分析，按照公式II计算，得到故障后果值C；

C＝ρ₁*(1-SA)+ρ₂*(1-EF) II

其中，ρ₁表示安全性SA的权重、ρ₂表示高效性EF的权重

S5.计算风险后果值步骤：所述所述风险后果值R用于计算风险等级，按照公式III计算所述风险后果值R，

R＝P*C III

式中，R表示风险后果值，P表示风险传播链的故障概率，C表示故障后果值。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

S6.风险预警步骤：根据所述电压不平衡度与牵引电机故障率P₁的关系，建立所述特征量值与与所述风险后果值R及所述风险等级的关系，根据预警目的不同设定电压不平衡度阈值后，监测所述电压不平衡度的大小，***输出风险预警信号。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

S7.风险等级设定步骤：依据所述风险后果值R将风险等级划分为5级，

当R>0.4，则判断为“风险很高”；

当0.3<R≤0.4，则判断为“风险较高”；

当0.2<R≤0.3，则判断为“风险中等”；

当0.1<R≤0.2，则判断为“风险较低”；

当R≤0.1，则判断为“风险很低”。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述安全性信息SA按照公式IV计算，所述高效性信息EF按照公式V计算，

其中S_m为节点发生拥堵时的人均面积，用ES(单位m²/ped；ρ_p：客流密度)表示人均面积，SA表示安全性信息；

EF＝e^-ET/MT V

其中MT为乘客在节点的最大容忍耗费时间，ET表示乘客的平均耗费时间。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压不平衡度信息按照公式VI计算；

式中VUF表示电压不平衡度；分别代表正序电压和负序电压的复数或相量形式，其中 分别为绕组三相相电压复数形式；算子b相量乘以a就表示将b相量逆时针旋转120°，同理a²代表逆时针旋转240°，且有1+a+a²＝0。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S2步骤的风险传播链中，牵引电机故障率P₁表征的电机因故障停运的风险分析方法包括如下步骤：

S2.1计算电压不平衡度与电机振动值的正比关系；

S2.2计算电机故障率随电机振动值的正比关系；

S2.3计算电压不平衡度与电机故障率的正比关系。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S2步骤的风险传播链中，桁架故障率P₂表征的自动扶梯机械结构故障的风险分析方法包括如下步骤：

S2.1计算点安全系数与电机垂向加速度的变化关系；

S2.2计算安全系数与桁架故障率变化关系；

S2.3计算垂向加速度与桁架故障率的变化关系。