CN106443354B - 一种高铁线路故障测距方法及故障测距系统 - Google Patents

一种高铁线路故障测距方法及故障测距系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高铁线路故障测距系统的故障测距方法及故障测距系统，该系统包括数据采集装置，用于分别采集故障点位置处的第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所中性点的吸上电流；系数处理单元，用于计算第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所的最佳修正系数QN、QN+1和最佳电流分布系数KN、KN+1；数据处理单元，将所述数据采集装置采集到的数据和所述系数计算单元计算出的最佳修正系数和最佳电流分布系数代入故障测距公式进行计算，得到故障距离；数据输出装置，用于输出所述数据处理单元计算出的故障距离。本发明能够提高故障定位的精度高，准确指指引抢修位置，减少铁路停运时间。

Description

一种高铁线路故障测距方法及故障测距系统
技术领域
本发明涉及高铁故障测量技术领域，具体涉及一种高铁线路故障测距方法及故障测距系统。
背景技术
高速铁路是指具有高加速和高减速性能，时速在200km以上的铁路。在高速铁路下，列车运行速度高、行车密度大，要求列车牵引功率大，供电分区尽量少、可靠性高。牵引供电系统作为一种故障多发性的特殊电力系统，其故障测距一直受到人们的高度重视。
现有技术中通过使用故障定位装置测量故障点位置，对应全并联电力牵引自耦变压器AT供电模式，采用吸上电流比法来对数据进行计算。发生T-R或F-R故障时，变电所、电力牵引自耦变压器AT所、分区所均会产生吸上电流。在第一电力牵引自耦变压器AT区段，变电所与电力牵引自耦变压器AT所的吸上电流比与故障点位置一一对应；在第二电力牵引自耦变压器AT区段，电力牵引自耦变压器AT所与分区所的吸上电流比与故障点位置一一对应。依照对应关系，可测定出故障位置。
由于牵引网线路复杂、线路故障较多，排查故障的主要依据就是采用故障测距装置进行故障定位信息，故障定位装置采用的“电力牵引自耦变压器AT中性点吸上电流比原理”公式计算故障位置，该公式中的Qn、Qn+1为与电力牵引自耦变压器AT之间的距离、钢轨漏导、电力牵引自耦变压器AT漏抗、馈线长短、钢轨联接导电情况等因素有关的修正系数，一般通过经验取值为0.8～1.5之间；Kn、Kn+1为电流分布系数一般的经验取值为1。由于修正系数和电流分布系数的取值是根据以往的经验值得到，计算出来的故障距离与实际的故障距离的偏差比较大，使得线路故障排查工作量大，使得停车时间长。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高铁线路故障测距方法及故障测距系统，提高故障定位的精度高，准确指指引抢修位置，减少铁路停运时间。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种高铁线路故障测距系统的故障测距方法，具体步骤如下：
S1，假定故障点位置位于第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所之间，分别计算出第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和最佳电流分布系数KN、KN+1；
S2，分别采集故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的吸上电流IN和吸上电流IN+1；
S3，计算故障点距变电所的距离，其中公式如下：
式中，L：为故障点距变电所的距离；
LN：为设定的第N个AT所距变电所的距离；
DN：为设定的第N个AT所与第N+1个AT所之间的距离。
S1的计算步骤如下：
S11，设定第N个AT所与第N+1个AT所之间的M个位置处为模拟故障点；分别获取各个模拟故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的吸上电流INM和吸上电流INM+1，根据机车行驶过程中的各个模拟故障点的公里标模拟出各个模拟故障点的模拟故障距离LM，LM为第M个模拟故障点的模拟故障距离；
S12，根据修正系数Q和电流分布系数K的取值范围，在取值范围内对修正系数Q和电流分布系数K进行排列组合，得到第n组组合方式的修正系数Qn、Qn+1和第n组组合方式的电流分布系数Kn、Kn+1；
S13，选取第M个模拟故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的模拟吸上电流IMN和模拟吸上电流IM(N+1)、选取第n组组合方式的修正系数Qn、Qn+1和电流分布系数Kn、Kn+1代入故障测距公式，
其中，LMn为第M个模拟故障点位置在第n组组合方式下的测试故障距离；
S14，重复步骤S13，得到M个模拟故障点在第n组组合方式下的所有的测试故障距离LMn，将M个模拟故障点的测试故障距离LMn分别与其对应的模拟故障距离LM比较，分别计算出M个模拟故障点在第n组组合方式下的误差值，并计算出在第n组组合方式下的M个模拟故障点的平均误差值；
S15，重复步骤S13和S14的计算步骤，分别计算出所有n组组合方式下的M个位置处的平均误差值，筛选出所有平均误差值中最小的平均误差值所对应的一组组合方式下的修正系数Qn、Qn+1和电流分布系数Kn、Kn+1即分别为第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和电流分布系数KN、KN+1。
其中，修正系数Q的取值范围为0～50，电流分布系数K的取值范围为0.8～1.5。
本发明一种高铁线路故障测距系统的故障测距系统，包括：
数据采集装置，用于分别采集故障点位置处的第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所中性点的吸上电流；
系数处理单元，用于计算第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和最佳电流分布系数KN、KN+1；
数据处理单元，将所述数据采集装置采集到的数据和所述系数处理单元计算出的最佳修正系数和最佳电流分布系数代入故障测距公式进行计算，得到故障距离；
数据输出装置，用于输出所述数据处理单元计算出的故障距离。
所述系数处理单元包括；
数据采集仪，在N个AT所与第N+1个AT所之间设置若干个模拟故障点，数据采集仪用于获取各个模拟故障点位置处机车的机车吸上电流；
视频记录仪，用于时刻记录机车的公里标；
数据模拟单元，用于根据机车吸上电流模拟出各个模拟故障点的模拟吸上电流，根据机车的公里标模拟出各个模拟故障点的模拟故障距离LM，LM为第M个模拟故障点的模拟故障距离；
系数计算单元，用于通过反推法计算出第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和电流分布系数KN、KN+1。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的高铁线路故障测距方法通过计算出最佳修正系数和电流分布系数，代入故障测距公式，使得计算出的故障距离结果更加准确，该测距方法工程实施性强、安全性好、经济性高、试验数据量丰富，可替代传统的故障测距方法，对运营和故障排查带来巨大的便利。
(2)本发明中通过在第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所之间设置若干个模拟故障点，计算同一种系数组合方式下的各个模拟故障点的测试故障距离与模拟故障距离之间的平均误差值，计算各种组合方式下的平均误差值，其中误差值最小的一组对应的组合方式就是最佳的修正系数和电流分布系数，通过反复调整修正系数和电流分布系数的大小，平均误差减小了将近400米，消除了大于800米的误差。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统框图；
图3为本发明中系数处理单元的系统框图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种高铁线路故障测距系统的故障测距方法，具体步骤如下：
S1，假定故障点位置位于第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所之间，计算出第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和最佳电流分布系数KN、KN+1；
步骤S1的具体步骤如下：
S11，设定第N个AT所与第N+1个AT所之间的M个位置处为模拟故障点；获取各个模拟故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的吸上电流INM和吸上电流INM+1，根据机车行驶过程中的各个模拟故障点的公里标模拟出各个模拟故障点的模拟故障距离LM，LM为第M个模拟故障点的模拟故障距离；本实施例中M为300。
S12，根据修正系数Q和电流分布系数K的取值范围，其中修正系数Q的取值范围为0～50，电流分布系数K的取值范围为0.8～1.5，在取值范围内对修正系数Q和电流分布系数K进行排列组合，得到n组组合方式的修正系数Qn、Qn+1和电流分布系数Kn、Kn+1；
S13，选取S11的第M个模拟故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的模拟吸上电流IMN和模拟吸上电流IM(N+1)、选取S12的第n组组合方式的修正系数Qn、Qn+1和电流分布系数Kn、Kn+1代入故障测距公式，
其中，LMn为第M个模拟故障点位置在第n组组合方式下的测试故障距离；
LN：为设定的第N个AT所距变电所的距离；
DN：为设定的第N个AT所与第N+1个AT所之间的距离；
S14，重复步骤S13，得到M个模拟故障点在第n组组合方式下的所有的测试故障距离LMn，将M个模拟故障点的测试故障距离LMn分别与对应的模拟故障点所在的模拟故障距离LM比较，分别计算出M个模拟故障点在第n组组合方式下的误差值lMn，计算公式如下lMn＝LMn-LM，其中，lMn为第M个模拟故障点在第n组组合方式下的误差值；
计算出在第n组组合方式下的M个模拟故障点的平均误差值ln，计算公式为：
S15，重复步骤S13和S14的计算步骤，分别计算出所有n组组合方式下的M个位置处的平均误差值，筛选出所有平均误差值中最小的平均误差值所对应的一组组合方式下的修正系数Qn、Qn+1和电流分布系数Kn、Kn+1即为第N个AT所与第N+1个AT所之间的最佳修正系数QN、QN+1和电流分布系数KN、KN+1。其中，取值范围内对修正系数Q和电流分布系数K进行排列组合越多，计算得到的最佳修正系数QN、QN+1和电流分布系数KN、KN+1的组合方式越精准。
S2，采集故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的吸上电流IN和吸上电流IN+1；
S3计算故障点距变电所的距离，其中公式如下：
式中，L：为故障点距变电所的距离；
LN：为设定的第N个AT所距变电所的距离；
DN：为设定的第N个AT所与第N+1个AT所之间的距离；
IN、IN+1：分别为故障点位置处的第N个AT所与第N+1个AT所中性点的吸上电流；
QN、QN+1：第N个AT所与第N+1个AT所之间的最佳修正系数；
KN、KN+1：第N个AT所与第N+1个AT所之间的电流分布系数。
参见图2所示，本发明提供一种高铁线路故障测距系统的故障测距系统，包括：
数据采集装置，用于分别采集故障点位置处的第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所中性点的吸上电流；
系数处理单元，用于计算第N个AT所与第N+1个AT所之间的最佳修正系数QN、QN+1和最佳电流分布系数KN、KN+1；
参见图3所示，其中，系数处理单元包括；
数据采集仪，在N个AT所与第N+1个AT所之间设置若干个模拟故障点，数据采集仪用于获取各个模拟故障点位置处机车的机车吸上电流；在机车经过的变电所、AT所和分区所，利用数据采集仪，每秒依次对所亭电流进行同步记录。
数据采集仪必须满足高同步、高采集精度和高安全便捷的三个性能要求，高同步是指在数据采集时，变电所、AT所和分区所的电流数据是同一时刻的，其同步性要求为同步误差不大于3毫秒；高测量精度是指测量变电所、AT所和分区所每个所亭的二次电流，必须采用64点采样准确测量一个周波的电流有效值；高安全便捷性是指采用钳形表间接测量。
视频记录仪，用于时刻记录机车的公里标；
数据模拟单元，用于根据机车吸上电流模拟出各个模拟故障点的模拟吸上电流，用于根据机车的公里标模拟出各个模拟故障点的模拟故障距离LM，LM为第M个模拟故障点的模拟故障距离；由于机车所在位置处的机车吸上电流比与该位置对应的模拟故障点的模拟；
系数计算单元，用于通过反推法计算出第N个AT所与第N+1个AT所之间的最佳修正系数QN、QN+1和电流分布系数KN、KN+1。
数据处理单元，将数据采集装置采集到故障点位置处的数据和系数处理单元计算出的最佳修正系数和最佳电流分布系数代入故障测距公式进行计算，得到故障距离；
数据输出装置，用于输出数据处理单元计算出的故障距离即故障点距变电所的距离。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种高铁线路故障测距系统的故障测距方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1，假定故障点位置位于第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所之间，分别计算出第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和最佳电流分布系数KN、KN+1，计算步骤如下：
S11，设定第N个AT所与第N+1个AT所之间的M个位置处为模拟故障点；分别获取各个模拟故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的吸上电流INM和吸上电流INM+1，根据机车行驶过程中的各个模拟故障点的公里标模拟出各个模拟故障点的模拟故障距离LM，LM为第M个模拟故障点的模拟故障距离；
S12，根据修正系数Q和电流分布系数K的取值范围，在取值范围内对修正系数Q和电流分布系数K进行排列组合，得到第n组组合方式的修正系数Qn、Qn+1和第n组组合方式的电流分布系数Kn、Kn+1；
S13，选取第M个模拟故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的模拟吸上电流IMN和模拟吸上电流IM(N+1)、选取第n组组合方式的修正系数Qn、Qn+1和电流分布系数Kn、Kn+1代入故障测距公式，
其中，LMn为第M个模拟故障点位置在第n组组合方式下的测试故障距离；
S14，重复步骤S13，得到M个模拟故障点在第n组组合方式下的所有的测试故障距离LMn，将M个模拟故障点的测试故障距离LMn分别与其对应的模拟故障距离LM比较，分别计算出M个模拟故障点在第n组组合方式下的误差值，并计算出在第n组组合方式下的M个模拟故障点的平均误差值；
S15，重复步骤S13和S14的计算步骤，分别计算出所有n组组合方式下的M个位置处的平均误差值，筛选出所有平均误差值中最小的平均误差值所对应的一组组合方式下的修正系数Qn、Qn+1和电流分布系数Kn、Kn+1即分别为第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和电流分布系数KN、KN+1；
S2，分别采集故障点位置处的第N个AT所和第N+1个AT所中性点的吸上电流IN和吸上电流IN+1；
S3，计算故障点距变电所的距离，其中公式如下：
式中，L：为故障点距变电所的距离；
LN：为设定的第N个AT所距变电所的距离；
DN：为设定的第N个AT所与第N+1个AT所之间的距离。
2.如权利要求1所述的一种高铁线路故障测距系统的故障测距方法，其特征在于：其中，修正系数Q的取值范围为0～50，电流分布系数K的取值范围为0.8～1.5。
3.一种高铁线路故障测距系统的故障测距系统，其特征在于，包括：
数据采集装置，用于分别采集故障点位置处的第N个电力牵引自耦变压器AT所与第N+1个电力牵引自耦变压器AT所中性点的吸上电流；
系数处理单元，用于计算第N个AT所与第N+1个AT所的最佳修正系数QN、QN+1和最佳电流分布系数KN、KN+1；
数据处理单元，将所述数据采集装置采集到的数据和系数处理单元计算出的最佳修正系数和最佳电流分布系数代入故障测距公式进行计算，得到故障距离；
数据输出装置，用于输出所述数据处理单元计算出的故障距离；
所述系数处理单元包括数据采集仪、视频记录仪、数据模拟单元和系数计算单元；
数据采集仪，在N个AT所与第N+1个AT所之间设置若干个模拟故障点，数据采集仪用于获取各个模拟故障点位置处机车的机车吸上电流；
视频记录仪，用于时刻记录机车的公里标；
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