CN108387814B - 大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位装置及方法 - Google Patents

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Abstract

大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位装置及方法，装置包括：在每个变电站中的上行和下行接触网上，配置有2台直流牵引保护测控装置，且分别连接同一台双边联跳装置；2台直流牵引保护测控装置分别通过直流变送器连接到对应间隔的分流器上采集电流、以及接触网对钢轨及地的电压；一端的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第二根电缆分别将电压信息和传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第三根电缆将电流信息传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置；各变电站之间双边联跳装置相互连接。本发明可减少成本缩短故障时间，减少对行车影响提高效率。

Description

大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位装置及 方法
技术领域
本发明涉及一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位装置。本发明还涉及一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位方法。
背景技术
现在，地铁供电系统不再是单端供电方式或简单的双端供电方式，而是大小双边切换的双端供电方式，其供电系统也就相应的变复杂。供电系统发生故障时，快速、准确地找到故障就显得非常困难。
现有技术就是在故障发生后，通过人力去现场检测。如此，需要花费巨大的人力物力成本，且故障发现时间无法预计，对行车影响巨大，降低了运输效率。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种大小双边切换供电方式的城市轨道交通接触网故障定位装置。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种大小双边切换供电方式的城市轨道交通接触网故障定位的方法。
采用本发明的装置和方法对大小双边切换供电方式的城市轨道交通接触网故障进行定位，可以大大减少因寻找故障点而发生的人力物力成本问题，缩短故障时间，减少对行车的影响，提高运输效率。
解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案。
一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位装置，所述的接触网分由若干个变电站供电，每个变电站的接触网又分为上、下行接触网，每个变电站的上、下行接触网分别连接一个间隔，间隔中设有分流器，其特征是：所述的装置包括：
在每个变电站中的上行接触网上(以图1的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)，且分别连接同一台双边联跳装置(3.2)；
所述的2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)分别通过直流变送器(1.2和1.3)连接到对应间隔(211和213)的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器(1.2和1.3)、本侧的上行接触网上的直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)；
同样：
在每个变电站中的下行接触网上(以图1的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)，且分别连接同一台双边联跳装置(3.5)；
所述的2台直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)分别通过直流变送器(1.6和1.7)连接到对应间隔(212和214)的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器(1.6和1.7)、本侧的下行接触网上的直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)；
所述的各变电站之间的双边联跳装置相互连接；
以下分为两种结构：
一是：在每个变电站中，一端(靠近相邻变电站为端)的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息i1传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第二根电缆分别将电压信息u+-和u+GND传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第三根电缆将电流信息i1传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置(这个电流数据信息对B站213间隔上的DCR150来说是i1、对214间隔上的DCR150来说是i3)；
二是：在每个变电站中，一端(靠近相邻变电站为端)的上行和下行接触网上的直流变送器通过一根电缆分别将电流、电压信息u+-和u+GND传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过另一根电缆将电流信息i1传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置(这个电流数据信息对B站213间隔上的DCR150来说是i1、对214间隔上的DCR150来说是i3)；
第一种结构的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息通过光纤传输给双边联跳装置，每个变电站中直流牵引保护测控装置与双边联跳装置也采用光纤通信，以便装置能实时获取测量数据，保证装置在故障发生后的短时间内得出测量结果以及结果的精确度；每个变电站中的直流变送器与直流牵引保护测控装置之间采用电缆连接，由于相连的两台装置之间的距离近，所以用电缆连接不会影响信息传输的实时性。
第二种结构的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息进行处理并计算出故障测距结果，同时通过光纤与双边联跳装置将电流、电压数据信息进行互传，各装置之间采用光纤连接，在保证信息传输的同步性与实时性的同时，又简化装置之间的通信连接。
所述的直流牵引保护测控装置型号为DCR150、双边联跳装置型号为FMT100、直流变送器型号为DCS100。
解决上述第二个技术问题，本发明有两种可采用的技术方案。
第一种：一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位方法，所述的接触网分由若干个变电站供电，每个变电站的接触网又分为上、下行接触网，每个变电站的上、下行接触网分别连接1个间隔，间隔中设有分流器，其特征是：所述的方法包括以下步骤：
S1，在每个变电站中的上行接触网上(以图1的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)，且分别连接同一台双边联跳装置(3.2)；
所述的2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)分别通过直流变送器(1.2和1.3)连接到对应间隔(211和213)的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器(1.2和1.3)、本侧的上行接触网上的直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)；
同样：
在每个变电站中的下行接触网上(以图1的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)，且分别连接同一台双边联跳装置(3.5)；
所述的2台直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)分别通过直流变送器(1.6和1.7)连接到对应间隔(212和214)的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器(1.6和1.7)、本侧的下行接触网上的直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)；
在每个变电站中，一端(靠近相邻变电站为端)的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息i1传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第二根电缆分别将电压信息u+-和u+GND传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第三根电缆将电流信息i1传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置(这个电流数据信息对B站213间隔上的DCR150来说是i1、对214间隔上的DCR150来说是i3)；
所述的各变电站之间的双边联跳装置相互连接；
S2，由直流变送器采集分流器上的电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压，将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器本侧上、下行接触网上的直流牵引保护测控装置；
所述的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息通过光纤传输给双边联跳装置，每个变电站与变电站之间的双边联跳装置之间通过光纤进行数据信息互传，每个变电站中直流牵引保护测控装置与双边联跳装置也采用光纤通信，以便装置能实时获取测量数据，保证装置在故障发生后的短时间内得出测量结果以及结果的精确度；每个变电站中的直流变送器与直流牵引保护测控装置之间采用电缆连接，由于相连的两台装置之间的距离近，所以用电缆连接不会影响信息传输的实时性；
S3，设计、升级了直流牵引保护测控装置；
1)增加1路电压输入；(参见图6，在A模拟量的接线端子处增加，输入的是采集电压)
2)保留1路电压输入；(参见图6，在A模拟量的接线端子处，输入的是采集电压)
3)增加1路电流输入；(参见图6，在A模拟量的接线端子处增加，输入的是采集电流)
4)保留1路电流输入；(参见图6，在A模拟量的接线端子处，输入的是采集电流)
5)增加1对光纤输入/输出；(参见图6，在C通讯接口的接线端子处，输入/输出的是数据量)
6)增加光纤通信板与CPU板的通信；(增加一块电路板)
7)增加数据同步算法软件代码；(乒乓法)
8)增加故障定位算法；
S4,设计、升级了双边联跳装置：
保留2对光纤输入/输出，增加2对光纤输入/输出，实现与DCR150的通信；(在装置的光纤接口处增加两个TX/RX)；
S5，设计、升级了直流变送器DCS100
1)保留1路电流输入；
2)保留1路电压输入；
3)增加1路电压输入；
4)保留2路电流输出；
5)保留2路电压输出；
6)相应软件升级；
S6，设计了一种数据同步算法，在直流牵引保护测控装置中通过乒乓法来接收数据，用以保证接收的供电区间两端数据的同步性；其中一个终端(直流牵引保护测控装置)选择为时间基准终端并设置为主站，另一个终端(直流变送器)设置为子站；
主子站是为了采样时间同步的方便而设置；时间同步利用一个数据帧接收时间执行；为了执行子站的时间同步，主站将时间信号发到子站并且子站继电器的采样时间与子站接收时间同步。
第二种：一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位方法，所述的接触网分由若干个变电站供电，每个变电站的接触网又分为上、下行接触网，每个变电站的上、下行接触网分别连接1个间隔，间隔中设有分流器，其特征是：所述的方法包括以下步骤：
S1，在每个变电站中的上行接触网上(以图2的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)，且分别连接同一台双边联跳装置(3.2)；
所述的2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)分别通过直流变送器(1.2和1.3)连接到对应间隔(211和213)的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器(1.2和1.3)、本侧的上行接触网上的直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)；
同样：
在每个变电站中的下行接触网上(以图2的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)，且分别连接同一台双边联跳装置(3.5)；
所述的2台直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)分别通过直流变送器(1.6和1.7)连接到对应间隔(212和214)的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器(1.6和1.7)、本侧的下行接触网上的直流牵引保护测控装置(2.6和2.7)；
在所述变电站中，一端(靠近相邻变电站为端)的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息i1传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第二根电缆分别将电压信息u+-和u+GND传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第三根电缆将电流信息i1传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置(这个电流数据信息对B站213间隔上的DCR150来说是i1、对214间隔上的DCR150来说是i3)；
所述的各变电站之间的双边联跳装置相互连接；
S2，由直流变送器采集分流器上的电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压，将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器本侧上、下行接触网上的直流牵引保护测控装置；
所述的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息进行处理并计算出故障测距结果，同时通过光纤与双边联跳装置将电流、电压数据信息进行互传，双边联跳装置之间通过光纤进行数据信息互传；各装置之间采用光纤连接，在保证信息传输的同步性与实时性的同时，又简化装置之间的通信连接；
S3，设计、升级了直流牵引保护测控装置；
1)增加1对光纤输入/输出，参见图6，在C通讯接口的接线端子处，输入/输出的数据量；
2)增加2路光纤输入，参见图6，在C通讯接口的接线端子处，输入的是数据量；
3)增加光纤通信板与CPU板通信，在主板上增加一块光纤通信板；
4)增加故障定位算法；
S4,设计、升级了双边联跳装置：
保留2对光纤输入/输出，增加2对光纤输入/输出，实现与DCR150的通信；(在装置的光纤接口处增加两个TX/RX)；
S5，设计、升级了直流变送器DCS100
1)增加GPS对时，提高传输数据的同步性；
2)保留1路电流输入；
3)保留1路电压输入；
4)增加1路电压输入；
5)增加2路光纤输出。
S6，设计了一种数据同步算法，在直流牵引保护测控装置中通过乒乓法来接收数据，用以保证接收的供电区间两端数据的同步性；其中一个终端(直流牵引保护测控装置)选择为时间基准终端并设置为主站，另一个终端(直流变送器)设置为子站；
主子站是为了采样时间同步的方便而设置；时间同步利用一个数据帧接收时间执行；为了执行子站的时间同步，主站将时间信号发到子站并且子站继电器的采样时间与子站接收时间同步。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明能够使地铁维修人员在故障发生后，短时间内找到故障点，及时清除故障。提高地铁维修人员对接触网短路故障的维修效率和地铁运行的安全性与可靠性。
综上所述，本发明设计的接触网故障测距实现方案既解决了地铁维修人员寻找接触网故障点困难的问题，同时也填补了国内外没有具有故障测距功能装置的空白。本设计中的装置是在以往的符合地铁运行要求的装置的基础上进行升级而成，因此本发明具有可靠、经济、有效、安全、实用等特点。
附图说明
图1为本发明的装置方案一；
图2为本发明的装置方案二；
图3为本发明设计的乒乓法；
图4为接触网对钢轨故障等效原理图；
图5为接触网对地故障等效原理图；
图6为直流牵引保护测控装置接线端子图；
图7为双边联跳装置端子示意图；
图8为直流变送器端子示意图。
图中：
I-电流数字信息；
U-电压数字信息；
2.1/2.2/2.3/2.4/2.5/2.6/2.7/2.8-第一至第八直流牵引保护测控装置；3.1/3.2/3.3/3.4/3.5/3.6-第一至第六双边联跳装置；
1.1/1.2/1.3/1.4/1.5/1.6/1.7/1.8-第一至第八直流变送器；
u+--正极对负极的电压(接触网对钢轨的电压)；
u+GND-正极对地的电压(接触网对地的电压)；
i1-接触网电流；
i3-传输给对侧的电流；
BI-光纤中传递的开关量；
Figure BDA0001546862170000101
光纤；
-电缆；
Figure BDA0001546862170000111
-正极对地的电压(接触网对地的电压)；
Figure BDA0001546862170000112
-正极对负极的电压(接触网对钢轨的电压)
Rc、Lc分别为供电区接触网电阻、电感；
Rr、Lr分别为钢轨网电阻、电感；
u+-1、u+-2为接触网对钢轨的电压；
i1、i2为第一回路电流；
Rf为过渡电阻；
i3、i3’为第二回路支路电流。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：
本发明的装置的组成和相互之间的连接及通信如图1和图2所示，即每个变电站中，单行接触网上放置2台直流牵引保护测控装置，这2台装置连接同1台双边联跳装置并且通信，但这2台装置之间不直接连接及通信。站与站之间通过双边联跳装置连接及通信。
图中的U、I的具体值如表1所示。
表1为本发明图1中U、I的说明
Figure BDA0001546862170000113
本装置有2种结构，分别如图1和图2所示，这2种装置配置一样，但他们之间的信息通信不一样。具体为：
A站与B站之间：
A站的供电柜与上、下行接触网之间各配置1台直流牵引保护测控装置2.1/2.5和1台直流变送器1.1/1.5；
B站的供电柜与上、下行接触网之间各配置1台直流牵引保护测控装置2.2/2.3和1台直流变送器1.2/1.3；
合计共4台直流牵引保护测控装置和4台直流变送器；
B站与C站之间：
B站的供电柜与上、下行接触网之间各配置1台直流牵引保护测控装置2.3/2.7和1台直流变送器1.3/1.7；
C站的供电柜与上、下行接触网之间各配置1台直流牵引保护测控装置2.4/2.8和1台直流变送器1.4/1.8；
合计共4台直流牵引保护测控装置和4台直流变送器；
在A站两侧的上行接触网之间放置1台双边联跳装置3.1，下行接触网两侧之间放置1台双边联跳装置3.4，共2台双边联跳装置；在B站，C站两侧的双边联跳装置放置同A站两侧一样，共4台双边联跳装置3.2/3.3/3.5/3.6。
总共8台直流牵引保护测控装置、8台直流变送器和6台双边联跳装置。
接触网分由若干个变电站供电，每个变电站的接触网又分为上、下行接触网，每个变电站的上、下行接触网分别连接一个间隔，间隔中设有分流器。
本发明的大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位装置实施例，其包括：
在每个变电站中的上行接触网上(以图1的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)，且分别连接同一台双边联跳装置(3.2)；
所述的2台直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)分别通过直流变送器(1.2和1.3)连接到对应间隔(211和213)的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器(1.2和1.3)、本侧的上行接触网上的直流牵引保护测控装置(2.2和2.3)；
同样：
在每个变电站中的下行接触网上(以图1的B站为例)，配置有2台直流牵引保护测控装置2.6和2.7，且分别连接同一台双边联跳装置3.5；
2台直流牵引保护测控装置2.6和2.7分别通过直流变送器1.6和1.7连接到对应间隔212和214的分流器(和直流变送器相连的小方块)上采集电流、以及接触网对钢轨及地(正极对负极与正极对地)的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器1.6和1.7、本侧的下行接触网上的直流牵引保护测控装置2.6和2.7；
各变电站之间的双边联跳装置相互连接；
以下分为两种结构：
一是：在每个变电站中，一端(靠近相邻变电站为端)的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息i1传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第二根电缆分别将电压信息u+-和u+GND传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第三根电缆将电流信息i1传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置(这个电流数据信息对B站213间隔上的DCR150来说是i1、对214间隔上的DCR150来说是i3)；
二是：在每个变电站中，一端(靠近相邻变电站为端)的上行和下行接触网上的直流变送器通过一根电缆分别将电流、电压信息u+-和u+GND传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过另一根电缆将电流信息i1传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置(这个电流数据信息对B站213间隔上的DCR150来说是i1、对214间隔上的DCR150来说是i3)；
第一种结构的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息通过光纤传输给双边联跳装置，每个变电站中直流牵引保护测控装置与双边联跳装置也采用光纤通信，以便装置能实时获取测量数据，保证装置在故障发生后的短时间内得出测量结果以及结果的精确度；每个变电站中的直流变送器与直流牵引保护测控装置之间采用电缆连接，由于相连的两台装置之间的距离近，所以用电缆连接不会影响信息传输的实时性。
第二种结构的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息进行处理并计算出故障测距结果，同时通过光纤与双边联跳装置将电流、电压数据信息进行互传，各装置之间采用光纤连接，在保证信息传输的同步性与实时性的同时，又简化装置之间的通信连接。
第一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位方法，包括以下步骤：
1、如图1所示，以A站213间隔为例，其余间隔相同。A站213间隔的DCS100通过分流器直接采集接触网上的电流i1，通过变电站的进线柜与负极柜测量接触网对钢轨的电压u+-，即正极对负极的电压。通过变电站的进线柜与排流柜测量接触网对地的电压u+GND，即正极对地的电压。DCS100与同一间隔的DCR150之间连接2根电缆，1根电缆将电流信息i1传输给DCR150，2根电缆分别将电压信息u+-和u+GND传输给DCR150。DCS100与A站214间隔上的DCR150之间连接1根电缆，用以将电流信息i1传输给DCR150，这个电流数据信息对A站214间隔上的DCR150来说是i3。A站213间隔的DCR150与同一间隔的FMT100之间用2根光纤连接，1根光纤将DCR150的信息i1、i3、u+-和u+GND传输给FMT100，1根光纤将FMT100的信息i1、i3、u+-和u+GND传输给DCR150。A站上行接触网的FMT100与B站上行接触网的FMT100用2根光纤连接，传输的信息为：i1、i3、u+-和u+GND。
2、第二种方法如图2所示，以A站213间隔为例，其余间隔相同。A站213间隔上的DCS100通过分流器直接采集接触网上的电流i1，通过变电站的进线柜与负极柜测量接触网对钢轨的电压u+-，即正极对负极的电压。通过变电站的进线柜与排流柜测量接触网对地的电压u+GND，即正极对地的电压。A站213间隔的DCS100与同一间隔上的DCR150之间连接1根光纤，将电流信息i1和电压信息u+-、u+GND传输给DCR150。A站213间隔的DCS100与A站214间隔上的DCR150之间连接1根光纤，将电流信息i1传输给DCR150，这个电流数据信息对A站214间隔上的DCR150来说是i3。A站213间隔上的DCR150与A站213间隔上的FMT100之间用2根光纤连接，1根将DCR150的信息i1、i3、u+-和u+GND传输给FMT100，1根将FMT100的信息i1、i3、u+-和u+GND传输给DCR150。A站上行接触网的FMT100与B站上行接触网的FMT100用2根光纤连接，传输的信息为：i1、i3、u+-和u+GND。
第一，升级直流牵引保护测控装置DCR150
针对第一种方法：
1)保留1路电流输入，接收来自同一间隔DCS100的i1；
2)增加1路电流输入，接收来自同站对侧间隔DCS100的i3；
3)保留1路电压输入，接收来自同一间隔DCS100的u+-；
4)增加1路电压输入，接收来自同一间隔DCS100的u+GND；
5)增加1对光纤输入/输出，连接双边联跳装置，传输的信息为：i1、i3、u+-和u+GND；
6)增加光纤通信板与CPU板的通信，如图6所示；
7)增加数据同步算法软件代码，乒乓法，其原理如图7所示。将直流变送器选择为时间基准终端并设置为主站。与之直接连接的另一接触网上的直流牵引保护测控装置设置为子站。主子站是为了采样时间同步的方便而设置。时间同步利用一个数据帧接收时间执行。为了执行子站的时间同步，主站将时间信号发到子站并且子站继电器的采样时间与子站接收时间同步；
8)增加故障定位算法；
对于接触网对钢轨故障，如图5所示是接触网对钢轨故障等效原理图。
将供电区间m端与n端之间的上下行接触网等效为两条并联的接触网等效线路，长度为D，两端为a节点和b节点，Rc、Lc分别为接触网等效线路的电阻、电感；
同样，将供电区间m端与n端之间的钢轨等效为一钢轨等效线路，长度为D，两端为m端与n端，Rr、Lr分别为钢轨等效线路的电阻、电感；
m端供电系统为依次串联的Ueqm、Reqm和Leqm，Leqm端和Ueqm端分别连接接触网等效线路的a节点和钢轨等效线路的m端；
n端供电系统为依次串联的Ueqn、Reqn和Leqn，Leqn端和Ueqn端分别连接接触网等效线路的b节点和钢轨等效线路的n端；
其中：Ueqm、Reqm和Leqm为m端供电系统的电源、内电阻和内电感；Ueqn、Reqn和Leqn为n端供电系统的电源、内电阻和内电感；
设：在上行或下行接触网等效线路与钢轨等效线路之间，发生相互接触故障，接触网等效线路故障点为c、钢轨等效线路故障点为d；且c点和d点之间的过渡电阻为Rf；
x为故障点c点(或d)距离a节点距离与故障区间长度(令为1)的比值，则：a节点至c点的接触网等效线路电阻、电感分别为x Rc、xLc；c点距离b节点的接触网等效线路电阻、电感分别为(1-x)Rc、(1-x)Lc；a节点至c点的钢轨等效线路电阻、电感分别为x Rr、xLr；c点距离b节点的钢轨等效线路电阻、电感分别为(1-x)Rr、(1-x)Lr；
根据基尔霍夫第二定律，图5中1回路，所增加经整理后的算法如公式(1)，下式中：X为故障点发生的地点离测量装置本侧的距离；D为故障区间长度。
Figure BDA0001546862170000171
根据基尔霍夫第二定律，图5中2回路，所增加经整理后的算法如公式(2)，即：利用接触网测距以及接触网与钢轨测距。下式中：X为故障点发生的地点离测量装置本侧的距离；D为故障区间长度。
Figure BDA0001546862170000172
对于接触网对地(正极对地)故障，针对图6所示的接触网对地(正极对地)故障等效原理图，
将供电区间m端与n端之间的上下行接触网等效为两条并联的接触网等效线路，长度为D，两端为a节点和b节点，Rc、Lc分别为接触网等效线路的电阻、电感；
m端供电系统为依次串联的Ueqm、Reqm和Leqm，Leqm端和Ueqm端分别连接接触网等效线路的a节点和接地；
n端供电系统为依次串联的Ueqn、Reqn和Leqn，Leqn端和Ueqn端分别连接接触网等效线路的b节点和接地；
其中：Ueqm、Reqm和Leqm为m端供电系统的电源、内电阻和内电感；
Ueqn、Reqn和Leqn为n端供电系统的电源、内电阻和内电感；
计算故障点离m端和n端的距离；
设：在上行或下行接触网等效线路与地之间，发生接地故障，故障点为c；
x为故障点c点距离a节点距离与故障区间长度的比值，则：a节点至c点的接触网等效线路电阻、电感分别为x Rc、xLc；c点距离b节点的接触网等效线路电阻、电感分别为(1-x)Rc、(1-x)Lc；
式中：Rc、Lc分别为供电区间接触网电阻、电感；
u+GNDm、u+GNDn为m、n两端接触网对大地的电压；
Rf为过渡电阻；
iab为节点a到节点b的电流；
iba为节点b到节点a的电流；
xmf、xnf为故障点发生的地点离m、n两端的距离与故障区间长度的比值：
即：利用接触网与地测距，所增加的算法如公式(3)所示。下式中：
X为故障点发生的地点离测量装置本侧的距离；D为故障区间长度。
Figure BDA0001546862170000191
上述3个公式中的i1、i2、i3、i3’、u+-1、u+-2、u+GND1和u+GND2是上述装置配置方案中(以A站213间隔与B站211间隔，A站213间隔采集的电流为i1为例，其余间隔以此类推)：i1是A站213间隔采集的电流i1、i2是B站211间隔采集的电流i1、i3是A站214间隔采集的电流i1、i3’是B站212间隔采集的电流i1、u+-1是A站213间隔采集的电压u+-、u+-2是B站211间隔采集的电压u+-、u+GND1是A站213间隔采集的电压u+GND、u+GND2是B站211间隔采集的电压u+GND。D可以通过测量接触网线长而得。RC、LC、Rr、Lr均可以通过现场测试得到。
针对第二种方法：
1)增加1对光纤输入/输出，与FMT100连接，传输的信息为：i1、i3、u+-和u+GND；
2)增加1路光纤输入，接收来自同一间隔DCS100的i1、u+-和u+GND；
3)增加1路光纤输入，接收来自同站对侧间隔DCS100的i3；
4)增加光纤通信板与CPU板通信，如图6所示；
5)增加故障定位算法(同针对测距实现方案一，升级DCR150中的故障定位算法)。
第二，升级双边联跳装置FMT100
针对2种方法，设计的FMT100升级方案都是一样的，在FMT100中增加2对光纤输入/输出，实现与同站同侧的2台DCR150的通信。
第三，升级直流变送器DCS100
针对第一种方法：
1)保留1路采集电流i1输入；
2)保留1路采集电压u+-输入；
3)增加1路采集电压u+GND输入；
4)保留1路电流输出，将i1传输给同一间隔的DCR150；
5)保留1路电压输出，将u+-传输给同一间隔的DCR150；
6)保留1路电压输出，将u+GND传输给同一间隔的DCR150；
7)保留1路电流输出，将i1传输给同站对侧间隔的DCR150。针对第二种方法：
1)保留1路采集电流i1输入；
2)保留1路采集电压u+-输入；
3)增加1路采集电压u+GND输入；
4)保留1路光纤输出，将i1传输给同一间隔的DCR150；
5)保留1路光纤输出，将i1传输给同站对侧间隔的DCR150。

Claims (1)

1.一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位装置，所述的接触网分由若干个变电站供电，每个变电站的接触网又分为上、下行接触网，每个变电站的上、下行接触网分别连接一个间隔，间隔中设有分流器，其特征是：所述的装置包括：
在每个变电站中的上行接触网上，配置有2台直流牵引保护测控装置，且分别连接同一台双边联跳装置；
所述的2台直流牵引保护测控装置分别通过直流变送器连接到对应间隔的分流器上采集电流、以及接触网对钢轨及地的电压；
在每个变电站中的下行接触网上，配置有2台直流牵引保护测控装置，且分别连接同一台双边联跳装置；
所述的2台直流牵引保护测控装置分别通过直流变送器连接到对应间隔的分流器上采集电流、以及接触网对钢轨及地的电压；
所述的各变电站之间的双边联跳装置相互连接；
以下可分为两种结构：
一是在每个变电站中，一端的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、 通过第二根电缆将电压信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、 通过第三根电缆将电流信息传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置；
二是在每个变电站中，一端的上行和下行接触网上的直流变送器通过一根电缆分别将电流、电压信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过另一根电缆将电流信息传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置。
2-一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位方法，所述的接触网分由若干个变电站供电，每个变电站的接触网又分为上、下行接触网，每个变电站的上、下行接触网分别连接1个间隔，间隔中设有分流器，其特征是：所述的方法包括以下步骤：
S1，在每个变电站中的上行接触网上，配置有2台直流牵引保护测控装置，且分别连接同一台双边联跳装置；
所述的2台直流牵引保护测控装置分别通过直流变送器连接到对应间隔的分流器上采集电流、以及接触网对钢轨及地的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器、本侧的上行接触网上的直流牵引保护测控装置；
同样：
在每个变电站中的下行接触网上，配置有2台直流牵引保护测控装置，且分别连接同一台双边联跳装置；
所述的2台直流牵引保护测控装置分别通过直流变送器连接到对应间隔的分流器上采集电流、以及接触网对钢轨及地的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器、本侧的下行接触网上的直流牵引保护测控装置；
在每个变电站中，一端的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第二根电缆分别将电压信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第三根电缆将电流信息传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置；
所述的各变电站之间的双边联跳装置相互连接；
S2，由直流变送器采集分流器上的电流、以及接触网对钢轨及地的电压，将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器本侧上、下行接触网上的直流牵引保护测控装置；
所述的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息通过光纤传输给双边联跳装置，每个变电站与变电站之间的双边联跳装置之间通过光纤进行数据信息互传，每个变电站中直流牵引保护测控装置与双边联跳装置也采用光纤通信，每个变电站中的直流变送器与直流牵引保护测控装置之间采用电缆连接；
S3，设计、升级了直流牵引保护测控装置：
1) 增加1路电压输入：在A模拟量的接线端子处增加，输入的是采集电压；
2) 保留1路电压输入：在A模拟量的接线端子处，输入的是采集电压；
3) 增加1路电流输入：在A模拟量的接线端子处增加，输入的是采集电流；
4) 保留1路电流输入：在A模拟量的接线端子处，输入的是采集电流；
5) 增加1对光纤输入/输出：在C通讯接口的接线端子处，输入/输出的是数据量；
6) 增加光纤通信板与CPU板的通信：增加一块电路板；
7) 增加数据同步算法软件代码：乒乓法；
8) 增加故障定位算法；
S4,设计、升级了双边联跳装置：
保留2对光纤输入/输出，增加2对光纤输入/输出，实现与DCR150的通信；
S5，设计、升级了直流变送器：
1) 保留1路电流输入；
2) 保留1路电压输入；
3) 增加1路电压输入；
4) 保留2路电流输出；
5) 保留2路电压输出；
6) 相应软件升级；
S6，设计了一种数据同步算法，在直流牵引保护测控装置中通过乒乓法来接收数据，用以保证接收的供电区间两端数据的同步性；其中直流牵引保护测控装置的一个终端选择为时间基准终端并设置为主站、另一个直流变送器的终端设置为子站；
主子站是为了采样时间同步的方便而设置；时间同步利用一个数据帧接收时间执行；为了执行子站的时间同步，主站将时间信号发到子站并且子站继电器的采样时间与子站接收时间同步。
3-一种大小双边切换供电的城市轨道交通接触网故障定位方法，所述的接触网分由若干个变电站供电，每个变电站的接触网又分为上、下行接触网，每个变电站的上、下行接触网分别连接1个间隔，间隔中设有分流器，其特征是：所述的方法包括以下步骤：
S1，在每个变电站中的上行接触网上，配置有2台直流牵引保护测控装置，且分别连接同一台双边联跳装置；
所述的2台直流牵引保护测控装置分别通过直流变送器连接到对应间隔的分流器上采集电流、以及接触网对钢轨及地的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器、本侧的上行接触网上的直流牵引保护测控装置；
同样：
在每个变电站中的下行接触网上，配置有2台直流牵引保护测控装置，且分别连接同一台双边联跳装置；
所述的2台直流牵引保护测控装置分别通过直流变送器连接到对应间隔的分流器上采集电流、以及接触网对钢轨及地的电压；并将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器、本侧的下行接触网上的直流牵引保护测控装置；
在所述变电站中，一端的上行和下行接触网上的直流变送器通过第一根电缆将电流信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第二根电缆分别将电压信息传输给对应的直流牵引保护测控装置、通过第三根电缆将电流信息i1传输给同变电站同端的下行和上行接触网上的直流牵引保护测控装置；
所述的各变电站之间的双边联跳装置相互连接；
S2，由直流变送器采集分流器上的电流、以及接触网对钢轨及地的电压，将采集到的电流、电压通过电缆传输给直流变送器本侧上、下行接触网上的直流牵引保护测控装置；
所述的直流牵引保护测控装置将接收到的电流、电压数据信息进行处理并计算出故障测距结果，同时通过光纤与双边联跳装置将电流、电压数据信息进行互传，双边联跳装置之间通过光纤进行数据信息互传；各装置之间采用光纤连接，在保证信息传输的同步性与实时性的同时，又简化装置之间的通信连接；
S3，设计、升级了直流牵引保护测控装置；
1) 增加1对光纤输入/输出，在C通讯接口的接线端子处，输入/输出的数据量；
2) 增加2路光纤输入，在C通讯接口的接线端子处，输入的是数据量；
3) 增加光纤通信板与CPU板通信，在主板上增加一块光纤通信板；
4) 增加故障定位算法；
S4,设计、升级了双边联跳装置：
保留2对光纤输入/输出，增加2对光纤输入/输出，实现与DCR150的通信；
S5，设计、升级了直流变送器DCS100
1) 增加GPS对时，提高传输数据的同步性；
2) 保留1路电流输入；
3) 保留1路电压输入；
4) 增加1路电压输入；
5) 增加2路光纤输出
S6，设计了一种数据同步算法，在直流牵引保护测控装置中通过乒乓法来接收数据，用以保证接收的供电区间两端数据的同步性；其中直流牵引保护测控装置的一个终端选择为时间基准终端并设置为主站，另一个直流变送器的终端设置为子站；
主子站是为了采样时间同步的方便而设置；时间同步利用一个数据帧接收时间执行；为了执行子站的时间同步， 主站将时间信号发到子站并且子站继电器的采样时间与子站接收时间同步。
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