CN103592573A - 分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法 - Google Patents

分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电气工程领域，具体涉及高速铁路供电牵引网的分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法,用以判断此状态下的故障类型、方向并且对故障点进行精确定位。本发明定义上下行电流比，根据上下行电流比故障测距原理和电抗法测距进行故障的距离测定，解决了既有故障测距***不能对分区所处上下行牵引网不处于并联状态测距的问题，同时，能够准确判断故障上下行和故障类型，给出正确的故障距离，查找故障点迅速，能够保障高速铁路供电牵引网迅速恢复供电。

Description

分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法
技术领域
本发明属于电气工程领域，本发明涉及高速铁路供电牵引网的分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法。
背景技术
在经济高度发展的今天,铁路正朝着高速、重载的方向前进,修建高速铁路符合我国经济发展和国情的需要。高速铁路必将采用电力牵引,供电***作为电气化铁路的一个重要组成部分,其供电方式的选择也就成为发展高速铁路的关键因素之一。AT供电方式以其自身的优势,在法国、日本等国家得到了广泛的应用,也越来越受到我国铁路部门的关注。
我国高速铁路供电牵引网采用全并联AT供电方式。采用全并联AT供电方式,对其牵引供电***进行更为合理的保护配置和更为精确的故障测距提出了更高的要求。当牵引网发生故障，我们通常采用变电所、AT所、分区所三处的测距装置同步采集故障母线电压、馈线电流、AT吸上电流等，最后在变电所处采用AT吸上电流比测距原理对故障点进行定位。
在高速铁路供电牵引网尚未投入正式运营或者正式运营后某所处于检修状态，会出现一些特殊的运行方式，比如分区所处上下行牵引网不处于并联状态。现有的技术不能解决该种特殊运行方式下的故障测距。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分区所处上下行牵引网不处于并联状态下的故障测距方法，用以判断故障的类型、方向并且对故障点进行精确定位。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，包含以下步骤：
S1、定义上下行电流比Qsx的计算公式为：
Q sx = min ( | I · TF 10 | , | I · TF 20 | ) | I · TF 10 | + | I · TF 20 | , 其中， I · TF 10 = I · T 10 - I · F 10 , I · TF 20 = I · T 20 - I · F 20 , 为变电所下行馈线T线电流，
Figure BDA0000414500460000013
为变电所下行馈线F线电流，为变电所上行馈线T线电流，为变电所上行馈线F线电流；
S2、当故障发生在变电所和AT所之间，根据S1所述Qsx采用上下行电流比故障测距原理进行测距，L＝2QsxD0，其中，L为故障点到变电所的距离，D0为变电所到AT所的距离；
S3、当故障发生在AT所和分区所之间，根据T、F、TF三类故障类型按
Figure BDA0000414500460000021
进行电抗法测距，其中，X为计算电抗，x0为单位电抗，对不同的故障类型（T、F、TF）有不同的单位电抗。
进一步地，S3所述计算电抗X分以下两种情况：
当故障发生在下行侧：
X = | imag ( U · 1 I · T 11 - I · F 11 ) | ;
当故障发生在上行侧：
X = | imag ( U · 1 I · T 21 - I · F 21 ) | , 其中， U · 1 = U · T 1 - U · F 1 为AT所母线电压，
Figure BDA0000414500460000025
为AT所下行T线电流，为AT所下行F线电流，AT所上行T线电流，为AT所上行F线电流。
进一步地，S3所述T、F、TF三类故障类型判断方法如下：变电所、AT所处的吸上电流都小于Izd时，则判断故障为TF型故障；变电所、AT所处的吸上电流不满足都小于Izd时，则判断故障为T故障或者F故障，其中，Izd为经验数据，Izd＝1200A。
进一步地，S3所述T、F、TF三类故障类型的故障方向判断方法如下：
发生TF型故障时，根据θ的大小进行上下行判断，其中，θ为
Figure BDA0000414500460000029
与
Figure BDA00004145004600000210
的夹角，
Figure BDA00004145004600000211
为AT所母线电压，
Figure BDA00004145004600000212
为AT所下行T线电流，
Figure BDA00004145004600000213
为AT所下行F线电流；
发生非TF型故障时，根据AT吸上电流较大的处所处的电流进行故障类型和上下行判断，当变电所处AT吸上电流较大，根据变电所下行馈线T线电流
Figure BDA00004145004600000214
下行馈线F线电流
Figure BDA0000414500460000031
上行馈线T线电流
Figure BDA0000414500460000032
上行馈线F线电流
Figure BDA0000414500460000033
判断；当AT所处AT吸上电流较大，根据AT所下行馈线T线电流
Figure BDA0000414500460000034
下行馈线F线电流
Figure BDA0000414500460000035
上行馈线T线电流
Figure BDA0000414500460000036
上行馈线F线电流
Figure BDA0000414500460000037
判断。
进一步地，发生所述TF型故障时，当-20°≤θ≤160°，则判断故障发生在上行；当-180°≤θ＜-20°或160°＜θ≤180°，则判断故障发生在下行；
发生所述非TF故障时，当变电所处AT吸上电流较大，当最大时，故障为下行侧T型故障；当
Figure BDA0000414500460000039
最大时，故障为下行侧F型故障；当
Figure BDA00004145004600000310
最大时，故障为上行侧T型故障；当最大时，故障为上行侧F型故障；当AT所处AT吸上电流较大，当
Figure BDA00004145004600000312
最大时，故障为下行侧T型故障；当最大时，故障为下行侧F型故障；当
Figure BDA00004145004600000314
最大时，故障为上行侧T型故障；当
Figure BDA00004145004600000315
最大时，故障为上行侧F型故障。
本发明的有益效果是：解决了既有故障测距***不能对分区所处上下行牵引网不处于并联状态测距的问题，同时，能够准确判断故障上下行和故障类型，给出正确的故障距离，查找故障点迅速，能够保障高速铁路供电牵引网迅速恢复供电。
附图说明
图1为高速铁路全并联AT供电方式。
图2为高速铁路故障测距框架示意图。
图3为高速铁路特殊运行方式各处所模拟量示意图。
图4为本发明的Malab/Simulink仿真模型图。
图中，T为次边带中心抽头的单相变压器，CB1、CB2为两台馈线断路器、AT1为AT所的自耦变压器、AT2为分区所的自耦变压器。T1为下行的接触网、R1为下行的钢轨、F1为下行的正馈线、T2为上行的接触网、R2为上行的钢轨、F2为上行的正馈线。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明的具体实施方式：
图1中各开关处于合位，牵引网上、下行在变电所、AT所、分区所处于并联状态。
如图2所示，变电所，AT所和分区所配置故障测距装置，其中，变电所配置的故障测距装置除采集本所数据还同时接收AT所和分区所采集的故障数据，并进行故障测距分析。测距***配置专用光纤通道用于传输故障数据。
故障类型的判断：
当变电所、AT所处的吸上电流都小于Izd时，则判断故障为TF故障，其中，Izd为经验数据，Izd＝1200A。
发生TF故障时，当-20°≤θ≤160°，则判断故障发生在上行；当-180°≤θ＜-20°或160°＜θ≤180°，则判断故障发生在下行，其中，θ为
Figure BDA0000414500460000041
与
Figure BDA0000414500460000042
的夹角，
Figure BDA0000414500460000043
为AT所母线电压，
Figure BDA0000414500460000044
为AT所下行T线电流，
Figure BDA0000414500460000045
为AT所下行F线电流。
当发生不是TF型故障时，根据AT吸上电流较大的处所处的电流进行故障类型和上下行判断，可以分为两种情况：
Ⅰ、当变电所处AT吸上电流较大，根据变电所下行馈线T线电流
Figure BDA0000414500460000046
下行馈线F线电流
Figure BDA0000414500460000047
上行馈线T线电流
Figure BDA0000414500460000048
上行馈线F线电流
Figure BDA0000414500460000049
判别。当
Figure BDA00004145004600000410
最大时，故障为下行侧T型故障；当
Figure BDA00004145004600000411
最大时，故障为下行侧F型故障；当
Figure BDA00004145004600000412
最大时，故障为上行侧T型故障；当
Figure BDA00004145004600000413
最大时，故障为上行侧F型故障。
Ⅱ、当AT所处AT吸上电流较大，根据AT所下行馈线T线电流
Figure BDA00004145004600000414
下行馈线F线电流
Figure BDA00004145004600000415
上行馈线T线电流
Figure BDA00004145004600000416
上行馈线F线电流
Figure BDA00004145004600000417
判别。当
Figure BDA00004145004600000418
最大时，故障为下行侧T型故障；当
Figure BDA00004145004600000419
最大时，故障为下行侧F型故障；当
Figure BDA00004145004600000420
最大时，故障为上行侧T型故障；当
Figure BDA00004145004600000421
最大时，故障为上行侧F型故障。
其次，进行故障测距：
定义上下行电流比Qsx的计算公式为：
Q sx = min ( | I · TF 10 | , | I · TF 20 | ) | I · TF 10 | + | I · TF 20 | - - - ( 1 )
当故障发生在变电所和AT所之间，按公式（1）采用上下行电流比故障测距原理。
L＝2QsxD0   （2）
其中，L为故障点到变电所的距离，D0为变电所到AT所的距离。
当故障发生在AT所和分区所之间，根据T、F、TF三类故障类型按公式（3）进行电抗法测距。
L = D 0 + X 2 x 0 - - - ( 3 )
其中，X为计算电抗，x0为单位电抗，对不同的故障类型（T、F、TF）有不同的单位电抗。
为了更为精确的故障测距，一般在AT所到分区所间采用电抗距离查表法测距。
计算测距电抗X分以下两种情况：
当故障发生在下行侧：
X = | imag ( U · 1 I · T 11 - I · F 11 ) | - - - ( 4 )
当故障发生在上行侧：
X = | imag ( U · 1 I · T 21 - I · F 21 ) | - - - ( 5 )
如图4所示的基于Malab/Simulink的仿真模型，其中，***电压为220kV，***阻抗为：0.5+j4.71Ω，次边带中心抽头的单相变压器（由2绕组变压器构成）：容量40MVA，220/27.5/27.5kV，AT变压器（由单相变压器构成）：容量20MVA，漏抗：0.15+j0.6Ω，各AT段线路（由6条带互感的阻抗支路构成牵引网）长度：L1=15km、L2=15km，牵引网单位阻抗参数如下：
Z = T 1 R 1 F 1 T 2 R 2 F 2 T 1 0.1683 + j 0.5866 0.05 + j 0.314 0.05 + j 0.413 0.05 + j 0.3275 0.05 + 0.314 0.05 + j 0.292 R 1 0.05 + j 0.314 0.212 + j 0.7463 0.05 + j 0.314 0.05 + j 0.2918 0.05 + j 0.314 0.05 + j 0.2918 F 1 0.05 + j 0.413 0.05 + j 0.314 0.1452 + j 0.7134 0.05 + j 0.292 0.05 + j 0.2918 0.05 + j 0.2629 T 2 0.05 + j 0.3275 0.05 + j 0.317 0.05 + j 0.292 0.1683 + j 0.5866 0.05 + j 0.314 0.05 + j 0.4130 R 2 0.05 + 0.314 0.05 + j 0.314 0.05 + j 0.2918 0.05 + j 0.314 0.212 + j 0.7463 0.05 + j 0.314 F 2 0.05 + j 0.292 0.05 + j 0.2918 0.05 + j 0.2629 0.05 + j 0.4130 0.05 + j 0.314 0.1452 + j 0.7134
仿真结果如下：
①故障类型和故障方向仿真结果如表1所示，考虑上行故障与下行故障的对称性，表1仅示出下行故障的仿真数据。
表1下行故障判别结果
Figure BDA0000414500460000062
Figure BDA0000414500460000071
Figure BDA0000414500460000081
②按表1把故障距离计算仿真所得结果如表2所示.
表23种故障类型下电流比-距离关系表与电抗-距离关系表
Figure BDA0000414500460000091
由表1可以看出，故障类型、上下行可以正确判断。
由表2可以看出，当故障在变电所-AT所之间，采用上下行电流比法可以精确故障测距，当故障发生在AT所-分区所之间，根据AT所处测量电抗X对故障距离的单调增长特性采用电抗距离查表法精确测距。

Claims (5)

1.分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法，其特征在于:包括以下步骤：
S1、定义上下行电流比Qsx的计算公式为：
Q sx = min ( | I · TF 10 | , | I · TF 20 | ) | I · TF 10 | + | I · TF 20 | , 其中， I · TF 10 = I · T 10 - I · F 10 , I · TF 20 = I · T 20 - I · F 20 ,
Figure FDA0000414500450000013
为变电所下行馈线T线电流，
Figure FDA0000414500450000014
为变电所下行馈线F线电流，
Figure FDA0000414500450000015
为变电所上行馈线T线电流，
Figure FDA0000414500450000016
为变电所上行馈线F线电流；
S2、当故障发生在变电所和AT所之间，根据S1所述Qsx采用上下行电流比故障测距原理进行测距，L＝2QsxD0，其中，L为故障点到变电所的距离，D0为变电所到AT所的距离；
S3、当故障发生在AT所和分区所之间，根据T、F、TF三类故障类型按
Figure FDA0000414500450000017
进行电抗法测距，其中，X为计算电抗，x0为单位电抗，对不同的故障类型（T、F、TF）有不同的单位电抗。
2.根据权利要求1所述的分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法，其特征在于：S3所述计算电抗X分以下两种情况：
当故障发生在下行侧：
X = | imag ( U · 1 I · T 11 - I · F 11 ) | ;
当故障发生在上行侧：
X = | imag ( U · 1 I · T 21 - I · F 21 ) | , 其中， U · 1 = U · T 1 - U · F 1 为AT所母线电压，
Figure FDA00004145004500000111
为AT所下行T线电流，
Figure FDA00004145004500000112
为AT所下行F线电流，
Figure FDA00004145004500000113
AT所上行T线电流，为AT所上行F线电流。
3.根据权利要求1所述的分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法，其特征在于：S3所述T、F、TF三类故障类型判断方法如下：变电所、AT所处的吸上电流都小于Izd时，则判断故障为TF型故障；变电所、AT所处的吸上电流不满足都小于Izd时，则判断故障为T故障或者F故障，其中，Izd为经验数据，Izd＝1200A。
4.根据权利要求1所述的分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法，其特征在于：S3所述T、F、TF三类故障类型的故障方向判断方法如下：
发生TF型故障时，根据θ的大小进行上下行判断，其中，θ为
Figure FDA0000414500450000021
与
Figure FDA00004145004500000221
的夹角，为AT所母线电压，
Figure FDA0000414500450000023
为AT所下行T线电流，
Figure FDA0000414500450000024
为AT所下行F线电流；
发生非TF型故障时，根据AT吸上电流较大的处所处的电流进行故障类型和上下行判断，当变电所处AT吸上电流较大，根据变电所下行馈线T线电流下行馈线F线电流
Figure FDA0000414500450000026
上行馈线T线电流
Figure FDA0000414500450000027
上行馈线F线电流
Figure FDA0000414500450000028
判断；当AT所处AT吸上电流较大，根据AT所下行馈线T线电流下行馈线F线电流
Figure FDA00004145004500000210
上行馈线T线电流
Figure FDA00004145004500000211
上行馈线F线电流
Figure FDA00004145004500000212
判断。
5.根据权利要求4所述的分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法，其特征在于：发生所述TF型故障时，当-20°≤θ≤160°，则判断故障发生在上行；当-180°≤θ＜-20°或160°＜θ≤180°，则判断故障发生在下行；
发生所述非TF故障时，当变电所处AT吸上电流较大，当
Figure FDA00004145004500000213
最大时，故障为下行侧T型故障；当
Figure FDA00004145004500000214
最大时，故障为下行侧F型故障；当
Figure FDA00004145004500000215
最大时，故障为上行侧T型故障；当最大时，故障为上行侧F型故障；当AT所处AT吸上电流较大，当
Figure FDA00004145004500000217
最大时，故障为下行侧T型故障；当
Figure FDA00004145004500000218
最大时，故障为下行侧F型故障；当最大时，故障为上行侧T型故障；当
Figure FDA00004145004500000220
最大时，故障为上行侧F型故障。
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