CN1071759A - 线路或铁路滑接线短路检验及对短路点定位的方法和设备 - Google Patents

Abstract

产生一个频率可变的供电信号(U，I)。将该信 号经过一个电振荡回路(9，10)送到线路(13—18) 上。在电信号达到极限值以及相角()为零前，供电 信号的频率一直在变化，这是判断有短路的依据。根 据处于极限值和相角为零时的供电信号频率(f_k)与 振荡回路的固有频率(f_o)之间的失谐程度来判断短 路点(l_k)。

Description

本发明涉及用于线路的电短路检验与短路点定位的方法和设备。特别适用于电气铁道和无轨电车的馈电线和滑接线，也就是架空线和接触轨。也可以用于诸如高压直流传输这样一类的线路。

电短路检验应当在电线由于短路而断开后给电网供电主管人员提供一个相关的信息，是否为一种短暂的短路（所谓短时短路）或短路是否继续存在（所谓持续短路）。在电气铁道的滑接线发生持续短路的情况下一般应当考虑到铁路的标准建筑接近限界受到限制，铁道的行车路线存在障碍物这些情况。

很希望在这种情况下对电短路点定位给运行主管人员提供一个尽可能快和尽可能准确的有关信息，在什么地点短路以及因而对列车存在危险。同时确定发生短路的接触网区段，这样就可以把它断开，而其他馈电区段可以重新接通。

众所周知，为了对线路进行电短路检验，再次直接接通电源。这种再接包含重新短路以及各种危险，而且不可能对短路点进行定位。

另外还知道，通常对滑接线进行短路检验，使电源通过一个欧姆电阻接通，而且由这个串联电阻的电气参数值得出短路是否继续存在或者消失的结论。因为电气铁道的接触网的短路点通常都具有接触电阻，特别是当树木碰到滑接线的时候，所以这种方法总是不能提供准确的结果。

进一步还知道，为了进行短路点定位，特别是在交流电气铁道的情况下沿着滑接线装设了电流互感器或电压互感器，他们部分地接有继电器，这些继电器在电流或电压的某一临界值下吸合或释放。这些互感器的输出量或这些继电器的位置指示就可以明确地推断大致的短路区。这些互感器，继电器及其所属的远距离传输设备在技术上是昂贵的。电流互感器不能有选择地得到保护，而且是潜在的持续短路点。这样就不能随时随地把短路电流强度与工作电流强度可靠地区分开来，这是因为前者经常受到接触电阻的影响。因为互感器只是装在接触网的个别点上，也就是只装在火车站和其他工作点上，而且特别是在长途铁路上，线路区段间的距离有几公里长，因而短路点精确地定位是不可能的。

另外还知道，在铁路上短路点定位总是这样进行的，在通过欧姆串联电阻持续地接通电源的情况下，由电网供电主管人员逐步地在电气上把滑接线的每个区段分离开直到电气参数的显示突然改变为止。最终断开的电气设备部分就是有短路的。这种方法见效的时间很大程度上取决于具有远距离控制的铁路线路装备，电网供电主管人员的反应程度以及偶然情况。这个过程要持续几分钟，在这个时间内区段上的事故依然存在。因为在接触网中开关装在很大的距离上，也就是装在火车站和其他工作点上，特别是长途铁路区段间的距离有几公里长，因而短路点精确地定位是不可能的。

最后已知的是，在用计算机辅助的电网供电控制点上装有计算机检索程序，它可以自动控制接触网分步地断开。这种检索程序的采用意味着需要很大的软件投资。特别是电机开关操纵机构的运行时间是不变的，而在此时间内区段上的事故依然存在。因而在这里，特别是在长途铁路上二个开关之间的接触网区段有几公里长时，短路点同样完全不能精确地定位。

本发明要解决的任务是，对于线路，特别是电气铁路的滑接线在技术上可用最简单的方法，最快而准地进行其短路检验和短路点定位。

根据本发明，用于电线，特别是电气铁路的滑接线的电短路检验和短路点定位的方法为

a）产生一个其频率（f）可变的供电信号（U，I），

b）这个供电信号经过一个电振荡回路（9，10）而接到线路（13-18）上，

c）供电信号的频率在电信号达到极限值以及相角（ψ）为零前一直在变化，这是判断短路的依据，

d）根据处于极限值并且相角为零时的供电信号频率（f_K）与短路点（l_K）的固有频率（f_O）之间的失谐程度来判断。

用于电线，特别是电气铁路的滑接线的电短路检验与短路点定位的设备，包括

a）具有一个产生频率（f）可变的供电信号（U，I）的电源（1），和

b）具有一个电振荡回路（9，10），上述供电信号通过该回路送到线路（13-18）上，其中

c）在电信号达到极限值并且相角（ψ）为零前供电信号的频率一直在变化，这是判断短路的依据，以及

d）根据处于极限值并且相角为零时的供电信号频率（f_K）与短路点（l_K）的固有频率（f_O）之间的失谐程度来判断。

本发明的基础是电气振荡回路原理和对其适用的电工定律。

本发明的其他方法还包括：当电信号为极限值并且相角为零时产生一个有短路的显示信号、依据处于极限值并且相角为零的供电信号频率（f_K）与振荡回路的固有频率（f_O）间失谐程度而得到一个短路点（l_K）的显示信号、根据处于极限值并且相角为零的情况下的供电信号、振荡回路和电线的电气参数（U，I，R_O，R′，L_O，L′，f_K，f_O）来判断短路性质（R_K）、以及产生一个短路性质的显示信号。

本发明的设备还包括：当电信号为极限值并且相角为零时产生一个有短路的显示信号的装置、根据处于极限值并且相角为零的供电信号频率（f_K）与振荡回路的固有频率（f_O）之间的失谐程度而得到一个短路点（l_K）的显示信号的装置、根据处于极限值并且相角为零的情况下的供电信号、振荡回路和电线的电气参数（U，I，R_O，R′，L_O，L′，f_K，f_O）来判断短路性质（R_K）。的装置、产生一个短路性质的显示信号的装置、供电信号可以是一个正弦交流电压，也可以是一个正弦交流电流，电振荡回路可以是一个串联振荡回路，或再接有一个电阻（8），本发明的设备装有一台计算机（19），有关供电信号的一些重要参数像电压（U）和电流强度（I）输入到计算机中并进行电工学的或铁路运行的以及电网运行方面的处理，为了确定校正值，可以手动或自动方式将接触网的开关工作状态、电线的负荷值、滑接导线的磨损值以及气象数据输入给计算机，计算机的功能还可全部或部份地合并到其他防护与控制技术系统中。

短路时振荡回路由于有短路线路的电气参数的作用而失谐。失谐的程度就是短路点与振荡回路装设点间的距离大小。采用本发明的优点特别在于，断开的线路，其电短路检验不会发生再次短路的危险，而且其检验结果在相应构成振荡回路时，与短路点处的接触电阻无关或者在长距离滑接线区段的情况下不会由于受到电容分布参数的影响而被歪曲。本发明的优点还在于，在接触网中，特别是在交流电气铁道的接触网中对于进行短路点定位在很大的程度上可以不用电流互感器和电压互感器，使短路点的定位与运行主管人员尽可能无关地进行，在用计算机辅助的接触网运行管理点可以减少用于短路点定位程序的软件费用，在相应构成振荡回路时定位结果同样与短路点的接触电阻无关，在相应的结构中可以区别金属性短路（例如断裂的架空导线落在钢轨上）与具有接触电阻的短路（例如树木碰到架空导线上），并且与一个区段的长度比起来大致要精确得多。本发明的优点还在于，如果短路尚未切断，例如在恶劣的气候条件下预防性地测定翻倒的树木位置时，检验与定位均可进行并给出结果。本发明的优点最后还在于，可以避免列车在受到限制的标准建筑接近限界地点失事，这些特别是对于高速铁路来说是有利的，而且能使所有没有短路故障的接触网区段很快重新供电。

为了能尽量快速而准确地得出这种检验和定位的结果，然后可相应地用适当方式进行处理，在本发明的一个有益的设置中，装置上测得的电压和电流强度值被自动地输入到计算机中去，有关供电信号的一些重要参数像电压（U）和电流强度（I）输入到计算机中并进行电工学或铁路运行的以及电网运行方面的处理。用对配置在接触网中的电流互感器或电压互感器的输出量进行处理，或者用直接接到这些互感器上的继电器的吸合与释放状态进行处理。借助于有关的滑接线存储的电气数据和其他数据，在处理完这些输入以后，经这台计算机输出一些信息，而且必要时对配电作业在粗略定位之后可以精确定位。定位之后输出电网工作的和铁路运行的信息。这些信息由计算机要么传给接触网的运行主管人员，并有利于传给列车运行人员，要么就自动传送开关运转程序和列车安全与调制系统中去。这样短路点定位的结果就不会由于接触网其开关工作状态变化、随温度而变化的导电体有效电阻、因磨损引起的截面缩小而使滑接导体有效电阻增大以及温度或其他气候原因引起分布参数的变化而受到歪曲，使采用本发明的另一种结构时，接触网区段的断开与再次接通、滑接线和其他导体的环境温度及电负荷、滑接导线定时测量的磨损值以及诸如空气温度与土壤湿度这样一些数据都可以手动地或自动输入到计算机中去，由此计算机可在其内部形成校正系数。可用沿线路进行检验测量这样有益的方式来校准计算机，这样就可以由平均值来校正分布参数的局部误差。

本发明的其他优点和细节由下面所述的一个最佳实例借助附图和从属权利要求予以说明。其中

图1表示本发明的一个最佳实施例，它有一个可产生可变频率的正弦电压或正弦电流电源的静态变频器以及一个串联振荡回路。

图2表示处于第一自动化级的图1的实施例。

图3表示处于第二自动化级的图1的实施例。

图4表示处于第三自动化级的图1的实施例。

其他一些装置可以用旋转电机作为电压或电流源，或采用并联振荡回路。本发明装置的耦合可以固定地或动态地进行。

对于图1的实施例，在单极等效电路图中示有一个带短路而待检验的线路。该线路用其产生的接近恒定的分布参数，即用单位长度串联电阻R′和单位长度串联电感L′来表示。并联电容和漏泄电阻，甚至振荡回路电容的损耗电阻和振荡回路的电抗都可以忽略不计。

在图1中，一台静止的变频器1用作产生可变频率f的交流电压U或交流电流I的电源。电压和电流是单相的。该变频器1的后面接有一个电流互感器2和一个电压互感器3。在这些互感器的次级绕组上接有电流计4、电压计5、相位计6和频率计7。串联振荡回路接到互感器上，该回路由一个电感为L_O的扼流圈9和一个电容值为C_O的电容10组成。在振荡回路的线路中（特别是在配电站附近短路时为避免很大的谐振电流而装有一个恒压源的情况下）还接入一个具有电阻值为R_O的特定电阻8。

要检验的线路通过一个开关11接到以前所述的装置上，而后在其开关板12上断开该线路。虚线表示从同一台装置出发还可接有更多的其他线路。一根有短路的线路在供电点（开关11）和短路点16之间的长度L_K范围内近似于与长度成比例的其值为R′·L_K的串联电阻13和与长度成比例的其值为L′·L_K的串联电感14。元件15是短路点附近的一个接触电阻R_K。短路点后面的串联电阻和串联电感在等效电路图中用标号17和18来表示。

按图1实施例的作用原理如下：串联振荡回路的固有频率为

$\mathrm{fo=}\frac{1}{\mathrm{2\pi }\sqrt{L_0{\mathrm{·C}}_0}}$

当串联振荡回路与一个具有电气参数为R′·l_K和L′·l_K的有短路的线路连接时将发生失谐。其固有频率发生变化其值为

$f_k=\frac{1}{\mathrm{2\pi }\sqrt{{\mathrm{(L}}_0{\mathrm{+L＇·l}}_k{\mathrm{)·C}}_0}}$

上述公式的一个较大的优点是与所有的电阻无关，首先与串联振荡回路可能存在的特定电阻R_O无关，此外甚至还与导电体、也许与铁路钢轨和土壤的串联电阻无关，与电阻和频率间的依赖关系无关，与由于截面减小，温度与湿度波动引起的变化之间的依赖关系无关，特别是与短路处的接触电阻R_K无关。因此在短路回路的谐振频率f_K与供电点11和短路点16之间的距离L_K间存着如下关系式

l_k= (L₀)/(L＇) ·(( (f_o)/(f_k) )²-1)

短路检验和短路点定位是这样进行的：将要检验的线路接到装置上，并以某一起动频率f₁接通，对于这个频率来说

$f_o\mathrm{\ge f}{}_1\ge \frac{f_o}{\sqrt{\mathrm{1+}\frac{{\mathrm{L\prime ·l}}_{\max }}{L_0}}}$

根据测量确定究竟有无电流，这样确定是否有短路存在。如果有，短路点定位按如下方式进行：改变频率f使相角为零，电流互感器或电压互感器的输出达到极限值，也就是电流强度最大或电压强度最大。根据现时带有的频率f_K，短路点定位可以依据上面提到的函数l_k＝g（f_k）来确定。根据欧姆定律：

U＝I·（R_O+R′·l_K+R_K）

这样可以计算出

R_k= (U)/(I) -(R₀+R′· (L₀)/(L′) ·［( (f_o)/(f_k) )²-1］)

并由此得出短路的性质，即不管是金属性的还是非金属性的。按照传统的方法，频率的变化、相角与电流强度和电压的监视与读数、谐振频率的读数和其对短路距离的读数以及最后接触电阻的计算都可以由电网运行主管人员来完成。然而这个过程也可以达到一定程度的自动化，就如下面所说明的那样。一般地说，此时在各部分之间需要有变换器，对此还应理解继电器的作用，这些继电器在其他图中没有特别说明，也没有在数据传输通路和设备中。

在图2所示的第一自动化级中，变频器1的输出频率由一台计算机19进行控制，该计算机依输入给它的互感器2和3的输出信号来确定谐振状况，这样根据上面给出的公式可以计算l_K和R_K的值并输出这些值。其有关的输入设备用20来表示。在其程序设计中要考虑例如各个量，像R_O，L_O，C_O，R′和L′是否和可能与频率有关。在电气铁路中计算机包含一个数据块，在该数据块中对值l_K，列有铁路运转标记，例如站名或其他工作地名，或其间的区段名，计算机依据这些标记读出有关的数据并输出。这种输出至少显示在本地的或中央的电网主管人员的指示器21上，但还可以在此基础上直接显示在铁路调度员的指示器22上。

如果精度上要求，由于导线下垂的变化要考虑单位长度串联电感L′的变化，则按图3把对其有决定性影响的数值输入到计算机中去并进行处理。这些数值主要是导体温度，它可以直接地通过例如测温系统或间接地通过导线中以及开关板上的电流互感器中工作电流强度的连续测量、以及在一个有代表性地适用于导线的气象观测站中对空气温度、太阳辐射强度和风速大小的连续测量而得到，手动或自动地将其输入到计算机中去并在该机内确定与所存储的导线数据相互关系。一般精度上要求，在电气铁路中必须随时随地由运行主管人员通过计算机的输入端20对逐渐磨损的滑接导线的截面大小进行校正。同样在附加荷重的情况下必须进行处理，在目前情况下没有为此目的的自动传感元件。一般说来在电气铁路中大地是作为回路来使用的，并且在这种情况下铁道反向电流的渗透深度以及单位长度串联电感L′都受到地面承载性能的影响，当精确地要求时，为了进行校正必须输入来自气象站的土壤湿度值。如果精度上要求，在测定接触电阻R_K的数值时要考虑由于温升、磨损和土壤承载性能而引起的R′值变化，则为此像校正L′一样可以采用同样的输入。

在另一个图4所示的自动化级中，计算机不仅输出到电网和调度主管人员处的指示器21和22上，而且还直接地输入到接触网的相应控制设备25中以及铁路安全系统的控制设备26中，接着自动地对滑接线开关27和列车上的紧急停车设施28上发出开关调定指令。

在最后一个自动化级中，将计算机并入到电网的总控制技术系统中。

Claims (17)

1、用于电线，例如电气铁路的滑接线的电短路检验和短路点定位的方法，其特征在于，

a)产生一个其频率(f)可变的供电信号(U，I)，

b)这个供电信号经过一个电振荡回路(9，10)而接到线路(13-18)上，

c)供电信号的频率在电信号达到极限值以及相角(φ)为零前一直在变化，这是判断短路的依据，

d)根据处于极限值并且相角为零时的供电信号频率(f_k)与短路点(l_k)的固有频率(f₀)之间的失谐程度来判断。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于，当电信号为极限值并且相角为零时产生一个有短路的显示信号。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于，依据处于极限值并且相角为零的供电信号频率（f_K）与振荡回路的固有频率（f_O）间失谐程度而得到一个短路点（l_K）的显示信号。

4、根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，根据处于极限值并且相角为零的情况下的供电信号、振荡回路和电线的电气参数（U，I，R_O，R′，L_O，L′，f_K，f_O）来判断短路性质（R_K）。

5、根据权利要求4的方法，其特征在于，产生一个短路性质的显示信号。

6、用于电线，例如电气铁路的滑接线的电短路检验与短路点定位的设备，其特征在于，

a）具有一个产生频率（f）可变的供电信号（U，I）的电源（1），和

b）具有一个电振荡回路（9，10），上述供电信号通过该回路送到线路（13-18）上，其中

c）在电信号达到极限值并且相角（ψ）为零前供电信号的频率一直在变化，这是判断短路的依据，以及

d）根据处于极限值并且相角为零时的供电信号频率（f_K）与短路点（l_K）的固有频率（f_O）之间的失谐程度来判断。

7、根据权利要求6的设备，其特征在于，当电信号为极限值并且相角为零时产生一个有短路的显示信号。

8、根据权利要求6或7的设备，其特征在于，依据处于极限值并且相角为零的供电信号频率（f_K）与振荡回路的固有频率（f_O）之间的失谐程度而得到一个短路点（l_K）的显示信号。

9、根据权利要求6至8之一的设备，其特征在于，根据处于极限值并且相角为零的情况下的供电信号、振荡回路和电线的电气参数（U，I，R_O，R′，L_O，L′，f_K，f_O）来判断短路性质（R_K）。

10、根据权利要求9的设备，其特征在于，产生一个短路性质的显示信号。

11、根据权利要求6至10之一的设备，其特征在于，供电信号是一个正弦交流电压。

12、根据权利要求6至10之一的设备，其特征在于，供电信号是一个正弦交流电流。

13、根据权利要求6至12之一的设备，其特征在于，电振荡回路是一个串联振荡回路。

14、根据权利要求6至13之一的设备，其特征在于，电振荡回路接有一个电阻（8）。

15、根据权利要求6至14之一的设备，其特征在于，装有一台计算机（19），有关供电信号的一些重要参数像电压（U）和电流强度（I）输入到计算机中并进行电工学的或铁路运行的以及电网运行方面的处理。

16、根据权利要求15的设备，其特征在于，为了确定校正值，以手动或自动地将接触网的开关工作状态、电线的负荷值、滑接导线的磨损值以及气象数据输入给计算机。

17、根据权利要求15或16的设备，其特征在于，计算机的功能全部或部份地合并到其他防护与控制技术系统中。

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