CN109901018A - 一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法及***，故障测距***包括以各所亭为分段保护区段的分界分段保护区段两侧设置的分段保护装置，所述分段保护装置用于判断故障点距离、故障类型和故障方向；故障测距方法为，区段线路两侧对应的分段保护装置判断故障类型和故障方向；故障区段线路两侧对应的分段保护装置基于跳闸时刻的电流值计算故障点距离。本发明仅利用故障所在区段两侧分段保护跳闸数据中的出线端各导线的电流值来计算故障点的位置，并能够确定故障类型和故障方向，实现分段供电方式的故障测距。
Description
技术领域
本发明属于高速铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法及***。
背景技术
近年来，中国铁路建设投资日益增长，铁路新线建设主要以高速铁路客运专线建设为主，高速铁路牵引网的供电***一般采用全并联AT供电方式，该供电方式具有输送功率大、供电距离长、接触网电压损失低、抗干扰能力强等优点，这极大提高了铁路***的运输能力，而保证供电可靠性也因此变得更加重要，电气化铁路牵引网的正常供电是保障铁路运行的前提。
在全并联AT供电方式下，牵引变电所、自耦变压器(auto-transformer，AT)所和分区所各自构成一个独立的保护***，通过AT所和分区所处的上下行并联来提高网压，供电臂分为上行区段I和下行区段II，如图1所示。分段供电方式以全并联AT供电方式为基础，以AT所为分界单位，将牵引供电臂分为多个上下行供电区间，如图2所示，这样避免接触网短路时牵引变电所上下行断路器同时跳闸，提高了继电保护的选择性。目前针对分段供电方式的故障测距方案仍然沿用原有的全并联AT供电方式下的测距方案，以供电臂为单位，每个变电所、AT所和分区所安装故障测距装置，并通过变电所计算故障点距离，其原理一般采用吸上电流比法或者线性电抗比法，吸上电流比法需要针对不同线路调整Q比值，而线性电抗比法则需要调整单位电抗值，导致实用性不高。另外同一供电臂上任一台测距装置发生故障则会影响故障距离的计算和故障类型的判断，降低***运行的可靠性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，实现分段供电方式的故障测距。
本发明采用如下技术方案，一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，包括以下步骤：
故障区段线路两侧对应的分段保护装置判断故障类型和故障方向；
故障区段线路两侧对应的分段保护装置基于跳闸时刻的电流值计算故障点距离。
优选地，所述电流值为故障点两侧所亭出线端电流值采用滤波算法滤除跳闸时刻的暂态衰减非周期直流分量得到的数据。
优选地，所述计算故障点距离具体方法为基于故障点两侧所亭出线端电流值和故障电流通过网孔电压方程计算故障点距离。
优选地，计算故障点距离具体方法如下：
当AT所和分区所之间发生接触线-钢轨短路故障时，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
当AT所和分区所之间发生正馈线-钢轨短路故障时，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
当AT所和分区所之间发生接触线-正馈线短路故障时，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
其中：为变电所上行T线电流；为AT所上行母线T线电流；为分区所上行母线T线电流；为分区所下行母线T线电流；为变电所上行F线电流；为AT所上行母线F线电流；为分区所上行母线F线电流；为分区所下行母线F线电流；为故障点左侧T线电流；为故障点右侧T线电流；为故障点的短路电流；为故障点左侧F线电流；为故障点右侧F线电流；为分区所AT自耦变压器的吸上电流；X为故障点距离前一所亭的距离；D为故障点所在区段的长度。
优选地，故障区段两侧接近故障点的所亭中的分段保护装置通过本所的通信管理机向调度端上送故障点距离、故障类型和故障方向。
优选地，基于故障点两侧的线路分段保护装置的差动启动电流判断故障类型和故障方向。
优选地，所述故障区段线路两侧对应的分段保护装置启动和跳闸信号为故障点距离计算的启动信号。
一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距***，包括：以各所亭为分段保护区段的分界分段保护区段两侧设置的分段保护装置，所述分段保护装置用于判断故障点距离、故障类型和故障方向。
优选地，还包括各亭所中的通信管理机，所述通讯管理机用于向调度端上送本所分段保护装置得出的故障点距离、故障类型和故障方向。
发明所达到的有益效果：本发明是一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，实现分段供电方式的故障测距。本发明利用高速铁路同一供电臂沿线的变电所、AT所和分区所的分段保护装置采集各所出线端的故障电流，基于分段保护装置跳闸时刻的电流来计算故障点的位置，并确定故障类型和故障方向。本发明的故障测距方法包括以下优点：
(1)将故障测距方案由原有的集中式改为了分布式，省去了专用的故障测距装置，节约了高速铁路二次设备的投资成本；
(2)能够在分段保护跳闸时刻给出故障测距报告，包括故障点距离、故障类型以及故障时刻对应的电量有效值，满足了故障测距的快速性要求；
(3)采用电流法测距，无需校准线路单位电抗值和吸上电流Q比值，实用性强，判断准确，缩短了高铁线路故障后的供电恢复时间。
附图说明
图1为高速铁路AT供电方式示意图；
图2为高速铁路分段供电方式示意图；
图3为本发明实施例中一种分布式故障测距***示意图；
图4为本发明实施例中一种分段供电方式故障测距方法流程图；
图5为本发明实施例中一种接触线-钢轨短路故障电流分布图；
图6为本发明实施例中一种正馈线-钢轨短路故障电流分布图；
图7为本发明实施例中一种接触线-正馈线短路故障电流分布图。
具体实施方式
下面根据附图并结合实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。
本发明利用高速铁路分段供电保护***中的分段保护装置来实现故障测距功能，不再设置专门的分布式的故障测距装置。由分布在同一供电臂上各个所亭的分段保护装置和通信管理机组成分布式的故障测距***，实现高速铁路分段供电方式的故障测距。
一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距***，包括：以各所亭为分段保护区段的分界分段保护区段两侧设置的分段保护装置，所述分段保护装置用于判断故障点距离、故障类型和故障方向。
作为一种较佳的实施例，还包括各亭所中的通信管理机，所述通讯管理机用于向调度端上送本所分段保护装置得出的故障点距离、故障类型和故障方向。
各分段保护区段两侧的分段保护装置分为上行和下行两类，对于供电臂两侧的所亭即变电所和分区所，在上下行上分别设置分段保护装置，对于位于供电臂中间的所亭即AT所，则上下行馈线上分别设置2个方向的分段保护装置，构成一套完整的分段供电方式故障测距***。
以图2这种典型的高速铁路分段供电方式为例，变电所上下行馈线分别设置一台分段保护装置，分区所上下行出线端分别设置一台分段保护装置，AT所则对应设置2个方向上的4台分段保护装置，分别与变电所和分区所的2台装置构成分段保护，具体的***配置见图3。
一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，包括以下步骤：
其中，分段保护区段两侧的分段保护装置通过复用通道或者专用通道进行数据交换，交换数据包括两侧分段所的出线端电压、电流以及开入和开出信号量；
故障区段线路两侧对应的分段保护装置判断故障类型和故障方向；
故障区段线路两侧对应的分段保护装置基于跳闸时刻的电流值计算故障点距离。
作为一种较佳的实施例，所述电流值为故障点两侧所亭出线端电流值采用滤波算法滤除跳闸时刻的暂态衰减非周期直流分量得到的数据。
由于分段保护为瞬时保护，跳闸时刻对应的交流量数据包含了大量的非周期衰减直流分量，所以在故障测距功能实现过程中通过滤波算法来滤除其中的暂态衰减非周期直流分量，以提高故障测距结果的精度。
由于高速铁路分段供电方式改变了原先AT所和分区所的主接线，取消了原有的上下行并联断路器和馈线断路器，取而代之的是所亭出线端的线路断路器，因此原有的吸上电流比法利用并联断路器上流过的电流来判断故障类型的方法不再适用。
作为一种较佳的实施例，所述计算故障点距离具体方法为基于故障点两侧所亭出线端电流值和故障电流通过网孔电压方程计算故障点距离。
作为一种较佳的实施例，计算故障点距离具体方法如下：
当AT所和分区所之间发生接触线-钢轨短路故障时，供电臂上的电流分布如图5所示，T表示接触线，R表示钢轨，F表示正馈线，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
从上式可以看出故障点与AT所间距离与2倍的区段长度的比值等于分区所非故障出线端的接触线和正馈线电流和与故障电流之比。上行故障点离分区所越近，流经分区所下行出线端的故障电流就越大。
当AT所和分区所之间发生正馈线-钢轨短路故障时，供电臂上的电流分布图如图6所示，T表示接触线，R表示钢轨，F表示正馈线，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
从上式可以看出故障点与AT所间距离与2倍的区段长度的比值等于分区所非故障出线端的接触线和正馈线电流和与故障电流I之比。上行故障点离分区所越近，流经分区所下行出线端的故障电流就越大。
当AT所和分区所之间发生接触线-正馈线短路故障时，供电臂上的电流分布图如图7所示，T表示接触线，R表示钢轨，F表示正馈线，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
从上式可以看出故障点与AT所间距离与区段长度的比值等于分区所上下行出线端的接触线电流和与故障电流I之比。上行故障点离分区所越近，分区所上下行出线端的接触线电流之和就越大。
其中：为变电所上行T线电流；为AT所上行母线T线电流；为分区所上行母线T线电流；为分区所下行母线T线电流；为变电所上行F线电流；为AT所上行母线F线电流；为分区所上行母线F线电流；为分区所下行母线F线电流；为故障点左侧T线电流；为故障点右侧T线电流；为故障点的短路电流；为故障点左侧F线电流；为故障点右侧F线电流；为分区所AT自耦变压器的吸上电流；X为故障点距离前一所亭的距离；D为故障点所在区段的长度；为变电所下行T线电流；为AT所下行母线T线电流；为变电所下行F线电流；为AT所下行母线F线电流。
作为一种较佳的实施例，故障区段两侧接近故障点的所亭中的分段保护装置通过本所的通信管理机向调度端上送故障点距离、故障类型和故障方向。
作为一种较佳的实施例，基于故障点两侧的分段线路保护的差动启动电流判断故障类型和故障方向。
作为一种较佳的实施例，所述故障区段线路两侧对应的分段保护装置启动和跳闸信号为故障点距离计算的启动信号。
具体地，各所亭的分段保护装置之间依靠站间复用通道或者专用通道进行数据通信，当某个区段发生短路故障时，其线路两侧的分段保护装置启动并跳闸，线路两侧的分段保护装置采集故障点两侧所亭出线端交流量数据，并滤除衰减非周期直流分量，计算故障点距离，根据差动启动电流判断故障类型和故障方向，得到包括故障点距离、故障类型和故障时刻对应的电量有效值在内的故障测距报告，并通过各所内通信管理机将故障测距报告上送至调度端，具体实施方法的流程图见附图4，其中，分段保护装置采用分段纵差保护装置。
本发明采用的故障测距方法，无需利用牵引变电所专用测距装置的失压、速断、阻抗等保护功能来启动测距计算流程，也无需利用各所亭AT自耦变压器吸上电流的大小来判断故障区间，仅利用故障所在区段两侧分段保护跳闸数据中的出线端各导线的电流值来计算故障点的位置，并同时确定故障类型和故障方向。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；应当指出：对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
故障区段线路两侧对应的分段保护装置判断故障类型和故障方向；
故障区段线路两侧对应的分段保护装置基于跳闸时刻的电流值计算故障点距离。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，其特征在于，所述电流值为故障点两侧所亭出线端电流值采用滤波算法滤除跳闸时刻的暂态衰减非周期直流分量得到的数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，其特征在于，所述计算故障点距离具体方法为基于所述电流值和故障电流通过网孔电压方程计算故障点距离。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，其特征在于，计算故障点距离具体方法如下：
当AT所和分区所之间发生接触线-钢轨短路故障时，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
当AT所和分区所之间发生正馈线-钢轨短路故障时，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
当AT所和分区所之间发生接触线-正馈线短路故障时，AT所和分区所出线端各导线的电流IT、IF与故障电流I的关系如下：
得出故障测距公式如下：
其中：为变电所上行T线电流；为AT所上行母线T线电流；为分区所上行母线T线电流；为分区所下行母线T线电流；为变电所上行F线电流；为AT所上行母线F线电流；为分区所上行母线F线电流；为分区所下行母线F线电流；为故障点左侧T线电流；为故障点右侧T线电流；为故障点的短路电流；为故障点左侧F线电流；为故障点右侧F线电流；为分区所AT自耦变压器的吸上电流；X为故障点距离前一所亭的距离；D为故障点所在区段的长度。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，其特征在于，故障区段两侧接近故障点的所亭中的分段保护装置通过本所的通信管理机向调度端上送故障点距离、故障类型和故障方向。
6.根据权利要求1所述的一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，其特征在于，基于故障点两侧的线路分段保护装置的差动启动电流判断故障类型和故障方向。
7.根据权利要求1所述的一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距方法，其特征在于，所述故障区段线路两侧对应的分段保护装置启动和跳闸信号为故障点距离计算的启动信号。
8.一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距***，其特征在于，包括：以各所亭为分段保护区段的分界分段保护区段两侧设置的分段保护装置，所述分段保护装置用于判断故障点距离、故障类型和故障方向。
9.根据权利要求8所述的一种适用于高速铁路分段供电方式的故障测距***，其特征在于，还包括各亭所中的通信管理机，所述通讯管理机用于向调度端上送本所分段保护装置得出的故障点距离、故障类型和故障方向。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190618 |
|
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