CN108872786A - 一种电气化铁路at牵引网at段故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电气化铁路AT牵引网AT段故障定位方法，通过同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量列写电路方程，解出故障位置x或D‑x。该方法可以排除牵引网结构、运行方式等因素的影响，并适用于有较大过渡电阻的非金属短路故障情形，故障定位精度高。广泛适用于电气化铁路AT牵引供电系统的故障定位。

Description

一种电气化铁路AT牵引网AT段故障定位方法
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
我国铁路建设举世瞩目，成绩斐然。截至2017年，我国铁路营业里程达到12.7万km，其中高速铁路运营里程增加到2.5万km，占世界三分之二，稳居世界第一。高速铁路无一例外地采用电力牵引。随着高速铁路里程的增加，牵引供电系统的安全、良好运行不能不受到高度重视。
AT(Auto Transformer，自耦变压器)供电方式具有更长的供电区段、更大的供电能力之优势，能够更好地满足高速铁路行车密度较大、运行速度高、供电容量大的要求，成为了我国高速铁路在现阶段的主流供电方式。
牵引网没有备用，且暴露于大自然中，加之弓网高速接触，容易导致故障的发生，引起断电，影响正常运行。高速电气化铁路AT牵引网结构复杂，故障定位困难，如果不能及时准确发现和排除故障，将延长停电时间，干扰正常运输。因此，AT牵引网故障的精确定位对于铁路的高效、安全运行意义重大，并能够带来巨大的经济和社会效益。
目前，针对AT牵引网的故障定位(测距)方法容易受到线路结构、牵引网的运行方式及供电方式等因素的影响，降低其稳定性和精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路AT牵引网AT段故障定位方法，它能有效地排除因AT牵引网结构、运行方式以及过渡电阻等因素的影响，解决AT牵引网发生短路故障时精确定位的技术问题。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D，接触线T的自阻抗为ZT，钢轨R的自阻抗为ZR，负馈线F的自阻抗为ZF，接触线T与钢轨R的互阻抗为ZTR，接触线T与负馈线F的互阻抗为ZTF，负馈线F与钢轨R的互阻抗为ZFR；同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量AT段发生短路故障时，设故障位置x为短路故障位置距离AT段首端的长度，D-x短路故障位置为距离AT段末端的长度，则列写电路方程，求解得故障位置，分别由如下公式(1)(2)(3)(4)进行计算：
式中：长度D、x的单位均为km，各种阻抗Z单位均为Ohm/km；各首端电压相量和末端电压相量的单位均为V，各首端电流相量和末端电流相量的单位均为A。
若AT段内发生接触线T和钢轨R的TR短路，则故障位置x由公式(1)(2)(3)(4)计算；故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(1)(3)计算。
若AT段内发生负馈线F和钢轨R的FR短路，则故障位置x由公式(1)(2)(3)(4)计算，其中，故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)计算，故障位置在[D/2,D)区间时，优先选用公式(1)(3)计算。
若AT段内发生接触线T和负馈线F的TF短路，则故障位置x由公式(1)(2)(3)(4)进行计算，其中故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(1)(3)计算。
本发明的工作原理是：设牵引网AT段的接触线T自阻抗为ZT，钢轨R自阻抗为ZR，负馈线F自阻抗为ZF，接触线T与钢轨R互阻抗为ZTR，接触线T与负馈线F互阻抗为ZTF，负馈线F与钢轨R互阻抗为ZFR，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量假设AT段发生某种故障，如距离AT段首端x(距离AT短末端D-x)km处，列写电路方程，解出故障位置x或D-x。TR故障，FR故障，TF故障位置由公式(1)(2)(3)(4)得到。电流、电压需用基波相量，电流、电压互感器极性需与图中标向要求一致。同时，由电路方程推导故障位置的过程中，短路点电压可以消掉，因此该故障定位方法适用于有或无过度电阻情形。
与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：
一、利用AT段两端电压、电流进行故障距离计算，适用于金属性短路和非金属性(有较大过渡电阻)短路，且均具有较高的准确性。
二、故障定位及其精度不受AT牵引网结构、运行方式等的影响，也考虑了T线与F线的互感影响。
三、通用性好，已与实施。
附图说明
图1是本发明实施例的TR短路定位示意图。
图2是本发明实施例的FR短路定位示意图。
图3是本发明实施例的TF短路定位示意图。
具体实施方式
如图1所示，设电源电压相量为系统阻抗为ZS，AT牵引网AT段长度为D，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设距离AT段首端x(距离AT短末端D-x)km处发生TR短路，列写电路方程，求解得故障位置：
式中：长度D、x的单位均为km，各种阻抗Z单位均为Ohm/km；各首端电压相量和末端电压相量的单位均为V，各首端电流相量和末端电流相量的单位均为A。
为了提高定位精度，故障位置x在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(1)计算。
如图2所示，设距离AT段首端x(距离AT短末端D-x)km处发生FR短路，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量列写电路方程，求解得故障位置：
为了提高定位精度，故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(4)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(3)计算。
如图3所示，设AT距离段首端x(距离AT短末端D-x)km处发生TF短路，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量短路位置x由公式(1)(2)(3)(4)进行计算，其中故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(4)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(3)计算。

Claims (4)

1.一种电气化铁路AT牵引网AT段故障定位方法，设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D，接触线T的自阻抗为ZT，钢轨R的自阻抗为ZR，负馈线F的自阻抗为ZF，接触线T与钢轨R的互阻抗为ZTR，接触线T与负馈线F的互阻抗为ZTF，负馈线F与钢轨R的互阻抗为ZFR；同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量其特征在于：AT段发生短路故障时，设故障位置x为短路故障位置距离AT段首端的长度，D-x短路故障位置为距离AT段末端的长度，则故障位置由公式(1)(2)(3)(4)进行计算：
式中：长度D、x的单位均为km，各种阻抗Z单位均为Ohm/km；各首端电压相量 和末端电压相量的单位均为V，各首端电流相量和末端电流相量 的单位均为A。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路AT牵引网AT段故障定位方法，其特征在于：设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D，若AT段内发生接触线T和钢轨R的TR短路，则故障位置x由公式(1)(2)(3)(4)计算；故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(1)(3)计算。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路AT牵引网AT段故障定位方法，其特征在于:若AT段内发生负馈线F和钢轨R的FR短路，则故障位置x由公式(1)(2)(3)(4)计算，其中，故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)计算，故障位置在[D/2,D)区间时，优先选用公式(1)(3)计算。
4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路AT牵引网AT段故障定位方法，其特征在于:若AT段内发生接触线T和负馈线F的TF短路，则故障位置x由公式(1)(2)(3)(4)进行计算，其中故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(1)(3)计算。
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