CN110244182A - 一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法及***，通过在各分支线路包括分相线路和枢纽场站多分支线路上安装就地采集单元，根据实时采集各就地采集单元所在位置的线路电流和线路对地电场，进行就地采集单元的启动判定，启动的就地采集单元采集所在分支线路的故障电流，不启动的就地采集单元的故障电流为零；根据各分支线路的故障电流的分布特点，确定故障点所在分支线路的位置，并采用电抗法对多分支线路故障进行准确定位，为电气化铁路分支线路的故障检修提供了可靠依据，缩短了供电恢复时间。

Description

一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法及***

技术领域

本发明涉及一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法及***，属于电气化铁路牵引供电技术领域。

背景技术

目前在国内高速铁路和客运专线中采用的专用故障测距装置针对供电臂上接触网无分叉的线路，即单线单分支接触网或者双线双分支接触网线路的故障测距精度很高，其误差一般在±500米范围，但是当故障点发生在多分支枢纽场站内时测距精度不高，只能采取人工巡视的方法来查找故障点的位置。如图1所示，在一些大的枢纽场站，由于分支股道众多，人工巡视的方法耗费大量人力，且寻找到故障点的时间很长，这无疑延长了恢复供电的时间，对保障列车的正常运行尤为不利。另外由于牵引变电所的选址和接触网设计的约束，某些牵引变电所的接触线上网点并未设计在分相点附近，牵引变电所的接触线上网点与线路分相相距甚远，当上网点与分相之间发生短路故障时，现有的故障测距装置无法分辨故障点位置在分相线路上，还是正线线路上，从而影响故障检修并延长了恢复供电时间。

因此，亟需提出一种适合现场实际工况的分支线路故障定位方法，从而精确定位实际故障线路位置。当线路发生故障时，能够迅速标定发生故障的分支接触网线路，有的放矢地组织有效的快速事故抢修，快速、高效地处理和恢复供电，保证牵引供电***安全可靠。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法及***，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，方法包括如下步骤：

获取发生故障时各分支线路的故障电流和线路对地电场；

根据发生故障时各分支线路的故障电流的分布情况，确定故障点所在的分支线路；

根据故障点所在的分支线路的电流和线路对地电场，使用电抗测距法计算故障点到就地采集单元的距离。

进一步的，方法还包括在各分支线路安装用于电流和线路对地电场采集的就地采集单元。

优选的，就地采集单元的安装位置包括：各牵引变电所和分区所的上网点附近的分相线路、枢纽场站的各分支线路、枢纽场站分支线路的入口处和出口处。

进一步的，

获取发生故障时各分支线路的故障电流的方法包括如下步骤：

根据就地采集单元采集其所在分支线路的线路电流Ii和线路对地电场Ui，参照启动判据，对就地采集单元进行启动判定；

满足启动判据的就地采集单元采集故障发生时该就地采集单元所在分支线路的故障电流和线路对地电场；不满足启动判据的就地采集单元所在的分支线路的故障电流判定为零。

进一步的，启动判据如下所示：

Ui＜Uset，ΔIi＞Iset，且持续Δt时间后，并在Tset时间内，满足Ii＜Imin，Ui＜Umin；

其中，ΔIi为就地采集单元采集的电流突变量值，Ui为就地采集单元采集的线路对地电场值，Iset为电流突变量定值，Uset为线路对地电场突变量定值，Δt为短路电流持续时间定值，Tset为故障跳闸时间定值，Imin为电流消失定值，Umin为线路对地电场消失定值。

当安装在牵引变电所分相线路上的至少一个就地采集单元采集的线路的故障电流不等于零，且安装在其他分支线路上的就地采集单元采集的线路的故障电流均等于零时，判断故障点位于牵引变电所分相线路上。

当安装在牵引变电所分相线路上的各就地采集单元采集的线路故障电流等于零，安装在分区所分相线路上的至少一个就地采集单元采集的线路的故障电流不等于零，且枢纽场站分支线路入口和出口处的就地采集单元采集的线路的故障电流均不等于零时，判定故障点位于分区所分相线路上。

当安装在牵引变电所分相线路上的各就地采集单元采集的线路故障电流等于零、安装在分区所分相线路上的各就地采集单元采集的线路故障电流等于零、至少一处枢纽场站分支线路入口和出口的故障电流不相等、而其他枢纽场站入口和出口的故障电流相等时，判定故障点位于分支线路入口和出口的故障电流不相等的枢纽场站的各分支线路中最大故障电流所在的分支线路上。

第二方面，本发明还提供了一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位***，***包括：

获取单元：用于获取发生故障时各分支线路的故障电流和线路对地电场；

故障定位模块：用于根据发生故障时各分支线路的故障电流的分布情况，确定故障点所在的分支线路；根据故障点所在的分支线路的电流和线路对地电场，使用电抗测距法计算故障点到就地采集单元的距离。

进一步的，获取模块包括：

启动判定模块：用于根据就地采集单元采集其所在分支线路的线路电流Ii和线路对地电场Ui，参照启动判据，对就地采集单元进行启动判定；

采集模块：用于当满足启动判据时，就地采集单元采集故障发生时该就地采集单元所在分支线路的故障电流和线路对地电场；当不满足启动判据时，就地采集单元所在的分支线路的故障电流判定为零。

本发明的有益效果如下所述：

(1)解决了现有故障测距装置对多分支线路故障无法准确定位的问题，是对电气化铁路供电臂故障测距功能的有效补充，对于故障检修提供了可靠的依据，并缩短了供电恢复时间。

(2)解决了现有故障测距装置无法正确区分上网点两侧分相线路与近端线路故障的问题。

(3)在定位故障分支的同时，可以精确地给出故障点在所在故障分支线路上的具体公里数。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种电气化铁路多分支线路示意图；

图2是根据本发明实施例提供的就地采集单元故障启动判据示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种多分支线路故障定位***示意图；

图4是根据本发明实施例提供的一种变电所分相线路短路故障电流分布图；

图5是根据本发明实施例提供的一种变电所分相线路短路故障定位逻辑；

图6是根据本发明实施例提供的一种分区所分相线路短路故障电流分布图；

图7是根据本发明实施例提供的一种分区所分相线路短路故障定位逻辑；

图8是根据本发明实施例提供的一种场站多分支线路短路故障电流分布图；

图9是根据本发明实施例提供的一种场站多分支线路短路故障定位逻辑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本实施例提供一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，包括如下步骤：

A：安装就地采集单元；

在各牵引变电所和分区所的上网点附近的分相线路、枢纽场站的各分支线路、枢纽场站分支线路的入口咽喉处和出口处安装就地采集单元，用于实时采集各就地采集单元所在位置处的电流和线路对地电场。

B：就地采集单元采集线路电流Ii和线路对地电场Ui，并根据采集的线路电流和线路对地电场，进行就地采集单元的启动判定；

参照图2，启动判据包括电流判据和电场判据两部分，启动判据如下所述：

当就地采集单元采集的线路对地电场和线路电流同时满足Ui＜Uset和ΔIi＞Iset，且持续Δt时间后，并在Tset时间内，满足Ii＜Imin，Ui＜Umin时，启动该就地采集单元；

其中，ΔIi为就地采集单元采集的电流突变量值，Ui为就地采集单元采集的线路对地电场值，Iset为电流突变量定值，Uset为线路对地电场突变量定值，Δt为短路电流持续时间定值，Tset为故障跳闸时间定值，Imin为电流消失定值，Umin为线路对地电场消失定值。

为防止电力机车冲击负荷的影响，故障电流判据不能简单地以过电流有效值作为启动定值，应按躲过单列机车启动电流的电流突变量ΔIi作为整定依据，同时考虑短路故障电流持续的时间Δt，以及短路导致跳闸后的线路电流降为零的特征，当同时满足上述3个条件作为故障电流动作判据，可有效躲过带自耦变压器空载合闸涌流、负荷波动涌流、突合空载涌流、机车进入供电区涌流情况，杜绝误发信号；而电场判据则直接采用线路对地电场的下降比例作为故障启动的主要判据，同时考虑电场持续时间和跳闸后电场消失的特征。

当就地采集单元实时采集的线路电流Ii和线路对地电场Ui满足上述启动判据时，启动该就地采集单元，该就地采集单元发出故障启动信号，并记录故障时刻的故障电流和线路对地电场，同时将包含故障时刻的故障电流和线路对地电场数据的故障报告上传至故障定位模块；

当就地采集单元实时采集的线路电流Ii和线路对地电场Ui不满足上述启动判据时，该就地采集单元不会发出故障启动信号，则故障定位模块判定故障电流未流经该线路，该就地采集单元的故障电流为零。

C：根据发生故障时各分支线路不同位置的故障电流分布特点，确定故障点所在的位置；

以图1所示的多分支线路为例，在牵引变电所上网点的左侧分相线路上分别安装就地采集单元e1和e2，枢纽场站的入口咽喉处和出口处分别安装就地采集单元b1、c1、b2和c2，枢纽场站的各分支线路近变电所侧分别安装就地采集单元d11、d12、d13、d21、d22和d23，分区所上网点的右侧分相线路上分别安装就地采集单元f1和f2，该多分支线路故障定位***示意图如图3所示。根据各就地采集单元采集的线路故障电流分布特点进行故障精确定位的方法包括如下三种情况：

(1)当变电所分相线路发生短路故障时，变电所分相线路短路故障电流分布图如图4所示，短路电流经过牵引变电所上网点流向牵引变电所分相线路短路点，无短路电流流过其他分支线路。

判断故障点位于牵引变电所分相线路上的方法流程图如图5所示：故障定位模块启动，查询各就地采集单元采集的故障电流和线路对地电场，根据步骤B进行各就地采集单元的启动判定，当安装在牵引变电所分相线路上的某个就地采集单元启动，且安装在其他分支线路上的就地采集单元未启动时，判定故障点位于启动的就地采集单元所在的牵引变电所分相线路上。

当就地采集单元e1和e2中至少一个就地采集单元启动，而其他就地采集单元不启动时，用各就地采集单元上传的故障发生时线路的故障电流表示故障点位于牵引变电所分相线路上的特征判据，其特征判据如公式(1)所述：

公式(1)中的各个电流表示在满足启动判据的就地采集单元在启动后记录的流经该线路的故障电流，如果就地采集单元未启动，则该分支线路的电流判定零。以就地采集单元e1为例：由于故障点位于e1所在分相线路上，所以故障电流从牵引变电所经过牵引变电所分相线路流向故障点，就地采集单元e1启动，记录故障电流Ie1后上传至故障定位模块；以就地采集单元b1为例：b1所在线路为牵引变电所和分区所上网点间的上行线路，并没有故障电流流经该线路，所以就地采集单元b1并未启动，故障定位模块判定就地采集单元b1的故障电流Ib1等于零。

其中，Ie1、Ie2表示在变电所上网点的左侧分相线路上分别安装就地采集单元e1和e2上传的线路故障电流，Ib1、Ic1、Ib2、Ic2表示枢纽场站的入口咽喉处和出口处分别安装就地采集单元b1、c1、b2和c2上传的线路故障电流，Id11、Id12、Id13、Id21、Id22、Id23表示场站的各分支线路近变电所侧分别安装就地采集单元d11、d12、d13、d21、d22和d23上传的线路故障电流，If1、If2表示分区所上网点的右侧分相线路上分别安装就地采集单元f1和f2上传的线路故障电流。

即：当安装在牵引变电所分相线路上的至少一个就地采集单元采集的线路的故障电流不等于零，且安装在其他分支线路上的就地采集单元采集的线路的故障电流均等于零时，判断故障点位于牵引变电所分相线路上。

(2)当分区所分相线路发生短路故障时，供电臂上的短路电流分布如图6所示，短路电流经过供电臂主干线路和分区所上网点，流向分区所分相线路短路点，整个供电臂上除了变电所分相线路外的分支线路均有短路电流流过。

判断故障点位于分区所分相线路上的方法流程图如图7所示：故障定位模块启动，查询各就地采集单元采集的故障电流和线路对地电场Ui，根据步骤B进行各就地采集单元的启动判定，当安装在牵引变电所分相线路的各就地采集单元不启动，安装在分区所分相线路上的至少一个就地采集单元启动，且枢纽场站各分支线入口和出口的就地采集单元均启动时，判定故障点位于启动的就地采集单元所在的分区所分相线路上；用各就地采集单元上传的故障发生时线路的故障电流表示故障点位于分区所分相线路上的特征判据，其特征判据如下所述：

即：当安装在牵引变电所分相线路上的各就地采集单元采集的线路故障电流等于零，安装在分区所分相线路上的至少一个就地采集单元采集的线路的故障电流不等于零，且枢纽场站各分支线路入口和出口处的就地采集单元采集的线路的故障电流均不等于零时，判定故障点位于启动的就地采集单元所在的分区所分相线路上。

(3)当场站多分支线路发生短路故障时，供电臂上的短路电流分布如图8所示，短路电流流经主干线上的各分支线路，非故障的场站的分支线路上也有故障电流流过，但是无短路电流流过变电所和分区所的分相线路，故障分支电流为故障场站所有分支电流的最大值；

判断故障点位于场站多分支线路的方法流程图如图9所示：故障定位模块启动，查询各就地采集单元采集的故障电流和线路对地电场Ui，根据步骤B进行各就地采集单元的启动判定，当安装在牵引变电所分相线路上的各就地采集单元未启动、安装在分区所分相线路上的各就地采集单元未启动、至少一处枢纽场站分支线入口和出口的电流不相等、而其他枢纽场站入口和出口的电流相等，判定故障点位于出入电流不相等的枢纽场站最大分支电流所在的线路上；

用各就地采集单元上传的故障发生时线路的故障电流表示故障点位于场站多分支线路的特征判据，以故障点位于就地采集单元d12所在的分支线路为例，其特征判据如下所述：

即：当安装在牵引变电所分相线路上的各就地采集单元采集的线路的故障电流等于零、安装在分区所分相线路上的各就地采集单元采集的线路的故障电流等于零、至少一处枢纽场站分支线入口和出口的电流不相等，而其他枢纽场站入口和出口的电流相等，判定故障点位于分支线路出口和入口故障电流不相等的枢纽场站的各分支线路中最大故障电流所在的分支线路上。

对分支线路的精确故障点进行精确定位时，可根据故障点所在的分支线路上的就地采集单元上送的线路对地电场和故障电流，采用电抗测距法来计算故障点到该就地采集单元的距离。

本发明实施例还提供了一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位***，用于实现上述方法，***包括：

获取模块：用于获取发生故障时各分支线路的故障电流和线路对地电场；

故障定位模块：用于根据发生故障时各分支线路的故障电流的分布情况，确定故障点所在的分支线路；根据故障点所在的分支线路的电流和线路对地电场，使用电抗测距法计算故障点到就地采集单元的距离。

获取模块包括：

启动判定模块：用于根据就地采集单元采集其所在分支线路的线路电流Ii和线路对地电场Ui，参照启动判据，对就地采集单元进行启动判定；

采集模块：用于当满足启动判据时，就地采集单元采集故障发生时该就地采集单元所在分支线路的故障电流和线路对地电场；当不满足启动判据时，就地采集单元所在的分支线路的故障电流判定为零。

本发明实施例提供的一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法及***，通过在各分支线路包括分相线路和场站多分支线路上安装就地采集单元，根据实时采集各就地采集单元所在位置的线路电流和线路对地电场，进行就地采集单元的启动判定，并根据各就地采集单元采集的故障电流的分布特点，确定故障点所在分支线路的位置，并对多分支线路故障进行准确定位。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取发生故障时各分支线路的故障电流和线路对地电场；

根据发生故障时各分支线路的故障电流的分布情况，确定故障点所在的分支线路；

根据故障点所在的分支线路的电流和线路对地电场，使用电抗测距法计算故障点到就地采集单元的距离。

2.根据权利要求1所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，所述方法还包括在各分支线路安装用于采集电流和线路对地电场的就地采集单元。

3.根据权利要求2所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，就地采集单元的安装位置包括：各牵引变电所和分区所的上网点附近的分相线路、枢纽场站的各分支线路、枢纽场站分支线路的入口处和出口处。

4.根据权利要求2所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，获取发生故障时各分支线路的故障电流的方法包括如下步骤：

根据就地采集单元采集其所在分支线路的线路电流Ii和线路对地电场Ui，参照启动判据，对就地采集单元进行启动判定；

满足启动判据的就地采集单元采集故障发生时该就地采集单元所在分支线路的故障电流和线路对地电场；不满足启动判据的就地采集单元所在的分支线路的故障电流为零。

5.根据权利要求4所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，所述启动判据如下所示：

Ui＜Uset，ΔIi＞Iset，且持续Δt时间后，并在Tset时间内，满足Ii＜Imin，Ui＜Umin；

其中，ΔIi为就地采集单元采集的电流突变量值，Ui为就地采集单元采集的线路对地电场值，Iset为电流突变量定值，Uset为线路对地电场突变量定值，Δt为短路电流持续时间定值，Tset为故障跳闸时间定值，Imin为电流消失定值，Umin为线路对地电场消失定值。

6.根据权利要求3所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，当安装在牵引变电所分相线路上的至少一个就地采集单元采集的线路的故障电流不等于零，且安装在其他分支线路上的就地采集单元采集的线路的故障电流均等于零时，判断故障点位于牵引变电所分相线路上。

7.根据权利要求3所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，当安装在牵引变电所分相线路上的各就地采集单元采集的线路故障电流等于零，安装在分区所分相线路上的至少一个就地采集单元采集的线路的故障电流不等于零，且枢纽场站分支线路入口和出口处的就地采集单元采集的线路的故障电流均不等于零时，判定故障点位于分区所分相线路上。

8.根据权利要求3所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位方法，其特征在于，当安装在牵引变电所分相线路上的各就地采集单元采集的线路故障电流等于零、安装在分区所分相线路上的各就地采集单元采集的线路故障电流等于零、至少一处枢纽场站分支线路入口和出口的故障电流不相等、而其他枢纽场站入口和出口的故障电流相等时，判定故障点位于分支线路入口和出口的故障电流不相等的枢纽场站的各分支线路中最大故障电流所在的分支线路上。

9.一种适用于电气化铁路多分支线路的故障定位***，其特征在于，所述***包括：

获取模块：用于获取发生故障时各分支线路的故障电流和线路对地电场；

故障定位模块：用于根据发生故障时各分支线路的故障电流的分布情况，确定故障点所在的分支线路；根据故障点所在的分支线路的电流和线路对地电场，使用电抗测距法计算故障点到就地采集单元的距离。

10.根据权利要求8所述的适用于电气化铁路多分支线路的故障定位***，其特征在于，所述获取模块包括：

启动判定模块：用于根据就地采集单元采集其所在分支线路的线路电流Ii和线路对地电场Ui，参照启动判据，对就地采集单元进行启动判定；

采集模块：用于当满足启动判据时，就地采集单元采集故障发生时该就地采集单元所在分支线路的故障电流和线路对地电场；当不满足启动判据时，就地采集单元所在的分支线路的故障电流判定为零。