CN112946419B - 一种电气化铁道at故障测距修正系数计算方法 - Google Patents

一种电气化铁道at故障测距修正系数计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，涉及电气化铁路牵引供电技术领域。通过两次短路试验非常明晰的计算出修正系数；如果结合列车行车信息，也可以不需短路试验对修正系数进行在线计算；考虑到铁路投运前会有接触网检测车对线路进行测试，投运后会定期开行接触网检测车，可以将接触网检测车的行车位置信息结合起来，进行修正系数计算；也可在AT段中选取两处安装列车定位装置，当列车经过时，该装置向故障测距装置发送启动计算修正系数命令，故障测距装置利用该时刻电压电流进行修正系数计算。适用于AT供电电气化铁道牵引网故障定位。

Description

一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域。
背景技术
AT(Auto Transformer，自耦变压器)供电方式具有更长的供电区段、更大的供电能力之优势，能够更好地满足高速铁路行车密度较大、运行速度高、供电容量大的要求，成为了我国高速铁路在现阶段的主流供电方式。
牵引网没有备用，且暴露于大自然中，加之弓网高速接触，电气化铁道供电***的故障大多数为自然事故，如雷击、绝缘老化、环境污染等均可能造成绝缘子、分区绝缘器等闪络，致使保护动作跳闸。这类故障往往是瞬时性的，带有电弧，对绝缘子、分区绝缘器和导线有很大危害。如果不及时排除故障隐患，故障可能再次发生。
高速电气化铁路AT牵引网结构复杂，故障定位困难，如果不能及时准确发现和排除故障，将延长停电时间，干扰正常运输。因此，AT牵引网故障的精确定位对于铁路的高效、安全运行意义重大，并能够带来巨大的经济和社会效益。
AT供电牵引网的故障测距原理一直采用1960年代末日本藤江宏史、渡边宽等人提出的“AT中性点吸上电流比”测距原理。由于目前针对AT牵引网的故障定位(测距)方法容易受到线路结构、牵引网的运行方式及供电方式等因素的影响，降低其稳定性和精度。
修正系数Q1、Q2需要考虑的因素应包括有以下几个方面,变压器漏抗的大小及容量,本区段及相邻区段的长度,接触线、正馈线和钢轨的阻抗,钢轨泄漏的程度等等。该两值在不同物理参数的AT牵引网中应该为多少，如何评估，在既有的研究分析中，没有理论支持.实际应用中一般设置经验值，仅基于开通前数量极少的短路试验和实际运营中真实故障数据进行修正，易受到偶然因素和其他外界因素的干扰，另外数据量积累过少且不具有普遍性，应用起来非常不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，它能有效地解决计算出修正系数的技术问题。
本发明是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，设第n个牵引网AT段长度为D，自耦变压器ATn到牵引变电所距离为ln；定义牵引网AT中性点吸上电流比为：
Figure GDA0003474673170000011
式中，In和In+1为故障点所在AT段的自耦变压器ATn，自耦变压器ATn+1的中性点吸上电流，在测试点d1点进行短路试验时，自耦变压器ATn中性点吸上电流为I(n)1，自耦变压器ATn+1中性点吸上电流为I(n+1)1；在测试点d2点进行短路试验时，自耦变压器ATn中性点吸上电流为I(n)2，自耦变压器ATn+1中性点吸上电流为I(n+1)2；通过式(1)计算得到测试点d1、测试点d2分别进行短路试验时的中性点吸上电流比H1和吸上电流比H2，若变电所至自耦变压器ATn间距离为ln，可得出牵引变电所至故障点之间的距离为
Figure GDA0003474673170000021
式中，Q1、Q2为修正系数，D为故障AT段的长度，设第n个牵引网AT段两个测试点d1和测试点d2距离该牵引网AT段自耦变压器ATn距离为x1、x2；则根据下式得到：
Figure GDA0003474673170000022
Figure GDA0003474673170000023
通过式(3)计算修正系数Q1，式(4)计算修正系数Q2。
所述的在测试点d1和测试点d2做短路试验获得中性点吸上电流是结合列车运行位置信息来得到，具体实现方式为：列车运行中持续与行车调度***通信，获知列车行进到测试点d1时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H1；获知列车行进到测试点d2时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H2。
：所述的在测试点d1和测试点d2做短路试验获得中性点吸上电流是通过接触网检测车位置信息来得到，在接触网检测车中和变电所故障测距装置中增加高速通信功能，实时交换列车位置信息和AT中性点吸上电流的信息，当接触网检测车行进到测试点d1时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H1；当接触网检测车行进到测试点d2时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H2。
所述的在测试点d1和测试点d2做短路试验获得中性点吸上电流通过在钢轨旁安装列车位置地面检测装置，当检测到列车行进到测试点d1和测试点d2，立即向故障测距装置发信息来得到。
所述的通过式(3)计算修正系数Q1，式(4)计算修正系数Q2的值稳定在20％以内，当修正系数发生大于20％变化时，表示该AT段电气特性有异常，予以示警。
本发明的工作原理是：因AT供电方式和电气化铁路牵引变电所接线方式共同确定了具有电源，标记为E，电源两端必有电源***阻抗Zs1和电源***阻抗Zs2，在每个AT段设有自耦变压器AT1、自耦变压器AT2、自耦变压器ATn，记第一个AT段的接触线T1、钢轨R1、正馈线F1，第二个AT段的接触线T2、钢轨R2、正馈线F2，第n个AT段的接触线Tn、钢轨Rn、正馈线Fn；第n个牵引网AT段长度为D，到牵引变电所距离为ln。当接触网发生短路故障时，用公式(1)求得AT中性点吸上电流比H后，可由式(2)牵引变电所至故障点之间的距离l。再由该距离求得两个测试点d1和测试点d2距该AT段自耦变压器ATn的距离分别为为x1、x2，从而求得修正系数Q1，式(4)计算修正系数Q2。
与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：
一、能通过两次短路试验非常明晰的计算出修正系数。
二、如果结合列车行车信息，也可以不需短路试验对修正系数进行在线计算。
三、考虑到铁路投运前会有接触网检测车对线路进行测试，投运后会定期开行接触网检测车，可以将接触网检测车的行车位置信息结合起来，进行修正系数计算。
四、也可在AT段中选取两处安装列车定位装置，当列车经过时，该装置向故障测距装置发送启动计算修正系数命令，故障测距装置利用该时刻电压电流进行修正系数计算。
五、当修正系数发生较大变化，大于20％，表示该AT段电气特性有异常，予以示警。
附图说明
图1是本发明实施例的AT段d1处的TR短路试验示意图。
图2是本发明实施例的AT段d2处的TR短路试验示意图。
图3是本发明实施例的AT中性点吸上电流比故障测距修正系数计算流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，AT供电方式电气化铁路牵引变电所电源为E，电源***阻抗Zs1、电源***阻抗Zs2，在每个AT段设置自耦变压器AT1、自耦变压器AT2、自耦变压器ATn，记第一个AT段的接触线T1、钢轨R1、正馈线F1，第二个AT段的接触线T2、钢轨R2、正馈线F2，第n个AT段的接触线Tn、钢轨Rn、正馈线Fn；设第n个牵引网AT段长度为D，到牵引变电所距离为ln，测试点d1到ATn距离为x1，在d1点进行TR短路试验，在试验时同步测量自耦变压器ATn中性点吸上电流为I(n)1，自耦变压器ATn+1中性点吸上电流为I(n+1)1，用式(1)计算H1：
Figure GDA0003474673170000031
如图2所示，测试点d2到自耦变压器ATn距离为x2，在d2点进行TR短路试验，在试验时同步测量自耦变压器ATn中性点吸上电流为I(n)2，自耦变压器ATn+1中性点吸上电流为I(n+1)2，用式(1)计算H2：
Figure GDA0003474673170000032
则可用式(3)计算修正系数Q1，式(4)计算修正系数Q2。
Figure GDA0003474673170000033
Figure GDA0003474673170000034
实施例
仿真计算实例，修正系数计算流程如图3所示：
AT段长度D＝15km
接触线阻抗ZT＝0.148534+j*0.586168(Ω/km)
钢轨阻抗ZR＝0.083098+j*0.444793(Ω/km)
正馈线阻抗ZF＝0.170248+j*0.716382(Ω/km)
接触线钢轨互阻抗ZTR＝0.049348+j*0.304063(Ω/km)
接触线正馈线互阻抗ZTF＝0.049348+j*0.342784(Ω/km)
正馈线钢轨互阻抗ZFR＝0.049348+j*0.291514(Ω/km)
AT短路电压百分比0.5％
表1TR金属性短路故障时的AT段首端和末端电压、电流
Figure GDA0003474673170000041
取第4km处为测试点d1:
Figure GDA0003474673170000051
取第7km处为测试点d2:
Figure GDA0003474673170000052
则可用式(3)计算修正系数Q1，式(4)计算修正系数Q2。
Figure GDA0003474673170000053
Figure GDA0003474673170000054
表2本专利方法测距结果
Figure GDA0003474673170000055
从表2可以看出，测距结果均小于300m，满足铁路技术规范TJ/GD028-2019《电气化铁路馈线保护测控装置暂行技术条件》要求。本计算实例选取的4km,7km两处测试点，表中3km到7km处测距结果是非常好的。所以，分段选取测试点，比如再在8km,13km处计算修正系数，或分更多段，可以使测距精度全AT段都较高，此处不再赘述。

Claims (5)

1.一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，设第n个牵引网AT段长度为D，自耦变压器ATn到牵引变电所距离为ln；定义牵引网AT中性点吸上电流比为：
Figure FDA0003474673160000011
式中，In和In+1为故障点所在AT段的自耦变压器ATn，自耦变压器ATn+1的中性点吸上电流，在测试点d1点进行短路试验时，自耦变压器ATn中性点吸上电流为I(n)1，自耦变压器ATn+1中性点吸上电流为I(n+1)1；在测试点d2点进行短路试验时，自耦变压器ATn中性点吸上电流为I(n)2，自耦变压器ATn+1中性点吸上电流为I(n+1)2；通过式(1)计算得到测试点d1、测试点d2分别进行短路试验时的AT中性点吸上电流比H1和吸上电流比H2，若变电所至自耦变压器ATn间距离为ln，可得出牵引变电所至故障点之间的距离为
Figure FDA0003474673160000012
式中，Q1、Q2为修正系数，D为故障AT段的长度，其特征在于：设第n个牵引网AT段两个测试点d1和测试点d2距离该牵引网AT段ATn距离为x1、x2；则根据下式得到：
Figure FDA0003474673160000013
Figure FDA0003474673160000014
通过式(3)计算修正系数Q1，式(4)计算修正系数Q2。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，其特征在于：所述的在测试点d1和测试点d2做短路试验获得中性点吸上电流是结合列车运行位置信息来得到，具体实现方式为：列车运行中持续与行车调度***通信，获知列车行进到测试点d1时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H1；获知列车行进到测试点d2时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H2。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，其特征在于：所述的在测试点d1和测试点d2做短路试验获得中性点吸上电流是通过接触网检测车位置信息来得到，在接触网检测车中和变电所故障测距装置中增加高速通信功能，实时交换列车位置信息和AT中性点吸上电流的信息，当接触网检测车行进到测试点d1时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H1；当接触网检测车行进到测试点d2时，用该时刻的AT中性点吸上电流计算得到中性点吸上电流比H2。
4.根据权利要求1所述的一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，其特征在于：所述的在测试点d1和测试点d2做短路试验获得中性点吸上电流通过在钢轨旁安装列车位置地面检测装置，当检测到列车行进到测试点，立即向故障测距装置发信息来得到。
5.根据权利要求1所述的一种电气化铁道AT故障测距修正系数计算方法，其特征在于：所述的通过式(3)计算修正系数Q1，式(4)计算修正系数Q2的值稳定在20％以内，当修正系数发生大于20％变化时，表示该AT段电气特性有异常，予以示警。
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