CN105353221B - 一种牵引网阻抗在线测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引网阻抗在线测试装置及其测试方法，属于电气化铁路牵引供电技术领域。解决了牵引网短路阻抗的在线测试问题。电流发生器一CG1的隔离开关K1的一端经电流互感器CT1与PWM变流器AD1交流端口的一端相连，电压互感器PT1并联于PWM变流器AD1端口上，电压互感器PT1的测量端、电流互感器CT1的测量端、PWM变流器AD1的控制端与控制器CU1相连接，控制器CU1与互联网IT相连。电流发生器二CG2的受电弓EB、隔离开关K2、电流互感器CT2串联后连接于PWM变流器AD2交流端口的一端，电压互感器PT2并联于PWM变流器AD2交流端口上，电压互感器PT2的测量端、电流互感器CT2的测量端、PWM变流器AD2的控制端与控制器CU2相连接，控制器CU2与互联网IT相连。主要用于牵引网阻抗在线测试。

Description

一种牵引网阻抗在线测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于电气化铁路牵引供电技术领域，特别涉及正常运行的牵引网阻抗的在线测试。

背景技术

电气化铁路的牵引网由接触网和钢轨组成，其中钢轨阻抗对于电流变化呈现一定的非线性以及钢轨与大地间电气参数受天气影响的复杂性，使准确设计、计算牵引网阻抗和地中电流分布变得困难，进而牵引网保护整定和故障标定(故标)的准确性与可靠性将难以保障，从而影响运行的安全性和可靠性。为了验证保护和故标的准确性与可靠性，在设计计算的基础上，还要进行现场短路试验。现场短路试验有其准确度高的优点，但是短路试验过程是不可控的，过大的短路电流还会对接触网和变电所设备造成破坏，并且短路试验需要中断正常供电和行车，致使线路停运。因此，要完成各种气象条件的全天候短路试验以得到受其影响的短路阻抗数据既受行车组织、电力调度方面的制约，也要付出线路停运的代价。

本申请公开一种不影响正常供电和行车的牵引网阻抗在线测试装置及其测试方法，并可以方便、灵活地、全天候运用。

发明内容

本发明的目的是提供一种牵引网阻抗在线测试装置及其测试方法，它能有效的解决正常运行的电气化铁路牵引网短路阻抗的在线测试问题。

发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种牵引网阻抗在线测试装置，所测试的牵引网由接触网T和钢轨R组成，接触网T经馈线F和馈线电流互感器CT与牵引母线TB连接。设置在作业车一上的电流发生器一CG1包括隔离开关K1、电流互感器CT1、PWM变流器AD1、电压互感器PT1以及控制器CU1，其中隔离开关K1的一端接于牵引母线TB，另一端经电流互感器CT1与PWM变流器AD1交流端口的一端相连，PWM变流器AD1交流端口的另一端连接钢轨R；电压互感器PT1并联于PWM变流器AD1端口上，电压互感器PT1的测量端、电流互感器CT1的测量端、PWM变流器AD1的控制端与控制器CU1相连接，控制器CU1与互联网IT相连。设置在作业车二上的电流发生器二CG2包括受电弓EB、隔离开关K2、电流互感器CT2、PWM变流器AD2、电压互感器PT2以及控制器CU2，其中受电弓EB、隔离开关K2、电流互感器CT2串联后连接于PWM变流器AD2交流端口的一端，电压互感器PT2并联于PWM变流器AD2交流端口上，电压互感器PT2的测量端、电流互感器CT2的测量端、PWM变流器AD2的控制端与控制器CU2相连接，控制器CU2与互联网IT相连。

所述电流发生器一CG1经牵引母线TB、馈线F、馈线电流互感器CT、接触网T和电流发生器二CG2以及钢轨R构成回路。

所述电流发生器二CG2通过利用机车或动车牵引变流器的备用容量实现电流发生器二CG2的功能。

一种牵引网阻抗在线测试方法，测试过程如下：作业车一静置于牵引母线TB处，其电流发生器一CG1的隔离开关K1的另一端接于牵引母线TB，其PWM变流器AD1交流端口的另一端接于钢轨R，馈线电流互感器CT的测量端连接于控制器CU1。作业车二上电流发生器二CG2的受电弓EB升起触及接触网T，其PWM变流器AD2交流端口的另一端经车轮连接到钢轨R，作业车二沿着牵引网移动。电流发生器一CG1经牵引母线TB、馈线F、馈线电流互感器CT、接触网T和电流发生器二CG2以及钢轨R构成回路。控制器CU2控制电流发生器二CG2的PWM变流器AD2产生接近工频50Hz又不与工频50Hz混淆的频率为f的电流并注入到牵引网上。同时，电流互感器CT2测量注入到牵引网的频率为f的电流，电压互感器PT2测量PWM变流器AD2交流端口关于受电弓EB上的频率为f的电压，并将该电流、电压数据通过控制器CU2发送到互联网IT。控制器CU1控制电流发生器一CG1的PWM变流器AD1从牵引网上吸收等量的频率为f的电流。同时，经电压互感器PT1测量牵引母线TB上的频率为f的电压。通过控制器CU1从互联网IT接收控制器CU2发来的频率为f的电流、电压数据；控制器CU1将本地频率为f的电流数据与接收到的控制器CU2发来的频率为f的电流数据进行同步，即对钟。根据同步后的牵引母线TB上频率为f的电压和受电弓EB上频率为f的电压之差以及频率为f的电流，计算频率f下的牵引网阻抗，再折算出工频下的牵引网阻抗。控制器工作步骤如下：

第一步，通过控制器CU2控制电流发生器二CG2的PWM变流器AD2发出频率为f的幅值在最小值和最大值之间按指定、明显规律变化的电流并注入牵引网，其中电流幅值的变化周期Tp远大于控制器CU2发送数据到控制器CU1接收数据的时间ΔT。

第二步，在时刻t，设电流发生器二CG2离开电流发生器一CG1的距离为x，控制器CU2记录电流互感器CT2测量的频率为f的电流I_M(x,t)，同时记录电压互感器PT2测量的频率为f的电压U_M(x,t)，并将该电流I_M(x,t)和该电压U_M(x,t)数据发送给互联网IT。

第三步，同在时刻t，控制器CU1记录馈线电流互感器CT检测到的牵引网上频率为f的电流I_M(x,t)，使电流发生器一CG1吸收频率为f的电流I_F并使电流I_F(0,t)＝电流I_M(x,t)，同时记录电压互感器PT1测量的牵引母线上的频率为f的电压U_F(0,t)。

第四步，同在时刻t，控制器CU1接收到控制器CU2通过互联网IT发来的时刻t-ΔT的电流I_M(x,t-ΔT)和电压U_M(x,t-ΔT)数据，根据步骤一约定的电流幅值变化规律中的最大值或最小值的特征，将电流I_M(x,t-ΔT)与电流I_F(0,t-ΔT)同步:电流I_M(x,t-ΔT)＝I_F(0,t-ΔT)；根据同步后的牵引母线TB上频率为f的电压U_F(0,t-ΔT)和受电弓EB上频率为f的电压U_M(x,t-ΔT)之差以及频率为f的电流I_F(0,t-ΔT)计算频率f下的牵引网的阻抗，再折算出工频下的牵引网的阻抗。

本发明的工作原理是：两种不同频率的电流可以同时独立工作，互不影响。假设牵引网的阻抗—频率特性是连续的，工频(50Hz)下的阻抗可以用接近工频50Hz又不与工频50Hz混淆的频率下的阻抗折算获得，或者用插值法获得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明提出的牵引网在线阻抗测试装置可以在不影响正常供电和行车的情况下使用。

二、本发明的电流发生器二CG2可以单独安装在作业车上，也可以利用机车或动车牵引变流器的备用容量实现电流发生器二CG2的功能，具有方便、灵活、安全、可控的特点，并可全天候运用。

三、本发明技术先进、可靠，易于实施。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的电流发生器二CG2控制器CU2的示意图。

图3是本发明的电流发生器一CG1控制器CU1的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例

图1为本发明的一种具体实施方式的结构示意图：一种牵引网阻抗在线测试装置，包括电流发生器一CG1、电流发生器二CG2；电流发生器一CG1设置于作业车一上，静置于牵引母线TB处；电流发生器二CG2安装于作业车二上，沿牵引网移动；牵引网由接触网T、钢轨R组成，接触网T经馈线F和馈线电流互感器CT与牵引母线TB连接；设置于作业车一上的电流发生器一CG1包括隔离开关K1、电流互感器CT1、PWM变流器AD1(包含IGBT单相桥T1和直流电容C1)、电压互感器PT1以及控制器CU1，其中隔离开关K1一端接于牵引母线TB，另一端经电流互感器CT1与PWM变流器AD1交流端口的一端相连，PWM变流器AD1交流端口的另一端连接钢轨R，电压互感器PT1并联于PWM变流器AD1端口上，电压互感器PT1的测量端、电流互感器CT1的测量端、PWM变流器AD1的控制端与控制器CU1相连接，馈线电流互感器CT的测量端也与控制器CU1相连接，控制器CU1与互联网IT相连；设置于作业车二上的电流发生器二CG2包括受电弓EB、隔离开关K2、电流互感器CT2、PWM变流器AD2(包含IGBT单相桥T2和直流电容C2)、电压互感器PT2以及控制器CU2，其中受电弓EB、隔离开关K2、电流互感器CT2串联后连接于PWM变流器AD2交流端口的一端，PWM变流器AD2交流端口的另一端接钢轨R，电压互感器PT2并联于PWM变流器AD2交流端口上，电压互感器PT2的测量端、电流互感器CT2的测量端、PWM变流器AD2的控制端与控制器CU2相连接，控制器CU2与互联网IT相连。电流发生器一CG1经牵引母线TB、馈线F、馈线电流互感器CT、接触网T和电流发生器二CG2以及钢轨R构成回路。

电流发生器二CG2可以单独安装于作业车上，也可以利用机车或动车牵引变流器的备用容量实现电流发生器二CG2的功能。

图2是本发明实施例的电流发生器二CG2控制器CU2示意图。控制器CU2控制电流发生器二CG2的PWM变流器AD2产生接近工频50Hz又不与工频50Hz混淆的频率为f的电流，其幅值在最小值和最大值之间按指定、明显规律(如三角波等)变化，而幅值变化周期Tp远大于控制器CU2发送数据到控制器CU1接收数据的时间ΔT，同时经电流互感器CT2测量电流发生器二CG2注入到牵引网的频率为f的电流，经电压互感器PT2测量受电弓EB上的频率为f的电压，例如，在时刻t，设电流发生器二CG2离开电流发生器一CG1的距离为x，控制器CU2记录电流互感器CT2测量的频率为f的电流I_M(x,t)，同时记录电压互感器PT2测量的频率为f的电压U_M(x,t)，控制器CU2将该电流I_M(x,t)和该电压U_M(x,t)数据发送给互联网IT。

图3是本发明实施的电流发生器一CG1控制器CU1示意图。控制器CU1控制电流发生器一CG1的PWM变流器AD1吸收牵引网上电流发生器二CG2的PWM变流器AD2发出的等量的频率为f的电流；控制器CU1从互联网IT接收数据；控制器CU1将本地电流数据与控制器CU2发来的电流数据同步；根据同步后的牵引母线TB上频率为f的电压和受电弓EB上频率为f的电压之差以及频率为f的电流计算频率f下的牵引网的阻抗，再折算出工频下的牵引网的阻抗。具体是：

(1)同在时刻t，控制器CU1记录馈线电流互感器CT检测到的牵引网上频率为f的电流I_M(x,t)，使电流发生器一CG1吸收频率为f的电流I_F并使电流I_F(0,t)＝电流I_M(x,t)，同时记录电压互感器PT1测量的牵引母线上的频率为f的电压U_F(0,t)；

(2)同在时刻t，控制器CU1接收到控制器CU2通过互联网IT发来的时刻t-ΔT的电流I_M(x,t-ΔT)和电压U_M(x,t-ΔT)数据，根据步骤(1)约定的电流幅值变化规律中的最大值或最小值的特征，将电流I_M(x,t-ΔT)与电流I_F(0,t-ΔT)同步:电流I_M(x,t-ΔT)＝I_F(0,t-ΔT)；根据同步后的牵引母线TB上频率为f的电压U_F(0,t-ΔT)和受电弓EB上频率为f的电压U_M(x,t-ΔT)之差以及频率为f的电流I_F(0,t-ΔT)计算频率f下的牵引网的阻抗，再折算出工频下的牵引网的阻抗。

Claims (3)

1.一种牵引网阻抗在线测试装置，所测试的牵引网由接触网T和钢轨R组成，接触网T经馈线F和馈线电流互感器CT与牵引母线TB连接；其特征在于：设置在作业车一上的电流发生器一CG1包括隔离开关K1、电流互感器CT1、PWM变流器AD1、电压互感器PT1以及控制器CU1，其中隔离开关K1的一端接于牵引母线TB，另一端经电流互感器CT1与PWM变流器AD1交流端口的一端相连，PWM变流器AD1交流端口的另一端连接钢轨R；电压互感器PT1并联于PWM变流器AD1端口上，电压互感器PT1的测量端、电流互感器CT1的测量端、PWM变流器AD1的控制端与控制器CU1相连接，控制器CU1与互联网IT相连；设置在作业车二上的电流发生器二CG2包括受电弓EB、隔离开关K2、电流互感器CT2、PWM变流器AD2、电压互感器PT2以及控制器CU2，其中受电弓EB、隔离开关K2、电流互感器CT2串联后连接于PWM变流器AD2交流端口的一端，电压互感器PT2并联于PWM变流器AD2交流端口上，电压互感器PT2的测量端、电流互感器CT2的测量端、PWM变流器AD2的控制端与控制器CU2相连接，控制器CU2与互联网IT相连；电流发生器一CG1经牵引母线TB、馈线F、馈线电流互感器CT、接触网T和电流发生器二CG2以及钢轨R构成回路。

2.根据权利要求1所述的一种牵引网阻抗在线测试装置，其特征在于：利用机车或动车牵引变流器的备用容量实现电流发生器二CG2的功能。

3.一种牵引网阻抗在线测试方法，测试过程如下：作业车一静置于牵引母线TB处，其电流发生器一CG1的隔离开关K1的另一端接于牵引母线TB，其PWM变流器AD1交流端口的另一端接于钢轨R，馈线电流互感器CT的测量端连接于控制器CU1；作业车二上电流发生器二CG2的受电弓EB升起触及接触网T，其PWM变流器AD2交流端口的另一端经车轮连接到钢轨R，作业车二沿牵引网移动；电流发生器一CG1经牵引母线TB、馈线F、馈线电流互感器CT、接触网T和电流发生器二CG2以及钢轨R构成回路；控制器CU2控制电流发生器二CG2的PWM变流器AD2产生接近工频50Hz又不与工频50Hz混淆的频率为f的电流并注入到牵引网上，同时，电流互感器CT2测量注入到牵引网的频率为f的电流，电压互感器PT2测量PWM变流器AD2交流端口关于受电弓EB上的频率为f的电压，并将该电流、电压数据通过控制器CU2发送到互联网IT；控制器CU1控制电流发生器一CG1的PWM变流器AD1从牵引网上吸收等量的频率为f的电流，同时，经电压互感器PT1测量牵引母线TB上的频率为f的电压；控制器CU1从互联网IT接收控制器CU2发来的频率为f的电流、电压数据；控制器CU1将本地频率为f的电流数据与接收到的控制器CU2发来的频率为f的电流数据进行同步，即对钟；根据同步后的牵引母线TB上频率为f的电压和受电弓EB上频率为f的电压之差以及频率为f的电流，计算频率f下的牵引网阻抗，再折算出工频下的牵引网阻抗；控制器工作步骤如下：

第一步，通过控制器CU2控制电流发生器二CG2的PWM变流器AD2发出频率为f的幅值在最小值和最大值之间按指定、明显规律变化的电流并注入牵引网，其中电流幅值的变化周期Tp远大于控制器CU2发送数据到控制器CU1接收数据的时间ΔT；

第二步，在时刻t，设电流发生器二CG2离开电流发生器一CG1的距离为x，控制器CU2记录电流互感器CT2测量的频率为f的电流I_M(x,t)，同时记录电压互感器PT2测量的频率为f的电压U_M(x,t)，并将该电流I_M(x,t)和该电压U_M(x,t)数据发送给互联网IT；

第三步，同在时刻t，控制器CU1记录馈线电流互感器CT检测到的牵引网上频率为f的电流I_M(x,t)，使电流发生器一CG1吸收频率为f的电流I_F并使电流I_F(0,t)＝电流I_M(x,t)，同时记录电压互感器PT1测量的牵引母线上的频率为f的电压U_F(0,t)；

第四步，同在时刻t，控制器CU1接收到控制器CU2通过互联网IT发来的时刻t-ΔT的电流I_M(x,t-ΔT)和电压U_M(x,t-ΔT)数据，根据步骤一约定的电流幅值变化规律中的最大值或最小值的特征，将电流I_M(x,t-ΔT)与电流I_F(0,t-ΔT)同步:电流I_M(x,t-ΔT)＝I_F(0,t-ΔT)；根据同步后的牵引母线TB上频率为f的电压U_F(0,t-ΔT)和受电弓EB上频率为f的电压U_M(x,t-ΔT)之差以及频率为f的电流I_F(0,t-ΔT)计算频率f下的牵引网的阻抗，再折算出工频下的牵引网的阻抗。