CN109085456B - 一种at段的用电列车位置及高阻故障位置的判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种AT段的用电列车位置及高阻故障及判别方法，属于电气化铁路供电技术领域。通过同步测量AT段接触线和负馈线首端电压相量、电流相量、末端电压相量和电流相量，列写电路方程，解出用电列车位置和高阻故障位置x。将牵引网AT段两端电压在大于19kV的正常范围内的取流分为用电列车(牵引负荷)和高阻故障两种类型。若牵引网AT段两端电压在正常范围内，经公式计算的取流位置x是随时间变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。用于电气化铁路用电列车位置及高阻故障定位。

Description

一种AT段的用电列车位置及高阻故障位置的判别方法
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)牵引网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。
AT牵引网结构复杂，列车位置的识别虽然十分困难，但却很有意义，可以为牵引网安全运行和智能管理提供技术手段。
另外，牵引网没有备用，且暴露于大自然中，加之弓网高速接触，容易导致各类故障的发生，引起事故，影响正常运行。其中以非金属短路造成的高阻故障尤为突出，往往高阻故障发生时，牵引网电压仍在正常范围，且与牵引负荷(用电列车的负荷)难以区分，现有继电保护不能正常检测和动作，显然，如果高阻故障长期存在，造成的后果将是非常严重的。对高阻故障进行识别，对于运输效率的提高，故障的及时切除，牵引网的及时维修意义重大，以确保铁路的稳定和安全运行。
本发明提出AT段用电列车位置和高阻故障位置及其判别方法，解决用电列车位置和高阻故障判别难的技术问题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种AT段的用电列车位置与高阻故障位置的判别方法，它能有效地解决用电列车运行情况和AT牵引网供电状态的实时监控问题，有效地解决现有继电保护不能正常检测高阻故障并正确动作的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：一种AT段的用电列车位置与高阻故障位置的判别方法，设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D，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和末端电流相量设AT段中的取流位置距离AT段首端的长度为x，即距离AT段末端的长度为D-x，则通过列写电路方程可求解得取流位置x，并由如下公式(1)、(2)、(3)、(4)计算；取流位置x在[0，D/2)间时，优先选用公式(2)、(4)计算结果，取流位置x在[D/2，D]间时，优先选用公式(1)、(3)计算结果。
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。
将牵引网AT段两端电压在大于19kV的正常范围内的取流分为用电列车(牵引负荷)和高阻故障两种类型。若牵引网AT段两端电压在大于19kV的正常范围内，经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x是随时间变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。
本发明的工作原理是：
设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设在距离AT段首端x或距离AT短末端D-x km处取流，列写电路方程，解出距离AT段首端取流位置x，即由公式(1)、(2)、(3)、(4)所示。所有电流、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。在牵引网AT段两端电压在大于19kV的正常范围内，将取流分为用电列车(牵引负荷)和高阻故障两种类型。若经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x是随时间变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，即躲过停站列车自用电的混淆，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。
与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：
一、有效识别用电列车在AT段中的运行位置，上报给变电所综自和电调，有利于实时监测牵引网供电状态，提高牵引网运行与管理的自动化、智能化水平。
二、有效判别高阻故障及其位置，并发出告警或跳闸命令，及时维护，不致事故扩大，有利于安全运行。
三、用电列车和高阻故障位置的标定及其精度不受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。
四、通用性好，易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例的用电列车情形示意图。
图2是本发明实施例的FR高阻故障情形示意图。
图3是本发明实施例的TR高阻故障情形示意图。
图4是本发明实施例的TF高阻故障情形示意图。
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用电列车在距离AT段首端x km处，设该处接触线T对钢轨R电压相量为取流相量为负馈线T对钢轨R电压相量为钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为列写电路方程，求解得用电列车位置：
为了提高列车位置识别精度，列车位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，列车位置在(D/2,D]区间时，优先选用公式(1)计算结果。
将识别到的用电列车AT段中的运行位置及时上报给变电所综自和电调，并实时监测牵引网供电与状态。
如图2所示，设距离AT段首端x km处发生负馈线F和钢轨R的FR高阻短路,设该处负馈线F对钢轨R电压相量为取流相量为接触线T对钢轨R电压相量为钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为同样，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和末端电流相量列写电路方程，求解得高阻故障位置：
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)计算结果，故障位置在(D/2,D]区间时，优先选用公式(3)计算结果。
如图3所示，设距离AT段首端x km处发生接触线T和钢的TR高阻短路，设该处接触线T对钢轨R电压相量为取流相量为负馈线F对钢轨R电压相量为钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为同样，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(V)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，求解得故障位置如(1)、(2)所示。为了提高故障位置识别精度，故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，故障位置在(D/2,D]区间时，优先选用公式(1)计算结果。如果计算出的位置x随时间变化，判为列车运行；如果计算出的位置x不随时间变化，判为高阻故障，计时时间到后发出告警或跳闸命令。
如图4所示，设距离AT段首端x km处发生接触线T和负馈线F的TF高阻短路，设该处负馈线F对钢轨R电压相量为接触线T对钢轨R电压相量为取流相量为同样，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故障位置x由公式(1)、(2)、(3)、(4)、计算。为了提高故障位置识别精度，故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)计算结果，故障位置在(D/2,D]区间时，优先选用公式(1)、(3)计算结果。
将牵引网AT段两端电压在大于19kV的正常范围内的取流分为用电列车(牵引负荷)和高阻故障两种类型。若牵引网AT段两端电压在正常范围内，经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x是随时间变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。

Claims (1)

1.一种AT段的用电列车位置及高阻故障位置的判别方法，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:设AT段中的取流位置用距离AT段首端的长度x表示，则通过列写电路方程可求解得取流位置x，并由如下公式(1)、(2)、(3)、(4)计算；取流位置x在[0，D/2)间时，选用公式(2)、(4)计算结果，取流位置x在[D/2，D]间时，选用公式(1)、(3)计算结果：
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；
若牵引网AT段两端电压在大于19kV的正常范围内，经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x是随时间变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若经公式(1)、(2)、(3)、(4)计算的取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。
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