CN105004965A - 直流电力传输线路故障的检测方法和装置 - Google Patents

直流电力传输线路故障的检测方法和装置 Download PDF

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CN105004965A CN201410165804.7A CN201410165804A CN105004965A CN 105004965 A CN105004965 A CN 105004965A CN 201410165804 A CN201410165804 A CN 201410165804A CN 105004965 A CN105004965 A CN 105004965A
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袁清芳
竺懋渝
周作春
张学哲
和敬涵
王小君
孙月嘉
宋晓明
李长城
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Abstract

本发明公开了一种直流电力传输线路故障的检测方法和装置。其中，该方法包括：获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流；判断输入电流与输出电流之间的关系是否满足预设条件；若满足预设条件，则判断出待检测区段出现故障。本发明解决了现有的地铁牵引供电系统中直流馈线故障的检测方案的准确性容易受到机车用电情况影响所造成的故障检测准确性不足的技术问题，提高了直流电力传输线路故障检测的准确性。

Description

直流电力传输线路故障的检测方法和装置
技术领域
本发明涉及电力安全领域，具体而言，涉及一种直流电力传输线路故障的检测方法和装置。
背景技术
在电力安全领域，为保证地铁的直流牵引供电系统的可靠运行，在机车正常用电的环境下，通常还需要对电力传输线路的各个位置上可能会发生的故障准确地进行判断，进而在故障判断的基础上选择是否切断故障区段的电力供应。最经常发生的故障类型是供电回路的短路故障和漏电故障，针对该故障类型，通常会采用基于监测电力传输线路上的电流的保护方案。
具体地，目前所常用的保护方式有两种：1)大电流脱扣保护；2)DDL保护。
传统的大电流脱扣保护采用电磁脱扣原理，在待检测线路的电流值超过预设的动作电流时切断电路。其中，若短路点距变电站越近，则短路电流的上升率越大，电磁脱扣跳闸时间也越短，因此大电流脱扣主要用于近端短路保护。而对于短路点在远端的情况下，由于短路电流相对较小，大电流脱扣的时间也较长，甚至于不能有效保护。
DDL保护又称电流上升率和电流增量保护，该保护作为地铁馈线保护的主保护,其既能切除近端短路电流,也能切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的远端短路故障。该保护克服了单独的电流上升率保护容易受干扰而误动的问题,以及大电流脱扣保护容易存在拒动现象的缺点。然而其保护动作通常需要依赖延时，且这种保护仍然对干扰信号较为敏感，尤其是难以对机车的启动电流与故障电流进行区分，容易受到机车的用电情况的影响。
由此可见，如何实现对供电系统中的直流馈线的故障进行更准确地检测是提高供电系统的工作安全及效率的关键。针对这一问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种直流电力传输线路故障的检测方法和装置，以至少解决现有的地铁牵引供电系统中直流馈线故障的检测方案的准确性容易受到机车用电情况影响所造成的故障检测准确性不足的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种直流电力传输线路故障的检测方法，包括：获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流；判断上述输入电流与上述输出电流之间的关系是否满足预设条件；若满足上述预设条件，则判断出上述待检测区段出现故障。
优选地，上述获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流包括：获取与上述待检测区段电连接的电源向上述待检测区段输送的供电电流，并将上述供电电流作为上述输入电流；和/或，获取与上述待检测区段电连接的负载从上述待检测区段取得的取电电流，并将上述取电电流作为上述输出电流。
优选地，上述获取与上述待检测区段电连接的电源向上述待检测区段输送的供电电流包括：获取与上述待检测区段电连接的一个或多个变电站向上述待检测区段输送的电流总和作为上述供电电流，其中，上述电源包括上述一个或多个变电站；和/或，上述获取与上述待检测区段电连接的负载从上述待检测区段取得的取电电流包括：获取与上述待检测区段电连接的一个或多个电力机车从上述待检测区段取得的电流总和作为上述取电电流，其中，上述负载包括上述一个或多个电力机车。
优选地，上述判断上述输入电流与上述输出电流之间的关系是否满足预设条件包括：判断上述输入电流与上述输出电流之间的差值是否大于或等于第一预设阈值，其中，上述预设条件包括：上述差值大于或等于上述第一预设阈值；和/或，判断上述输入电流与上述输出电流之间的比值是否大于或等于第二预设阈值，其中，上述预设条件包括：上述比值大于或等于上述第二预设阈值。
优选地，上述判断出上述待检测区段出现故障包括：判断获取的上述输入电流和上述输出电流之中的任一个的当前值是否为与上述任一个对应的电流传感器的故障输出值；若上述当前值为上述故障输出值，则判断上述任一个在预设时间间隔之前的历史值是否为上述故障输出值；若上述历史值不为上述故障输出值、且上述输入电流与上述输出电流之间的关系满足预设条件，则判断出上述待检测区段出现故障。
优选地，在上述判断出上述待检测区段出现故障之后，上述方法还包括：停止向上述待检测区段供电；和/或，上述直流电力传输线路为接触网，用于向电力机车供电。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种直流电力传输线路故障的检测装置，包括：获取单元，用于获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流；判断单元，用于判断上述输入电流与上述输出电流之间的关系是否满足预设条件；输出单元，用于在满足上述预设条件时，判断出上述待检测区段出现故障。
优选地，上述获取单元包括：第一获取模块，用于获取与上述待检测区段电连接的电源向上述待检测区段输送的供电电流，并将上述供电电流作为上述输入电流；和/或，第二获取模块，用于获取与上述待检测区段电连接的负载从上述待检测区段取得的取电电流，并将上述取电电流作为上述输出电流。
优选地，上述第一获取模块包括：第一获取子模块，用于获取与上述待检测区段电连接的一个或多个变电站向上述待检测区段输送的电流总和作为上述供电电流，其中，上述电源包括上述一个或多个变电站；和/或，上述第二获取模块包括：第二获取子模块，用于获取与上述待检测区段电连接的一个或多个电力机车从上述待检测区段取得的电流总和作为上述取电电流，其中，上述负载包括上述一个或多个电力机车。
优选地，上述判断单元包括：第一判断模块，用于判断上述输入电流与上述输出电流之间的差值是否大于或等于第一预设阈值，其中，上述预设条件包括：上述差值大于或等于上述第一预设阈值；和/或，第二判断模块，用于判断上述输入电流与上述输出电流之间的比值是否大于或等于第二预设阈值，其中，上述预设条件包括：上述比值大于或等于上述第二预设阈值。
优选地，上述输出单元包括：第三判断模块，用于判断获取的上述输入电流和上述输出电流之中的任一个的当前值是否为与上述任一个对应的电流传感器的故障输出值；第四判断模块，用于在上述当前值为上述故障输出值时，判断上述任一个在预设时间间隔之前的历史值是否为上述故障输出值；输出模块，用于在上述历史值不为上述故障输出值、且上述输入电流与上述输出电流之间的关系满足预设条件时，判断出上述待检测区段出现故障。
优选地，上述装置还包括：执行单元，用于停止向上述待检测区段供电；和/或，上述直流电力传输线路为接触网，用于向电力机车供电。
在本发明实施例中，将直流电力传输线路的待检测区段视为电力传输网络上的一个节点，并监测该待检测区段的输入电流和输出电流之间的关系，进而根据基尔霍夫定律，若该待检测区段出现了短路或漏电等故障，则相当于额外增加了与该待检测区段所形成的节点相连的支路，从而改变原有正常工作状态下的上述输入电流和输出电流之间的关系。在另一方面，当该待检测区段内所挂载的负载的用电情况出现变化时，无论这种变化的程度显著与否，仅仅会改变输入电流和输出电流的绝对值，而并不会对输入电流与输出电流之间的相对关系造成影响。由此可见，通过对输入电流和输出电流之间的关系是否满足与故障相对应的预设条件的监测，即可以实现对直流电力传输线路的待检测区段上可能出现的故障进行检测，并且可以避免实际工作时负载用电情况对故障检测的准确性的影响，进而至少解决了现有的地铁牵引供电系统中直流馈线故障的检测方案的准确性容易受到机车用电情况影响所造成的故障检测准确性不足的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，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是根据本发明实施例的一种可选的直流电力传输线路故障的检测方法的示意图；
图2是根据本发明实施例的一种可选的直流电力传输线路故障的检测方法和装置的实施环境的示意图；
图3是根据本发明实施例的另一种可选的直流电力传输线路故障的检测方法和装置的实施环境的示意图；
图4是根据本发明实施例的又一种可选的直流电力传输线路故障的检测方法和装置的实施环境的示意图；
图5是根据本发明实施例的一种可选的直流电力传输线路故障的检测装置的示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
根据本发明实施例，提供了一种直流电力传输线路故障的检测方法，如图1所示，该方法包括：
S102：获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流；
S104：判断输入电流与输出电流之间的关系是否满足预设条件；
S106：若满足预设条件，则判断出待检测区段出现故障。
应当明确的是，本发明技术方案所要解决的技术问题之一是提供一种检测方法，以便于实现对直流电力传输线路上可能发生的故障、尤其是短路和漏电类型的故障进行准确地检测，并且这种检测的准确性不会受到直流电力传输线路上的负载用电情况的影响。
为解决这一问题，区别于现有技术中所采用的大电流检测、电流变化率检测或者二者之间的结合如DDL检测等方式，在本发明实施例中，将直流电力传输线路的待检测区段视为电力传输网络上的一个节点，并监测该待检测区段的输入电流和输出电流之间的关系，进而根据基尔霍夫定律，若该待检测区段出现了短路或漏电等故障，则相当于额外增加了与该待检测区段所形成的节点相连的支路，从而改变原有正常工作状态下的上述输入电流和输出电流之间的关系。在另一方面，当该待检测区段内所挂载的负载的用电情况出现变化时，无论这种变化的程度显著与否，仅仅会改变输入电流和输出电流的绝对值，而并不会对输入电流与输出电流之间的相对关系造成影响。由此可见，通过对输入电流和输出电流之间的关系是否满足与故障相对应的预设条件的监测，即可以实现对直流电力传输线路的待检测区段上可能出现的故障进行检测，并且可以避免实际工作时负载用电情况对故障检测的准确性的影响，从而至少解决了现有的地铁牵引供电系统中直流馈线故障的检测方案的准确性容易受到机车用电情况影响所造成的故障检测准确性不足的技术问题。
以下将结合附图和具体的实施例对本发明技术方案及其工作原理进行详细描述。
根据本发明实施例提供的检测方法，在步骤S102中，可以先获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流，其中，该输入电流和输出电流分别表示该待检测区段在其正常工作中所能够预期的输入和输出电流，例如，对于连接在电源与负载之间的直流电力传输线路而言，其输入电流可以是电源的供电电流，其输出电流可以是负载的取电电流，特别需要说明的是，本发明实施例中所述的输入电流和输出电流并不包括由于线路故障造成的短路电流或漏电电流等预期之外的该待检测区段与外部之间发生的电流交互。
图2示出了本发明的一种较为基本的实施环境，其中，作为直流电力传输线路的传输线202用于输送直流电力，该传输线202的待检测区段204可以是由图2中虚线部分框选出的传输线202的一部分，其中，电流I_in可以图2中的左侧输入待检测区段204，电流I_out可以从图2中的右侧由待检测区段204输出，在这一场景下，电流I_in即可以作为待检测区段204的输入电流，电流I_out即可以作为待检测区段204的输出电流，根据本发明实施例提供的检测方法，则可以通过步骤S102分别对电流I_in和电流I_out进行获取，具体地，在上述场景下，可以在待检测区段204的两侧分别设置两个电流传感器。当然，这只是一种示例，并非步骤S102的唯一的实施方式，例如，在如图3所示的本发明的另一种可行的实施环境中，输入电流和输出电流也可以各自包括多个，与之对应的实施方式将在之后的实施例中作更为详细的描述。
进一步地，根据本发明实施例提供的检测方法，在步骤S104中，可以判断输入电流与输出电流之间的关系是否满足预设条件，进而在步骤S106中，可以根据步骤S102中所述的判断的结果来得出待检测区段是否发生故障的检测结果。其中，步骤S104中所述的输入电流与输出电流之间的关系通常可以由二者之间的差值来体现，然而本发明对此不作限定，在本发明的一些实施例中，上述关系也可以涵盖二者之间比值，或者是差值与比值的结合，当然，其还可以由基于输入电流和输出电流的更为复杂的运算形式来体现，本发明对此不作限定。
结合图2，一般而言，在待检测区段204未出现故障时，其输入电流I_in和输出电流I_out的大小应当是相等的，在这一场景下，当输入电流与输出电流之间的关系为电流值相等时，则可以判断出待检测区段204未出现故障。然而在实际运行中，在某一情形下，输入电流与输出电流之间的关系也可以不为相等，例如，当待检测区段204内的传输线202与图2中的另一传输线之间产生故障电流I_fault时，则由于这一额外增加的电流支路，输入电流的电流值可能会大于输出电流的电流值，换而言之，输入电流与输出电流之间的关系由电流值相等改变为电流值不相等。由此可知，在本发明实施例中，上述预设条件可以设置为输入电流与输出电流之间的电流值不相等，从而通过步骤S104判断出输入电流与输出电流之间的关系满足该预设条件时，便可以得出待检测区段204出现故障的检测结果。
具体地，在本发明实施例中，传输线206可以表示与传输线202对应的回流线路，也即传输线202与传输线206构成一个完整的电流回路，对应地，如果在传输线202与传输线206之间出现故障电流I_fault，则可以视为出现了短路故障。在本发明的另一些实施例中，传输线206也可以与传输线202无关，也即传输线206位于传输线206所处的用于传输电力的回路之外，例如，其可以表示地线或者其他设备等，对应地，如果在传输线202与传输线206之间出现故障电流I_fault，则可以视为出现了漏电故障。
当然，这只是一种示例，并不会对本发明构成任何不必要的限定。例如，作为本发明的具体的实施方式，在一些实例中，在步骤S102中，也可以采用仅获取待检测区段的“输入电流”的方式，也即，将流入到待检测区段的预期之内的电流记为电流的正方向，以这一正方向为基准，对“进入到”待检测区段的预期之内的各个电流及其之间的关系进行监测，例如，作为判断对象的电流之间的关系可以是获取的各电流的总和，其中，若该总和等于0，则可以判断出待检测区段未出现故障，若该总和不等于0，则可以判断出待检测区段出现故障。然而本领域技术人员容易知晓，这一实施方式仅仅是本发明前述实施方式的等效变型，应当理解的是，此类本发明的等同或等效替换的实施方式，均应视为在本发明的保护范围之内。
通过上述实施例，对本发明技术方案及其工作原理进行了描述，然而值得注意的是，上述实施例仅用于对本发明的理解，而不应视为对本发明的限定。例如，在本发明的一些实施例中，输入电流和输出电流各自也可以为多个，比如在如图3所示的实施环境中，输入电流可以包括电流I1和I2，输出电流可以包括电流I3和I4，在这一场景下，可以通过步骤S102分别对电流I1、I2、I3和I4进行获取，进而通过步骤S104来判断输入电流I1、I2与输出电流I3、I4之间的关系是否满足预设条件，例如，一般地，可以将预设条件设置为电流I1与I2之和不等于电流I3与I4之和，从而在监测到这一情况发生时，可以判断出待检测区段204存在故障。其中，在图3中，传输线202和206的定义与图2中类似，本发明在此不作累述。
在以上描述的基础上，考虑到负载的特殊性，比如对于作为牵引供电系统的负载的电力机车而言，由于电力机车的工作特点，其与用于供电的接触网通常需要保持电连接、且二者之间可以相互移动，也即电力机车连接到接触网上的连接点是不确定的，在这一场景下，对于接触网中的直流电力传输线路而言，通常不容易确定待检测区段中的哪一端或哪一段是用来输出电流的，若电流传感器安装在直流电力传输线路上，则不易获取待检测区段的输出电流。在上述场景下，也可以利用安装在负载一侧的电流传感器来获取负载所取得的电流，由此得出待检测区段的输出电流，类似地，对于待检测区段的输入电流的获取操作来说，也可以利用安装在电源一侧的电流传感器来获取电源所输送的电流，并由此得出待检测区段的输入电流，也即，可选地，在本发明实施例中，上述步骤S102可以包括：
S2：获取与待检测区段电连接的电源向待检测区段输送的供电电流，并将供电电流作为输入电流；和/或，
S4：获取与待检测区段电连接的负载从待检测区段取得的取电电流，并将取电电流作为输出电流。
由此可见，对于本发明的具体实施方式而言，步骤S102的实施可以有多种方式，具体地，可以根据本发明的实施环境及其中设备的工作特点而定。进一步地，考虑到牵引供电系统的组网特点，在本发明实施例中，步骤S2还可以包括：
S6：获取与待检测区段电连接的一个或多个变电站向待检测区段输送的电流总和作为供电电流，其中，电源包括一个或多个变电站。
此外，步骤S4还可以包括：
S8：获取与待检测区段电连接的一个或多个电力机车从待检测区段取得的电流总和作为取电电流，其中，负载包括一个或多个电力机车。
在本发明实施例中，牵引供电系统中的直流电力传输线路上的某一待检测区段可能会连接有一个以上的变电站，并且，在该待检测区段上运行的电力机车也可以同时存在一个或多个。在这一场景下，通过步骤S6，可以将获取的一个或多个变电站向待检测区段输送的电流总和作为上述供电电流，并且通过步骤S8，可以将获取的一个或多个电力机车从待检测区段取得的电流总和作为取电电流，进而可以将获得的供电电流和取电电流分别作为待检测区段的输入电流和输出电流，以便于步骤S104中所执行的判断操作。
具体地，在本发明实施例中，若存在与待检测区段电连接的多个变电站，则该多个变电站通常可以电连接在待检测区段的两侧，从而与地铁的牵引供电系统的区段划分形式相对应，然而这并非本发明唯一的实施方式，在一些实施例中，变电站也可以电连接至直流电力传输线路上的位于待检测区段中部的位置，这并不影响本发明技术方案的实施及其技术效果的实现，本发明对此也不作限定。
除步骤S102中所述的输入电流和输出电流的获取操作之外，在本发明实施例中，步骤S104中所述的判断操作也可以有多种具体的实施方式，同样可以视本发明的实施环境及其中各设备的工作特性而定。具体地，作为一种可行的实施方式，在本发明实施例中，上述步骤S104可以包括：
S10：判断输入电流与输出电流之间的差值是否大于或等于第一预设阈值，其中，预设条件包括：差值大于或等于第一预设阈值；和/或，
S12：判断输入电流与输出电流之间的比值是否大于或等于第二预设阈值，其中，预设条件包括：比值大于或等于第二预设阈值。
当然，这只是一种示例，如前所述，在本发明实施例中，预设条件可以同时包括以上两个条件，此外，在一些实施例中，该预设条件也可以设置为针对以更为复杂的运算形式出现的输入电流与输出电流之间的关系，例如对数或指数运算等，以便在更优的线性化区间内实现对故障的更为准确的判断，或者是对输入电流与输出电流之间的关系进行放大，以便提高故障检测的灵敏度，等，本发明对此不作任何限定。
除此之外，考虑到用于执行步骤S102的获取操作的电流传感器可能会出现的故障情况，并进一步地避免由于电流传感器的故障从而导致的对直流电力传输线路的待检测区段的故障的误判，上述步骤S106中所述的判断出待检测区段出现故障的操作还可以包括：
S14：判断获取的输入电流和输出电流之中的任一个的当前值是否为与该任一个对应的电流传感器的故障输出值；
S16：若当前值为故障输出值，则判断该任一个在预设时间间隔之前的历史值是否为故障输出值；
S18：若历史值不为故障输出值、且输入电流与输出电流之间的关系满足预设条件，则判断出待检测区段出现故障。
在本发明实施例中，若获取的某一输入电流或输出电流的电流值为与之对应的电流传感器的故障输出值，比如测得的电流值为0，则可以通过步骤S16判断该输入电流或输出电流在预设时间间隔之前所测得的电流值是否也为这一故障输出值，若是，则基本可以认定对应的电流传感器出现故障，若否，则可以认为测得的电流值仍然属于该输入电流或输出电流的真实值，其与故障输出值相一致仅仅是在这一时刻所发生的巧合，并非是由电流传感器的故障所造成的。在此基础上，通过步骤S18，可以在历史值不为故障输出值、且输入电流与输出电流之间的关系满足预设条件的情形下，判断出待检测区段出现故障。通过上述方式，可以进一步地提高故障检测的准确性，并可以避免由于误判所带来的供电线路中断，从而提高了供电系统的可靠性。具体地，该预设时间间隔通常可以设置地较小，例如，可以选取当前值的前一个采样点的电流值作为历史值来进行判断，然而本发明对此不作限定。
在以上描述的基础上，在本发明实施例中，作为基于故障检测结果可选的后续处理方式，上述检测方法还可以包括：
S20：停止向待检测区段供电。
通过这一方式，可以在判断出故障存在的前提下，切断待检测区段的供电，以免由于短路等待检测区段内发生的线路故障影响到供电系统中其他设备的正常运行，并且可以为供电系统的管理和维护人员在现场对待检测区段进行故障排查提供一个相对安全的操作环境。
以下将结合图4给出一个更为具体的实施例对本发明在城市轨道交通的牵引供电系统中的实施方式进行详细描述。类似地，本实施例仅用于对本发明的理解，而不应视为是对本发明的限定。
如图4所示，城市轨道交通牵引网通常采用接触网授电、电力机车的走行轨回流的构成方式，其中，该接触网通常通过与走行轨平行设置的第三轨授电，进而通过该第三轨与电力机车上的集电装置如取流靴的直接接触式的电连接完成对电力机车的供电。一般而言，接触网分区段设置，每个区段的接触网包括两组直流电力传输线路，分别对应于电力机车的上行方向和下行方向，可以分别记为上行接触网和下行接触网。如图4所示，接触网通过直流馈线与直流母线连接，直流母线可以视为是牵引变电站的输出端，牵引变电站通过整流变压器和整流器将来自于中压母线的10kV交流电转换为750V或1500V的直流电，并通过上述直流母线进行输出。
在图4中，与接触网电连接的相邻的两个牵引变电站A和B之间通常可以划分为一个供电区段，在本发明实施例中，也可以形成为一个待检测区段。如图4所示，该待检测区段与相邻的另一待检测区段之间通过馈线之间的传输线电连接，然而在正常运行状态下，该传输线上的联络开关是断开的，从而每一待检测区段既可以形成为一个相对独立的馈电区，分别由馈电区两端的牵引变电站供电。
假设如图4所示的牵引变电站A和B之间的待检测区段的上行方向上运行有一个电力机车，则在这一场景下，该待检测区段的输入电流可以是图4中牵引变电站A、B向待检测区段内的上行接触网输送的电流I1和I2，该输入电流可以通过安装在直流馈线上的电流互感器检测得到，输出电流可以是图4中在上行方向上运行的电力机车所取得的电流I3，该输出电流可以通过安装在机车控制电路中的电流传感器检测得到，该电流传感器用于检测受电弓的授流状态。上述互感器与传感器属于现有的供电系统的常规设计，因此为实施本发明无需额外增设电流传感设备，仅利用原有配置即可。
在上述场景下，可以通过与上述互感器和传感器相连的处理器来判断电流I1、I2与I3之间的关系是否满足与故障对应的预设条件来判断待检测区段是否出现了故障，例如，可以设置动作电流I_set，当|I1+I2-I3|小于I_set时，可以判断出待检测区段未出现故障，否则可以判断出待检测区段出现故障。其中，故障电流I_fault可能发生在如图4所示的接触网与回流轨之间，也可能发生在接触网与地之间，其故障原因可能是积水、线路老化、绝缘件老化等，然而本发明对此不作限定。
本发明提供了一种优选的实施例来进一步对本发明进行解释，但是值得注意的是，该优选实施例只是为了更好的描述本发明，并不构成对本发明不当的限定。
实施例2
根据本发明实施例，还提供了一种用于实施上述检测方法的直流电力传输线路故障的检测装置，如图5所示，该装置包括：
1)获取单元502，用于获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流；
2)判断单元504，用于判断输入电流与输出电流之间的关系是否满足预设条件；
3)输出单元506，用于在满足预设条件时，判断出待检测区段出现故障。
应当明确的是，本发明技术方案所要解决的技术问题之一是提供一种检测装置，以便于实现对直流电力传输线路上可能发生的故障、尤其是短路和漏电类型的故障进行准确地检测，并且这种检测的准确性不会受到直流电力传输线路上的负载用电情况的影响。
为解决这一问题，区别于现有技术中所采用的大电流检测、电流变化率检测或者二者之间的结合如DDL检测等方式，在本发明实施例中，将直流电力传输线路的待检测区段视为电力传输网络上的一个节点，并监测该待检测区段的输入电流和输出电流之间的关系，进而根据基尔霍夫定律，若该待检测区段出现了短路或漏电等故障，则相当于额外增加了与该待检测区段所形成的节点相连的支路，从而改变原有正常工作状态下的上述输入电流和输出电流之间的关系。在另一方面，当该待检测区段内所挂载的负载的用电情况出现变化时，无论这种变化的程度显著与否，仅仅会改变输入电流和输出电流的绝对值，而并不会对输入电流与输出电流之间的相对关系造成影响。由此可见，通过对输入电流和输出电流之间的关系是否满足与故障相对应的预设条件的监测，即可以实现对直流电力传输线路的待检测区段上可能出现的故障进行检测，并且可以避免实际工作时负载用电情况对故障检测的准确性的影响，从而至少解决了现有的地铁牵引供电系统中直流馈线故障的检测方案的准确性容易受到机车用电情况影响所造成的故障检测准确性不足的技术问题。
以下将结合附图和具体的实施例对本发明技术方案及其工作原理进行详细描述。
根据本发明实施例提供的检测装置，通过获取单元502，可以先获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流，其中，该输入电流和输出电流分别表示该待检测区段在其正常工作中所能够预期的输入和输出电流，例如，对于连接在电源与负载之间的直流电力传输线路而言，其输入电流可以是电源的供电电流，其输出电流可以是负载的取电电流，特别需要说明的是，本发明实施例中所述的输入电流和输出电流并不包括由于线路故障造成的短路电流或漏电电流等预期之外的该待检测区段与外部之间发生的电流交互。
图2示出了本发明的一种较为基本的实施环境，其中，作为直流电力传输线路的传输线202用于输送直流电力，该传输线202的待检测区段204可以是由图2中虚线部分框选出的传输线202的一部分，其中，电流I_in可以图2中的左侧输入待检测区段204，电流I_out可以从图2中的右侧由待检测区段204输出，在这一场景下，电流I_in即可以作为待检测区段204的输入电流，电流I_out即可以作为待检测区段204的输出电流，根据本发明实施例提供的检测装置，则可以通过获取单元502分别对电流I_in和电流I_out进行获取，具体地，在上述场景下，可以在待检测区段204的两侧分别设置两个电流传感器。当然，这只是一种示例，并非获取单元502的唯一的实现方式，例如，在如图3所示的本发明的另一种可行的实施环境中，输入电流和输出电流也可以各自包括多个，与之对应的实施方式将在之后的实施例中作更为详细的描述。
进一步地，根据本发明实施例提供的检测装置，通过判断单元504，可以判断输入电流与输出电流之间的关系是否满足预设条件，进而通过输出单元506，可以根据获取单元502中所述的判断的结果来得出待检测区段是否发生故障的检测结果。其中，判断单元504中所述的输入电流与输出电流之间的关系通常可以由二者之间的差值来体现，然而本发明对此不作限定，在本发明的一些实施例中，上述关系也可以涵盖二者之间比值，或者是差值与比值的结合，当然，其还可以由基于输入电流和输出电流的更为复杂的运算形式来体现，本发明对此不作限定。
结合图2，一般而言，在待检测区段204未出现故障时，其输入电流I_in和输出电流I_out的大小应当是相等的，在这一场景下，当输入电流与输出电流之间的关系为电流值相等时，则可以判断出待检测区段204未出现故障。然而在实际运行中，在某一情形下，输入电流与输出电流之间的关系也可以不为相等，例如，当待检测区段204内的传输线202与图2中的另一传输线之间产生故障电流I_fault时，则由于这一额外增加的电流支路，输入电流的电流值可能会大于输出电流的电流值，换而言之，输入电流与输出电流之间的关系由电流值相等改变为电流值不相等。由此可知，在本发明实施例中，上述预设条件可以设置为输入电流与输出电流之间的电流值不相等，从而通过判断单元504判断出输入电流与输出电流之间的关系满足该预设条件时，便可以得出待检测区段204出现故障的检测结果。
具体地，在本发明实施例中，传输线206可以表示与传输线202对应的回流线路，也即传输线202与传输线206构成一个完整的电流回路，对应地，如果在传输线202与传输线206之间出现故障电流I_fault，则可以视为出现了短路故障。在本发明的另一些实施例中，传输线206也可以与传输线202无关，也即传输线206位于传输线206所处的用于传输电力的回路之外，例如，其可以表示地线或者其他设备等，对应地，如果在传输线202与传输线206之间出现故障电流I_fault，则可以视为出现了漏电故障。
当然，这只是一种示例，并不会对本发明构成任何不必要的限定。例如，作为本发明的具体的实施方式，在一些实例中，在获取单元502中，也可以采用仅获取待检测区段的“输入电流”的方式，也即，将流入到待检测区段的预期之内的电流记为电流的正方向，以这一正方向为基准，对“进入到”待检测区段的预期之内的各个电流及其之间的关系进行监测，例如，作为判断对象的电流之间的关系可以是获取的各电流的总和，其中，若该总和等于0，则可以判断出待检测区段未出现故障，若该总和不等于0，则可以判断出待检测区段出现故障。然而本领域技术人员容易知晓，这一实施方式仅仅是本发明前述实施方式的等效变型，应当理解的是，此类本发明的等同或等效替换的实施方式，均应视为在本发明的保护范围之内。
通过上述实施例，对本发明技术方案及其工作原理进行了描述，然而值得注意的是，上述实施例仅用于对本发明的理解，而不应视为对本发明的限定。例如，在本发明的一些实施例中，输入电流和输出电流各自也可以为多个，比如在如图3所示的实施环境中，输入电流可以包括电流I1和I2，输出电流可以包括电流I3和I4，在这一场景下，可以通过获取单元502分别对电流I1、I2、I3和I4进行获取，进而通过判断单元504来判断输入电流I1、I2与输出电流I3、I4之间的关系是否满足预设条件，例如，一般地，可以将预设条件设置为电流I1与I2之和不等于电流I3与I4之和，从而在监测到这一情况发生时，可以判断出待检测区段204存在故障。其中，在图3中，传输线202和206的定义与图2中类似，本发明在此不作累述。
在以上描述的基础上，考虑到负载的特殊性，比如对于作为牵引供电系统的负载的电力机车而言，由于电力机车的工作特点，其与用于供电的接触网通常需要保持电连接、且二者之间可以相互移动，也即电力机车连接到接触网上的连接点是不确定的，在这一场景下，对于接触网中的直流电力传输线路而言，通常不容易确定待检测区段中的哪一端或哪一段是用来输出电流的，若电流传感器安装在直流电力传输线路上，则不易获取待检测区段的输出电流。在上述场景下，也可以利用安装在负载一侧的电流传感器来获取负载所取得的电流，由此得出待检测区段的输出电流，类似地，对于待检测区段的输入电流的获取操作来说，也可以利用安装在电源一侧的电流传感器来获取电源所输送的电流，并由此得出待检测区段的输入电流，也即，可选地，在本发明实施例中，上述获取单元502可以包括：
1)第一获取模块，用于获取与待检测区段电连接的电源向待检测区段输送的供电电流，并将供电电流作为输入电流；和/或，
2)第二获取模块，用于获取与待检测区段电连接的负载从待检测区段取得的取电电流，并将取电电流作为输出电流。
由此可见，对于本发明的具体实施方式而言，获取单元502的实现可以有多种方式，具体地，可以根据本发明的实施环境及其中设备的工作特点而定。进一步地，考虑到牵引供电系统的组网特点，在本发明实施例中，第一获取模块还可以包括：
1)第一获取子模块，用于获取与待检测区段电连接的一个或多个变电站向待检测区段输送的电流总和作为供电电流，其中，电源包括一个或多个变电站。
此外，第二获取模块还可以包括：
1)第二获取子模块，用于获取与待检测区段电连接的一个或多个电力机车从待检测区段取得的电流总和作为取电电流，其中，负载包括一个或多个电力机车。
在本发明实施例中，牵引供电系统中的直流电力传输线路上的某一待检测区段可能会连接有一个以上的变电站，并且，在该待检测区段上运行的电力机车也可以同时存在一个或多个。在这一场景下，通过第一获取子模块，可以将获取的一个或多个变电站向待检测区段输送的电流总和作为上述供电电流，并且通过第二获取子模块，可以将获取的一个或多个电力机车从待检测区段取得的电流总和作为取电电流，进而可以将获得的供电电流和取电电流分别作为待检测区段的输入电流和输出电流，以便于判断单元504所执行的判断操作。
具体地，在本发明实施例中，若存在与待检测区段电连接的多个变电站，则该多个变电站通常可以电连接在待检测区段的两侧，从而与地铁的牵引供电系统的区段划分形式相对应，然而这并非本发明唯一的实施方式，在一些实施例中，变电站也可以电连接至直流电力传输线路上的位于待检测区段中部的位置，这并不影响本发明技术方案的实施及其技术效果的实现，本发明对此也不作限定。
除获取单元502中所述的输入电流和输出电流的获取操作之外，在本发明实施例中，判断单元504中所述的判断操作也可以有多种具体的实施方式，同样可以视本发明的实施环境及其中各设备的工作特性而定。具体地，作为一种可行的实施方式，在本发明实施例中，上述判断单元504可以包括：
1)第一判断模块，用于判断输入电流与输出电流之间的差值是否大于或等于第一预设阈值，其中，预设条件包括：差值大于或等于第一预设阈值；和/或，
2)第二判断模块，用于判断输入电流与输出电流之间的比值是否大于或等于第二预设阈值，其中，预设条件包括：比值大于或等于第二预设阈值。
当然，这只是一种示例，如前所述，在本发明实施例中，预设条件可以同时包括以上两个条件，此外，在一些实施例中，该预设条件也可以设置为针对以更为复杂的运算形式出现的输入电流与输出电流之间的关系，例如对数或指数运算等，以便在更优的线性化区间内实现对故障的更为准确的判断，或者是对输入电流与输出电流之间的关系进行放大，以便提高故障检测的灵敏度，等，本发明对此不作任何限定。
除此之外，考虑到获取单元502中用于执行电流值的获取操作的电流传感器可能会出现的故障情况，并进一步地避免由于电流传感器的故障从而导致的对直流电力传输线路的待检测区段的故障的误判，上述输出单元506还可以包括：
1)第三判断模块，用于判断获取的输入电流和输出电流之中的任一个的当前值是否为与该任一个对应的电流传感器的故障输出值；
2)第四判断模块，用于在当前值为故障输出值时，判断该任一个在预设时间间隔之前的历史值是否为故障输出值；
3)输出模块，用于在历史值不为故障输出值、且输入电流与输出电流之间的关系满足预设条件时，判断出待检测区段出现故障。
在本发明实施例中，若获取的某一输入电流或输出电流的电流值为与之对应的电流传感器的故障输出值，比如测得的电流值为0，则可以通过第四判断模块判断该输入电流或输出电流在预设时间间隔之前所测得的电流值是否也为这一故障输出值，若是，则基本可以认定对应的电流传感器出现故障，若否，则可以认为测得的电流值仍然属于该输入电流或输出电流的真实值，其与故障输出值相一致仅仅是在这一时刻所发生的巧合，并非是由电流传感器的故障所造成的。在此基础上，通过输出模块，可以在历史值不为故障输出值、且输入电流与输出电流之间的关系满足预设条件的情形下，判断出待检测区段出现故障。通过上述方式，可以进一步地提高故障检测的准确性，并可以避免由于误判所带来的供电线路中断，从而提高了供电系统的可靠性。具体地，该预设时间间隔通常可以设置地较小，例如，可以选取当前值的前一个采样点的电流值作为历史值来进行判断，然而本发明对此不作限定。
在以上描述的基础上，在本发明实施例中，作为基于故障检测结果可选的后续处理方式，上述检测装置还可以包括：
1)执行单元，用于停止向待检测区段供电。
通过这一方式，可以在判断出故障存在的前提下，切断待检测区段的供电，以免由于短路等待检测区段内发生的线路故障影响到供电系统中其他设备的正常运行，并且可以为供电系统的管理和维护人员在现场对待检测区段进行故障排查提供一个相对安全的操作环境。
以下将结合图4给出一个更为具体的实施例对本发明在城市轨道交通的牵引供电系统中的实施方式进行详细描述。类似地，本实施例仅用于对本发明的理解，而不应视为是对本发明的限定。
如图4所示，城市轨道交通牵引网通常采用接触网授电、电力机车的走行轨回流的构成方式，其中，该接触网通常通过与走行轨平行设置的第三轨授电，进而通过该第三轨与电力机车上的集电装置如取流靴的直接接触式的电连接完成对电力机车的供电。一般而言，接触网分区段设置，每个区段的接触网包括两组直流电力传输线路，分别对应于电力机车的上行方向和下行方向，可以分别记为上行接触网和下行接触网。如图4所示，接触网通过直流馈线与直流母线连接，直流母线可以视为是牵引变电站的输出端，牵引变电站通过整流变压器和整流器将来自于中压母线的10kV交流电转换为750V或1500V的直流电，并通过上述直流母线进行输出。
在图4中，与接触网电连接的相邻的两个牵引变电站A和B之间通常可以划分为一个供电区段，在本发明实施例中，也可以形成为一个待检测区段。如图4所示，该待检测区段与相邻的另一待检测区段之间通过馈线之间的传输线电连接，然而在正常运行状态下，该传输线上的联络开关是断开的，从而每一待检测区段既可以形成为一个相对独立的馈电区，分别由馈电区两端的牵引变电站供电。
假设如图4所示的牵引变电站A和B之间的待检测区段的上行方向上运行有一个电力机车，则在这一场景下，该待检测区段的输入电流可以是图4中牵引变电站A、B向待检测区段内的上行接触网输送的电流I1和I2，该输入电流可以通过安装在直流馈线上的电流互感器检测得到，输出电流可以是图4中在上行方向上运行的电力机车所取得的电流I3，该输出电流可以通过安装在机车控制电路中的电流传感器检测得到，该电流传感器用于检测受电弓的授流状态。上述互感器与传感器属于现有的供电系统的常规设计，因此为实施本发明无需额外增设电流传感设备，仅利用原有配置即可。
在上述场景下，可以通过与上述互感器和传感器相连的处理器来判断电流I1、I2与I3之间的关系是否满足与故障对应的预设条件来判断待检测区段是否出现了故障，例如，可以设置动作电流I_set，当|I1+I2-I3|小于I_set时，可以判断出待检测区段未出现故障，否则可以判断出待检测区段出现故障。其中，故障电流I_fault可能发生在如图4所示的接触网与回流轨之间，也可能发生在接触网与地之间，其故障原因可能是积水、线路老化、绝缘件老化等，然而本发明对此不作限定。
本发明提供了一种优选的实施例来进一步对本发明进行解释，但是值得注意的是，该优选实施例只是为了更好的描述本发明，并不构成对本发明不当的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (12)

1.一种直流电力传输线路故障的检测方法，其特征在于，包括：
获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流；
判断所述输入电流与所述输出电流之间的关系是否满足预设条件；
若满足所述预设条件，则判断出所述待检测区段出现故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流包括：
获取与所述待检测区段电连接的电源向所述待检测区段输送的供电电流，并将所述供电电流作为所述输入电流；和/或，
获取与所述待检测区段电连接的负载从所述待检测区段取得的取电电流，并将所述取电电流作为所述输出电流。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述获取与所述待检测区段电连接的电源向所述待检测区段输送的供电电流包括：获取与所述待检测区段电连接的一个或多个变电站向所述待检测区段输送的电流总和作为所述供电电流，其中，所述电源包括所述一个或多个变电站；和/或，
所述获取与所述待检测区段电连接的负载从所述待检测区段取得的取电电流包括：获取与所述待检测区段电连接的一个或多个电力机车从所述待检测区段取得的电流总和作为所述取电电流，其中，所述负载包括所述一个或多个电力机车。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述输入电流与所述输出电流之间的关系是否满足预设条件包括：
判断所述输入电流与所述输出电流之间的差值是否大于或等于第一预设阈值，其中，所述预设条件包括：所述差值大于或等于所述第一预设阈值；和/或，
判断所述输入电流与所述输出电流之间的比值是否大于或等于第二预设阈值，其中，所述预设条件包括：所述比值大于或等于所述第二预设阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断出所述待检测区段出现故障包括：
判断获取的所述输入电流和所述输出电流之中的任一个的当前值是否为与所述任一个对应的电流传感器的故障输出值；
若所述当前值为所述故障输出值，则判断所述任一个在预设时间间隔之前的历史值是否为所述故障输出值；
若所述历史值不为所述故障输出值、且所述输入电流与所述输出电流之间的关系满足预设条件，则判断出所述待检测区段出现故障。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，
在所述判断出所述待检测区段出现故障之后，所述方法还包括：停止向所述待检测区段供电；和/或，
所述直流电力传输线路为接触网，用于向电力机车供电。
7.一种直流电力传输线路故障的检测装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取直流电力传输线路的待检测区段的输入电流和输出电流；
判断单元，用于判断所述输入电流与所述输出电流之间的关系是否满足预设条件；
输出单元，用于在满足所述预设条件时，判断出所述待检测区段出现故障。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：
第一获取模块，用于获取与所述待检测区段电连接的电源向所述待检测区段输送的供电电流，并将所述供电电流作为所述输入电流；和/或，
第二获取模块，用于获取与所述待检测区段电连接的负载从所述待检测区段取得的取电电流，并将所述取电电流作为所述输出电流。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述第一获取模块包括：第一获取子模块，用于获取与所述待检测区段电连接的一个或多个变电站向所述待检测区段输送的电流总和作为所述供电电流，其中，所述电源包括所述一个或多个变电站；和/或，
所述第二获取模块包括：第二获取子模块，用于获取与所述待检测区段电连接的一个或多个电力机车从所述待检测区段取得的电流总和作为所述取电电流，其中，所述负载包括所述一个或多个电力机车。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述判断单元包括：
第一判断模块，用于判断所述输入电流与所述输出电流之间的差值是否大于或等于第一预设阈值，其中，所述预设条件包括：所述差值大于或等于所述第一预设阈值；和/或，
第二判断模块，用于判断所述输入电流与所述输出电流之间的比值是否大于或等于第二预设阈值，其中，所述预设条件包括：所述比值大于或等于所述第二预设阈值。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输出单元包括：
第三判断模块，用于判断获取的所述输入电流和所述输出电流之中的任一个的当前值是否为与所述任一个对应的电流传感器的故障输出值；
第四判断模块，用于在所述当前值为所述故障输出值时，判断所述任一个在预设时间间隔之前的历史值是否为所述故障输出值；
输出模块，用于在所述历史值不为所述故障输出值、且所述输入电流与所述输出电流之间的关系满足预设条件时，判断出所述待检测区段出现故障。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括：执行单元，用于停止向所述待检测区段供电；和/或，
所述直流电力传输线路为接触网，用于向电力机车供电。
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