CN107797027B - 一种电气化铁路at牵引网故障定位方法 - Google Patents

一种电气化铁路at牵引网故障定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107797027B
CN107797027B CN201710957120.4A CN201710957120A CN107797027B CN 107797027 B CN107797027 B CN 107797027B CN 201710957120 A CN201710957120 A CN 201710957120A CN 107797027 B CN107797027 B CN 107797027B
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
current
sucts
electric current
fault
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710957120.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107797027A (zh
Inventor
马庆安
李群湛
刘炜
陈民武
解绍锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN201710957120.4A priority Critical patent/CN107797027B/zh
Publication of CN107797027A publication Critical patent/CN107797027A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107797027B publication Critical patent/CN107797027B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors

Abstract

本发明公开一种电气化铁路AT牵引网故障定位方法，涉及电气化铁路牵引供电技术领域，可自动确定故障类型和故障位置，其原理是：分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，根据AT牵引网的计算模型，以AT吸上电流分布的理论值和实际值的误差最小为优化目标进行优化；比较两种短路故障情况下的电流分布误差最小值，数值较小所对应的故障类型即为该次故障的故障类型，所对应的位置即为所该次故障的故障位置。该方法与AT吸上电流相比，可降低故障区段两端的AT吸上电流误差所带来的故障定位误差。本发明结构简单，投资较少，便于实施，既可用于新线建设和也适用于旧线改造。

Description

一种电气化铁路AT牵引网故障定位方法
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
高速铁路普遍采用AT供电方式。AT牵引网结构复杂且无备用，故障发生几率较高。为提高铁路的运输效率，需尽快确定故障位置和类型。既有的故障定位算法比较多。全并联运行时可使用上下行电流比法或横联线电流比法进行故障定位。对于复线AT牵引网上下行分开供电、V停检修或单线AT牵引网，上下行电流比法或横联线电流比法不再适用，此时可由AT吸上电流比法来进行故障定位。然而，由于以下原因：
1)短路时的电流测量一般不完全同步，电流互感器也可能存在饱和，导致电流的测量存在误差；
2)AT漏抗的存在使AT吸上电流比曲线的斜率更小，电流误差引起的定位精度较差；
3)钢轨和PW(保护线)通过CPW(保护线用连接线)经约1.5km连接一次，使AT吸上电流的分布规律更为复杂；
4)短路试验会给电力系统、牵引供电系统的相关设备带来冲击，故短路试验次数一般比较少，AT吸上电流比法可使用的短路数据也非常有限。
AT吸上电流比法故障定位精度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路AT牵引网故障定位方法，它能有效提高AT牵引网的故障定位精度，且无需短路试验。
AT吸上电流比法仅使用故障AT段两侧AT的吸上电流数值，忽略了另外一个AT吸上电流。从系统的观点来看，AT吸上电流比法忽略了其他相关信息。为充分利用相关信息，本发明提出了一种基于AT吸上电流分布的故障定位方法。该方法不仅使用了故障区段的AT吸上电流信息，还充分利用了其他AT吸上电流信息，故可提高故障定位精度。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路AT牵引网故障定位方法，可自动确定故障类型和故障位置：分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，根据AT牵引网的计算模型，以AT吸上电流分布的理论值和实际值的误差最小为优化目标进行优化；比较两种短路故障情况下的电流分布误差最小值，数值较小所对应的故障类型即为该次故障的故障类型，所对应的位置即为该次故障的故障位置。
步骤一、形成牵引供电系统模型：
基于多导体传输线理论或广义对称分量法建立AT牵引网的计算模型，供电线较长时，为提高故障定位精度，建模时应考虑供电线的影响。
步骤二、故障发生时，读入各电流互感器测得的电流，并计算各AT吸上电流标幺值：
当AT牵引网发生故障时，可根据导体即接触网T、正馈线F的量测电流由广义对称分量法求出实际短路电流。
对于单线AT牵引网，短路电流为：
其中，分别为从牵引变电所流向接触网T、正馈线F的电流。
对于复线AT牵引网，短路电流为：
其中，分别为从牵引变电所流向上下行接触网T、正馈线F的电流。
电力系统运行方式变化时，各AT吸上电流的大小也随之变化，为消除其影响，可将各AT测出的吸上电流模值I′ATj除以牵引变压器二次侧的短路电流模值Isc，得到用标幺值表示的AT吸上电流，下标中的“j”表示第j个AT，j＝1，2，3。
由于AT吸上电流的非同步性，各AT吸上电流的量测值取模值；当将其与计算值相比时，计算值也取模值。
将测得的各AT吸上电流模值I′ATj除以短路电流模值Isc，得AT吸上电流的标幺值I′ATj*，可得故障时AT吸上电流的实际分布。
步骤三、分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，设定故障位置初值：
因故障类型未知，可分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，最后根据电流分布误差大小作为判定故障类型的依据，即认为与电流分布实际值最接近的故障类型为该次故障的类型。
优化计算需要有一个故障位置的初值；以AT吸上电流比计算出的故障位置作为初值，或将供电臂的任一位置作为初值。
步骤四、以AT吸上电流分布误差最小为优化目标进行优化，计算故障位置最终值：
根据以上分析，AT吸上电流分布的误差Iε实际上应为：
其中，IATj和I′ATj分别为第j个AT吸上电流的理论值和量测值即模值，下标中“*”表示标幺值。
以AT吸上电流分布的计算值和实际值的误差最小为优化目标，利用单纯形优化算法，调整故障位置。
步骤五、将两种情况下的AT吸上电流分布误差进行比较，其值较小的AT吸上电流分布更与量测值相符合，其相对应的故障类型即为该次故障的故障类型，其对应的位置即为该次故障的故障位置。
短路电流也可根据与短路点相连的支路电流满足电流基尔霍夫定律来求得。
优化算法的实现通过Nelder-Mead单纯形、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、鱼群算法、模拟退火算法或者其他优化算法来求得。
故障类型也可通过《不依赖于GPS对时的AT接触网故障类型和方向的判别方法》确定，以AT吸上电流分布的理论值和实际值的误差绝对值之和最小为优化目标进行优化，可求出该次故障的故障位置。
为验证本发明的有效性，结合高速铁路短路试验相关数据，对AT吸上电流法和本发明提出的方法的故障定位效果进行研究。分析表明，在电流分布一致性较好的情况下，在使用计算模型和本发明提出的故障定位算法时，定位误差在350米以内。而AT吸上电流比的故障定位误差一般在1000米以内，在整定较好的情况下故障定位误差在400米以内。
该故障定位算法较AT吸上电流比法复杂，但由于信息技术的发展，该方法的计算量并不大。在MATLAB平台下，使用Nelder-Mead单纯形算法，经0.16s即完成了相应计算。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(一)无需进行短路试验；
(二)故障定位精度较AT吸上电流比法高；
(三)本发明与AT吸上电流比法故障定位所需的电流互感器配置相同，无需增加高压设备，投资少，便于实施，既可用于新线建设和也适用于旧线改造。
附图说明
图1为本发明算法的实现流程图
图2为本发明的一个短路故障类型、故障位置的计算实例
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的实现步骤作进一步的描述。
该方法的实现步骤如图1所示，并说明如下：
步骤一、形成牵引供电系统模型：
基于多导体传输线理论或广义对称分量法建立AT牵引网的计算模型，供电线较长时，为提高故障定位精度，建模时应考虑供电线的影响。
步骤二、故障发生时，读入各电流互感器测得的电流，并计算各AT吸上电流标幺值：
当AT牵引网发生故障时，可根据导体即接触网T、正馈线F的量测电流由广义对称分量法求出实际短路电流。
对于单线AT牵引网，短路电流为：
其中，分别为从牵引变电所流向接触网T、正馈线F的电流。
对于复线AT牵引网，短路电流为：
其中，分别为从牵引变电所流向上下行接触网、正馈线的电流。
电力系统运行方式变化时，各AT吸上电流的大小也随之变化，为消除其影响，可将各AT测出的吸上电流模值I′ATj除以牵引变压器二次侧的短路电流模值Isc，得到用标幺值表示的AT吸上电流，下标中的“j”表示第j个AT，j＝1，2，3。
由于AT吸上电流的非同步性，各AT吸上电流的量测值取模值；当将其与计算值相比时，计算值也取模值。
将测得的各AT吸上电流模值I′ATj除以短路电流模值Isc，得AT吸上电流的标幺值I′ATj*，可得故障时AT吸上电流的实际分布。
步骤三、分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，设定故障位置初值：
因故障类型未知，可分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，最后根据电流分布误差大小作为判定故障类型的依据，即认为与电流分布实际值最接近的故障类型为该次故障的类型。
优化计算需要有一个故障位置的初值；可以AT吸上电流比计算出的故障位置作为初值，也可将供电臂的任一位置作为初值。
步骤四、以AT吸上电流分布误差最小为优化目标进行优化，计算故障位置最终值：
根据以上分析，AT吸上电流分布的误差Iε实际上应为：
其中，IATj和I′ATj分别为第j个AT吸上电流的理论值和量测值即模值，下标中“*”表示标幺值。
以AT吸上电流分布的计算值和实际值的误差最小为优化目标，利用Nelder-Mead单纯形优化算法，调整故障位置。
步骤五、将两种情况下的AT吸上电流分布误差进行比较，其值较小的AT吸上电流分布更与量测值相符合，其相对应的故障类型即为该次故障的故障类型，其对应的位置即为该次故障的位置。
故障类型也可通过《不依赖于GPS对时的AT接触网故障类型和方向的判别方法》其他方式确定，以AT吸上电流分布的理论值和实际值的误差绝对值之和最小为优化目标进行优化，可求出该次故障的故障位置。
某牵引变电所的某一供电臂如图2所示。
该供电臂的牵引网参数如下：(1)正线悬挂JTMH120(20kN)+CTS150(25kN)；站线悬挂JTMH95(15kN)+CTS120(15kN)；弹性吊索JTMH-35(3.5kN)；吊弦JTMH-10；供电线LBGLJ-240/30(12kN)；AF线LBGLJ-240/30(12kN)；PW线LBGLJ-120/20(10kN).设计导线高度：5300mm；结构高度：1600mm，隧道内不小于1100mm。(降低结构高度的原则如下：正线最短吊弦长度不小于500mm；其他线路最短吊弦长度不宜小于400mm)。(2)AT所、分区所距牵引变电所的距离分别为12.446km和24.852km。
某次短路试验相对牵引变电所的位置为12.418km，其电流分布如图2所示。
若按本发明提出的自动判定故障类型方法，分别假设为接触网T～钢轨R或正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，并以AT吸上电流分布的理论值和实际值的误差绝对值之和最小为优化目标进行优化。利用Nelder-Mead单纯形优化算法，可得优化后的结果如表1所示。根据电流分布误差大小可确定故障类型为接触网T～钢轨R之间发生短路，故障位置为12.142km，和实际故障位置的误差为0.276km。
根据《不依赖于GPS对时的AT接触网故障类型和方向的判别方法》易判定下行的接触网T发生接地短路故障。根据公式(2)可计算出短路电流为4905.6A。按本文提出的算法，故障位置为12.142km，和实际故障位置的误差为0.276km。
用遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、鱼群算法和模拟退火算法求得的结果与Nelder-Mead单纯形优化算法的误差小于5m。
表1某牵引网故障定位算法

Claims (3)

1.一种电气化铁路AT牵引网故障定位方法，分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，根据AT牵引网的计算模型，以AT吸上电流分布的理论值和实际值的误差最小为优化目标进行优化；比较两种短路故障情况下的电流分布误差最小值，数值较小所对应的故障类型即为该次故障的故障类型，所对应的位置即为所该次故障的故障位置；该方法的实现步骤为：
步骤一、形成牵引供电系统模型：
基于多导体传输线理论或广义对称分量法建立AT牵引网的计算模型，供电线较长时，为提高故障定位精度，建模时应考虑供电线的影响；
步骤二、故障发生时，读入各电流互感器测得的电流，并计算各AT吸上电流标幺值：
当AT牵引网发生故障时，可根据导体即接触网T、正馈线F的量测电流由广义对称分量法求出实际短路电流；
对于单线AT牵引网，短路电流为：
其中，分别为从牵引变电所流向接触网T、正馈线F的电流；
对于复线AT牵引网，短路电流为：
其中，分别为从牵引变电所流向上下行接触网T、正馈线F的电流；
电力系统运行方式变化时，各AT吸上电流的大小也随之变化，为消除其影响，可将各AT测出的吸上电流模值I′ATj除以牵引变压器二次侧的短路电流模值Isc，得到用标幺值表示的AT吸上电流，下标中的“j”表示第j个AT，j＝1，2，3；
由于AT吸上电流的非同步性，各AT吸上电流的量测值取模值；当将其与计算值相比时，计算值也取模值；
将测得的各AT吸上电流模值I′ATj除以短路电流模值Isc，得AT吸上电流的标幺值I′ATj*，可得故障时AT吸上电流的实际分布；
步骤三、分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，设定故障位置初值：
因故障类型未知，可分别假设接触网T～钢轨R之间、正馈线F～钢轨R之间发生短路故障，最后根据电流分布误差大小作为判定故障类型的依据，即认为与电流分布实际值最接近的故障类型为该次故障的类型；
优化计算需要有一个故障位置的初值；以AT吸上电流比计算出的故障位置作为初值，或将供电臂的任一位置作为初值；
步骤四、以AT吸上电流分布误差最小为优化目标进行优化，计算故障位置最终值：
根据以上分析，AT吸上电流分布的误差Iε实际上应为：
其中，IATj和I′ATj分别为第j个AT吸上电流的理论值和量测值即模值，下标中“*”表示标幺值；
以AT吸上电流分布的计算值和实际值的误差最小为优化目标，利用优化算法，调整故障位置；
步骤五、将两种情况下的AT吸上电流分布误差进行比较，其值较小的AT吸上电流分布更与量测值相符合，其相对应的故障类型即为该次故障的故障类型，其对应的位置即为该次故障的故障位置。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路AT牵引网故障定位方法，其特征在于：所述短路电流可根据与短路点相连的支路电流满足电流基尔霍夫定律来求得。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路AT牵引网故障定位方法，其特征在于：所述优化算法的实现通过Nelder-Mead单纯形、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法、鱼群算法、模拟退火算法。
CN201710957120.4A 2017-10-16 2017-10-16 一种电气化铁路at牵引网故障定位方法 Active CN107797027B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710957120.4A CN107797027B (zh) 2017-10-16 2017-10-16 一种电气化铁路at牵引网故障定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710957120.4A CN107797027B (zh) 2017-10-16 2017-10-16 一种电气化铁路at牵引网故障定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107797027A CN107797027A (zh) 2018-03-13
CN107797027B true CN107797027B (zh) 2019-02-26

Family

ID=61533835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710957120.4A Active CN107797027B (zh) 2017-10-16 2017-10-16 一种电气化铁路at牵引网故障定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107797027B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108872786B (zh) * 2018-06-15 2019-08-02 西南交通大学 一种电气化铁路at牵引网at段故障定位方法
CN109085456B (zh) * 2018-06-15 2019-08-02 西南交通大学 一种at段的用电列车位置及高阻故障位置的判别方法
CN110806526B (zh) * 2019-11-08 2021-12-07 成都交大许继电气有限责任公司 牵引供电系统馈线断路器1带2方式下的故障测距方法
CN111579925B (zh) * 2020-05-21 2021-10-08 西南交通大学 一种第四轨回流牵引供电系统的正极轨接地故障定位方法
CN112946420B (zh) * 2021-01-29 2021-11-23 西南交通大学 一种电气化铁道at段故障位置识别方法
CN112904149B (zh) * 2021-01-29 2021-11-23 西南交通大学 一种单线at双边供电牵引网故障测距计算方法
CN112946419B (zh) * 2021-01-29 2022-03-08 西南交通大学 一种电气化铁道at故障测距修正系数计算方法
CN112924815B (zh) * 2021-01-29 2022-02-08 西南交通大学 一种at供电电气化铁道故障测距计算方法
CN112557831B (zh) * 2021-02-24 2021-05-28 中国铁路设计集团有限公司 一种带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法
CN113092941A (zh) * 2021-04-09 2021-07-09 中铁第一勘察设计院集团有限公司 单线at双边供电接触网的故障定位系统及方法
CN115993507B (zh) * 2023-03-23 2023-05-30 成都交大运达电气有限公司 一种电气化铁道牵引供电系统的故障测距方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106124937A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 南京南瑞继保电气有限公司 一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统及方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3293759B2 (ja) * 1997-05-19 2002-06-17 西日本旅客鉄道株式会社 直流電鉄き電回路の故障点標定方法及び故障点標定システム
CN104375055B (zh) * 2013-08-15 2017-05-17 通用电气公司 配电网的故障定位装置及方法
CN103592573B (zh) * 2013-11-15 2015-10-07 西南交通大学 分区所处上下行牵引网不处于并联状态的故障测距方法
CN103823155A (zh) * 2014-01-27 2014-05-28 中铁第四勘察设计院集团有限公司 一种at牵引网短路故障测距方法
CN104597374B (zh) * 2014-12-26 2017-06-27 中铁第四勘察设计院集团有限公司 一种用于复线牵引网t型供电的故障判定方法
CN106443354B (zh) * 2016-11-03 2019-02-19 中铁电气化局集团有限公司 一种高铁线路故障测距方法及故障测距系统

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106124937A (zh) * 2016-08-23 2016-11-16 南京南瑞继保电气有限公司 一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107797027A (zh) 2018-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107797027B (zh) 一种电气化铁路at牵引网故障定位方法
CN106959401B (zh) 一种分布式行波测距方法
CN108548991B (zh) 一种单线电气化铁路直供牵引网的故障测距方法
CN104597374B (zh) 一种用于复线牵引网t型供电的故障判定方法
CN102135571B (zh) 超高压/特高压多回路输电线路零序阻抗抗干扰测量方法
CN106918762A (zh) 一种架空输电线路雷击电流监测方法和雷击故障识别方法
CN108872786B (zh) 一种电气化铁路at牵引网at段故障定位方法
CN103823155A (zh) 一种at牵引网短路故障测距方法
CN105652152B (zh) 一种复线直供系统接触网的故障定位方法和系统
CN103219727B (zh) 基于pmu实测的分区电网结构动态调整方法
CN108152669A (zh) 高铁维管牵引变电所提升故障测距精度的方法
CN105486978A (zh) 单相短路故障选线方法
CN110082636A (zh) 一种电力电缆故障定位方法及系统
CN109298288A (zh) 广域零序电流分布信息的配电网故障区段精确定位方法
CN110221181A (zh) 一种全并联at牵引供电系统故障at段短路点定位方法
CN109085456B (zh) 一种at段的用电列车位置及高阻故障位置的判别方法
CN110501612A (zh) 一种分布式的输电线路状态监测系统及方法
CN104535895A (zh) 基于同步采样技术的电缆架空线混合线路故障区段的方法
KR101093030B1 (ko) 교류 급전계통에서 고장 구간 양단의 전차선에 흐르는 고장전류비를 이용한 고장점 표정 시스템 및 그 방법
CN109358268A (zh) 一种不依赖于线路参数的同杆双回线精确故障测距方法
CN105699858B (zh) 一种考虑接头电阻的架空-电缆混合线路故障测距方法
CN208830072U (zh) 一种铁路线路钢轨平直度监测系统
CN111191181A (zh) 一种轨道交通多列车节能速度优化的运行能耗计算方法
CN107765098B (zh) 一种城市轨道交通轨道纵向电阻测试装置及方法
CN112364476B (zh) 对钢轨回流进行杂散电流和轨道电位特性分析的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant