CN112763847B - 一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法 - Google Patents

一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，S1：在采用同相供电模式的牵引供电***中，在同一个供电区间中的每个牵引变电所以及每个分区所中各设置一台故障测距装置；S2：将牵引变电所以及分区所内的故障测距装置通过光纤进行连接通信，用于获取相邻所的电量数据，实现了信息的实时交互。本发明所述的一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法解决了故障发生时因非故障侧电流为零而不能准确测距的问题；此方法试用于运营线路中的各种闭合网孔回路，通过对两侧数据的处理，能快速准确计算出故障位置，满足运营中的铁路***的要求。

Description

一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法
技术领域
本发明属于电气化铁路领域，尤其是涉及一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法。
背景技术
目前，我国电气化铁路采用工频单相交流供电方式，当牵引供电***接触网发生故障时，准确快速地定位故障点是***稳定运营的保证。在传统的单端供电并联的复线供电***中，上下行线路可视为对称，即参数相同。闭合网孔中可将线路压降与线路电流形成映射，由于线路压降相同，通过单端或分段上下行电流比或者吸上电流比(AT供电方式)的关系可计算出故障距离。
但是采用同相牵引供电***带来了新的问题，上述测距方法存在以下缺陷：1、对于贯通式的双端或多端牵引同相供电***，由于各电源的相位相同，此时若接触网发生故障，由于双端电源供电网孔中非故障侧存在电流为零的情况。此时仅仅依靠故障侧的电流，借助上下行电流比测距方法已不能准确的计算出故障位置。未能快速准确的计算出故障位置对于运营中的铁路***是非常不利的；2、传统测距方法在定位故障位置时，首先需要判断出故障位置所在的行别，才能带入相应的测距算法计算出故障位置，若故障发生的行别判错，则测距结果也必然错误。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，以克服上述现有技术中存在的缺陷，针对同相供电***提出了一种新的故障定位方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，包括：
S1：在采用同相供电模式的牵引供电***中，在同一个供电区间中的每个牵引变电所以及每个分区所中各设置一台故障测距装置；
S2：将牵引变电所以及分区所内的故障测距装置通过光纤进行连接通信，用于获取相邻所的电量数据，实现了信息的实时交互；
S3：基于经典电路理论，推导出接触网在随机位置发生故障时的故障位置计算算法，并将此算法应用于不同的牵引变电所以及分区所内的故障测距装置；
S4：根据故障发生的时标，故障测距装置集中本所与相邻所内的数据，通过步骤S3中的算法得到故障位置。
进一步的，当运营线路正常工作时，测距装置则不会启动故障测距功能。
进一步的，步骤S1中，同一个供电区间通过牵引变电所、分区所、供电线、接触线组成一段正常供电范围。
进一步的，步骤S2中，设置在相邻牵引变电所以及分区所之间的测距装置，通过铺设在两所之间的光纤线路完成数据交互。
进一步的，步骤S3中，故障位置计算算法的原理为：基于基尔霍夫定律列写的电压平衡方程，由于线路的单位长度的阻抗参数近似相同，将线路中相同的压降与电流形成映射关系，通过电流的之间的关系求得线路的故障位置。
进一步的，在步骤S3中，故障位置计算算法的具体计算原理如下：
在运营线路的上行或下行接触网发生故障时，根据基尔霍夫定律列写线路方程如下式所示：
Figure BDA0002858252610000031
Figure BDA0002858252610000032
式中
Figure BDA0002858252610000033
分别为线路中左端与右端的母线电压值；/>
Figure BDA0002858252610000034
分别为左端线路的上行与下行电流值，/>
Figure BDA0002858252610000035
分别为右端线路的下行与上行的电流值，/>
Figure BDA0002858252610000036
分别为上行与下行的单位阻抗，/>
Figure BDA0002858252610000037
上行与下行的互阻抗，/>
Figure BDA0002858252610000038
为网孔中因母线或其他原因导致的电压降低值，L为区间线路的长度，x为故障位置到线路始端的距离；
将上面式子联立，化简解得故障距离x如下所示：
Figure BDA0002858252610000039
进一步的，同相供电***在分区所部分为混合越区方式时，即分区所某一行通过接触网直接越区，另一行通过分区所母线越区，此时接触网发生故障，左侧牵引所与右侧牵引所组成了一个网孔回路，令左侧牵引所SS_1中接触网上下行电流
Figure BDA00028582526100000310
满足：
Figure BDA00028582526100000311
右侧牵引所SS_2中接触网上下行电流/>
Figure BDA00028582526100000312
满足：/>
Figure BDA00028582526100000313
区间线路的长度L＝L1+L2，式中L1为左侧牵引所SS_1到分区所SP的距离，L2为右侧牵引所SS_1到分区所SP的距离，带入式(3)计算得故障位置。
进一步的，同相供电***均通过母线越区时，此时接触网发生故障，牵引所与分区所组成了一个网孔回路，令左侧牵引所SS_1中接触网上下行电流
Figure BDA0002858252610000041
满足：
Figure BDA0002858252610000042
分区所中接触网上下行电流/>
Figure BDA0002858252610000043
满足：/>
Figure BDA0002858252610000044
区间线路的长度L＝L1，若故障发生在分区所右侧，则L＝L2，带入式(3)计算得故障位置。
进一步的，当同相供电***在牵引变电所处通过一条馈线为上下行同时供电时，此时接触网发生故障，牵引所与分区所组成了一个网孔回路，左侧牵引所SS_1中接触网下行电流
Figure BDA0002858252610000045
令/>
Figure BDA0002858252610000046
分区所中接触网上下行电流/>
Figure BDA0002858252610000047
满足：/>
Figure BDA0002858252610000048
区间线路的长度L＝L1，若故障发生在分区所右侧，则L＝L2，带入式(3)计算得故障位置。
相对于现有技术，本发明所述的一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法具有以下优势：
本发明所述的一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法解决了故障发生时因非故障侧电流为零而不能准确测距的问题；此方法试用于运营线路中的各种闭合网孔回路，通过对两侧数据的处理，能快速准确计算出故障位置，满足运营中的铁路***的要求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述同相供电***示意图；
图2为本发明实施例所述的测距装置***的组成图示意图；
图3为本发明实施例所述的测距算法推导过程所对应的线路等效电路示意图；
图4为本发明实施例所述的典型故障网孔回路示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图4所示，一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，包括：
S1：在采用同相供电模式的牵引供电***中，一个供电区间的各所设置一台故障测距装置，(本发明中以两个牵引变电所与一个分区所组成的典型供电区间为示例)；
S2：将三个所内的故障测距装置通过光纤进行连接通信，获取相邻所的电量数据，实现了信息的实时交互；
S3：基于经典电路理论，推导出接触网在随机位置发生故障时，故障位置计算算法，并将此算法应用于不同所内的故障测距装置；
S4：根据故障发生的时标，故障测距装置集中本所与相邻所内的数据，通过S3中的算法得到故障位置，且适用于不同网孔回路的运营线路。
S5：当运营线路正常工作时，测距装置则不会启动故障测距功能。步骤S1中一个供电区间包括牵引变电所、分区所、供电线、接触线组成的一段正常供电范围，如图1所示。
步骤S2中，各所内的测距装置与相邻所的测距装置的数据交互过程是通过铺设在两所之间的光纤线路完成的，此种方法造价合理且传递方式较为可靠，测距装置组成的***如图2所示。
步骤S3中，此算法原理是基于基尔霍夫定律列写的电压平衡方程，由于线路的单位长度的阻抗参数近似相同，可将线路中相同的压降与电流形成映射关系，通过电流的之间的关系求得线路的故障位置。
步骤S3中，此算法的具体计算原理如下，设运营线路的等效电路如图3所示，当上行或下行接触网发生故障时，根据基尔霍夫定律可以列写线路方程如下式所示：
Figure BDA0002858252610000061
Figure BDA0002858252610000062
式中
Figure BDA0002858252610000071
分别为线路中左端与右端的母线电压值；/>
Figure BDA0002858252610000072
分别为左端线路的上行与下行电流值，/>
Figure BDA0002858252610000073
分别为右端线路的下行与上行的电流值，/>
Figure BDA0002858252610000074
分别为上行与下行的单位阻抗，/>
Figure BDA0002858252610000075
上行与下行的互阻抗，/>
Figure BDA0002858252610000076
为网孔中因母线或其他原因导致的电压降低值，L为区间线路的长度，x为故障位置到线路始端的距离。将上面式子联立，化简可以解得故障距离x如下所示：
Figure BDA0002858252610000077
步骤S4中，测距过程中，由于网孔回路的差异，测量的数据也会不同，典型的网孔如图4所示，具体分析过程如下所示。
S41：同相供电***在分区所部分为混合越区方式，即：分区所某一行通过接触网直接越区，另一行通过分区所母线越区，如图4(a)所示。此时接触网发生故障，左侧牵引所与右侧牵引所组成了一个网孔回路，令左侧牵引所SS_1中接触网上下行电流
Figure BDA0002858252610000078
满足：/>
Figure BDA0002858252610000079
右侧牵引所SS_2中接触网上下行电流/>
Figure BDA00028582526100000710
满足：
Figure BDA00028582526100000711
区间线路的长度L＝L1+L2，式中L1为左侧牵引所SS_1到分区所SP的距离，L2为右侧牵引所SS_1到分区所SP的距离，带入(式3)可计算得故障位置。
S42：同相供电***均通过母线越区如图4(b)所示。此时接触网发生故障，牵引所与分区所组成了一个网孔回路，令左侧牵引所SS_1中接触网上下行电流
Figure BDA00028582526100000712
满足：
Figure BDA00028582526100000713
分区所中接触网上下行电流/>
Figure BDA00028582526100000714
满足：/>
Figure BDA00028582526100000715
区间线路的长度L＝L1，若故障发生在分区所右侧，则L＝L2，带入(式3)可计算得故障位置。
S43：当同相供电***在牵引变电所处通过一条馈线为上下行同时供电时(以下行馈线跳开为例)如图4(c)所示。此时接触网发生故障，牵引所与分区所组成了一个网孔回路，左侧牵引所SS_1中接触网下行电流
Figure BDA0002858252610000081
令/>
Figure BDA0002858252610000082
分区所中接触网上下行电流/>
Figure BDA0002858252610000083
满足：/>
Figure BDA0002858252610000084
区间线路的长度L＝L1，若故障发生在分区所右侧，则L＝L2，带入(式3)可计算得故障位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，其特征在于包括：
S1：在采用同相供电模式的牵引供电***中，在同一个供电区间中的每个牵引变电所以及每个分区所中各设置一台故障测距装置；
S2：将牵引变电所以及分区所内的故障测距装置通过光纤进行连接通信，用于获取相邻所的电量数据，实现了信息的实时交互；
S3：基于经典电路理论，推导出接触网在随机位置发生故障时的故障位置计算算法，并将此算法应用于不同的牵引变电所以及分区所内的故障测距装置；
S4：根据故障发生的时标，故障测距装置集中本所与相邻所内的数据，通过步骤S3中的算法得到故障位置，
在步骤S3中，故障位置计算算法的具体计算原理如下：
在运营线路的上行或下行接触网发生故障时，根据基尔霍夫定律列写线路方程如下式所示：
Figure FDA0004180805520000011
Figure FDA0004180805520000012
式中
Figure FDA0004180805520000013
分别为线路中左端与右端的母线电压值；/>
Figure FDA0004180805520000014
分别为左端线路的上行与下行电流值，/>
Figure FDA0004180805520000015
分别为右端线路的下行与上行的电流值，/>
Figure FDA0004180805520000021
分别为上行与下行的单位阻抗，/>
Figure FDA0004180805520000022
上行与下行的互阻抗，/>
Figure FDA0004180805520000023
为网孔中因母线或其他原因导致的电压降低值，L为区间线路的长度，x为故障位置到线路始端的距离；
将上面式子联立，化简解得故障距离x如下所示：
Figure FDA0004180805520000024
同相供电***在分区所部分为混合越区方式时，即分区所某一行通过接触网直接越区，另一行通过分区所母线越区，此时接触网发生故障，左侧牵引所与右侧牵引所组成了一个网孔回路，令左侧牵引所SS_1中接触网上下行电流
Figure FDA0004180805520000025
满足：/>
Figure FDA0004180805520000026
右侧牵引所SS_2中接触网上下行电流/>
Figure FDA0004180805520000027
满足：/>
Figure FDA0004180805520000028
区间线路的长度L＝L1+L2，式中L1为左侧牵引所SS_1到分区所SP的距离，L2为右侧牵引所SS_1到分区所SP的距离，带入式(3)计算得故障位置，
当同相供电***在牵引变电所处通过一条馈线为上下行同时供电时，此时接触网发生故障，牵引所与分区所组成了一个网孔回路，左侧牵引所SS_1中接触网下行电流
Figure FDA0004180805520000029
令/>
Figure FDA00041808055200000210
Figure FDA00041808055200000211
分区所中接触网上下行电流/>
Figure FDA00041808055200000212
满足：/>
Figure FDA00041808055200000213
区间线路的长度L＝L1，若故障发生在分区所右侧，则L＝L2，带入式(3)计算得故障位置；
同相供电***均通过母线越区时，此时接触网发生故障，牵引所与分区所组成了一个网孔回路，令左侧牵引所SS_1中接触网上下行电流
Figure FDA00041808055200000214
满足：/>
Figure FDA00041808055200000215
分区所中接触网上下行电流/>
Figure FDA00041808055200000216
Figure FDA0004180805520000031
满足：/>
Figure FDA0004180805520000032
区间线路的长度L＝L1，若故障发生在分区所右侧，则L＝L2，带入式(3)计算得故障位置。
2.根据权利要求1所述的一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，其特征在于：当运营线路正常工作时，测距装置则不会启动故障测距功能。
3.根据权利要求1所述的一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，其特征在于：步骤S1中，同一个供电区间通过牵引变电所、分区所、供电线、接触线组成一段正常供电范围。
4.根据权利要求1所述的一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，其特征在于：步骤S2中，设置在相邻牵引变电所以及分区所之间的测距装置，通过铺设在两所之间的光纤线路完成数据交互。
5.根据权利要求1所述的一种轨道交通牵引同相供电***的双端电流比测距方法，其特征在于，步骤S3中，故障位置计算算法的原理为：基于基尔霍夫定律列写的电压平衡方程，由于线路的单位长度的阻抗参数近似相同，将线路中相同的压降与电流形成映射关系，通过电流的之间的关系求得线路的故障位置。
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