CN109283438B - 铁路远动主站贯通线故障定位方法 - Google Patents

铁路远动主站贯通线故障定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁路远动主站贯通线故障定位方法，要解决的技术问题是确保铁路线路的正常供电。本发明包括以下步骤：建立铁路贯通线结构模型建立远动主站与远动终端单元的通信连接，发生故障时，远动终端单元向远动主站发送故障报告，远动主站将整条铁路贯通线沿线远动终端单元的故障录波文件全部收集到主站，对每个节点进行故障标识，逐一分析节点，确定故障区间。本发明与现有技术相比，利用远动主站，提取故障录波文件中故障时刻电压电流故障分量的各序分量，结合铁路贯通线模型结构关系进行分析，判断出故障所在的区间，无需使用专门的故障定位装置，可以减少铁路供电设备的建设成本，确保铁路线路的正常供电。

Description

铁路远动主站贯通线故障定位方法
技术领域
本发明涉及一种铁路电力系统的故障定位方法，特别是一种采用远动主站实现定位铁路贯通线故障的方法。
背景技术
随着中国铁路事业的快速发展，铁路供电远动系统已经在铁路供电系统中得到大量应用，作为电力设备的一部分，在其运行过程中发挥着重要作用。铁路供电远动系统设有主站系统(远动主站、主站)和远动终端单元RTU，RTU用于对贯通线沿线供电设备进行监视、控制、测量、故障录波；远动主站是部署在供电调度中心的计算机系统，通过网络与RTU建立通信连接，接入RTU数据，用于对各供电处所进行远距离监视、控制、测量。铁路自闭与贯通线路是铁路电力系统的重要组成部分，承担着为铁路信号设备(信号设备)供电和铁路沿线小车站的生活供电任务。铁路信号设备的正常运转是确保列车准点、安全运行的重要保证，因此对自闭与贯通线路的可靠供电就显得尤为重要。一旦发生了故障，必须尽快找到故障点，及时排除故障，确保铁路线路的正常供电，保障列车行车安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁路远动主站贯通线故障定位方法，要解决的技术问题是确保铁路线路的正常供电。
本发明采用以下技术方案：一种铁路远动主站贯通线故障定位方法，包括以下步骤：
一、建立铁路贯通线结构模型
在电源之间的铁路贯通线沿线上设置的开关形成铁路贯通线结构的节点，开关处设置有远动终端单元，远动终端单元具备有故障录波功能；
二、建立远动主站与远动终端单元的通信连接
在铁路供电段调度中心控制室设置有远动主站，建立远动主站与远动终端单元的通信连接；
三、故障点区间定位，包括以下步骤：
(1)发生故障时，各开关处的远动终端单元检测到有零序电流存在，启动故障录波工作，得到故障录波文件，向远动主站发送故障报告；
(2)远动主站接收到故障报告后，提取远动终端单元地址，结合铁路贯通线模型，将整条铁路贯通线沿线远动终端单元的故障录波文件全部收集到主站；
(3)远动主站从电源开始，依次分析各节点的故障录波文件，对每个节点进行故障标识，
同时满足式(1)和式(2)，认定故障时刻从第k个周波开始：
I0(k)＞k1I0avg(k-1) (1)
ΔI0(k)＞k2ΔI0(k-1) (2)
式(1)和式(2)中，I0(k)表示铁路贯通线第k个周波的零序电流有效值，I0avg(k-1)表示铁路贯通线前k-1个周波的零序电流有效值的均值，ΔI0(k)为I0(k)与I0(k-1)之差，k1取值为1.2，k2取值为2.0；
记录下此时的零序电流有效值为I0cmp，取从k开始3个周波内零序电流有效值均值I0avg与I0cmp作比较，满足：
I0avg＞k3I0cmp (3)
确定故障时刻为第k个周波，式(3)中，k3取值为0.2；
(4)逐一分析节点，确定故障区间，远动主站对节点进行故障标识后，提取故障录波文件中故障时刻电压、电流故障分量的各序分量，进行分析后标识：
零序电压超前零序电流90°，标识该节点为下游线路故障节点；
零序电压滞后零序电流90°，标识该节点为上游线路故障节点；
依次分析每一个节点的故障录波文件，由相连的下游故障节点和上游故障节点确定发生故障的节点区间。
本发明的步骤一的电源是配电所的变压器，所述开关是出口开关、分段开关和联络开关。
本发明的步骤二在铁路供电段调度中心控制室的铁路供电远动系统内设置远动主站。
本发明的远动主站与远动终端单元的通信，按铁总运[2015]88号《铁路供电远动系统(SCADA)主站暂行技术条件》中规定的系统传输规约通信。
本发明的步骤三故障录波文件的格式按《IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式COMTRADE》规定的格式，所述故障报告的内容和格式按铁总运[2015]88号《铁路供电远动系统(SCADA)主站暂行技术条件》137～138页第D.6.5.3节定义的内容和格式。
本发明的步骤三第(3)步骤，不同时满足式(1)、式(2)、式(3)，标识为无法判断节点。
本发明与现有技术相比，利用远动主站，提取故障录波文件中故障时刻电压电流故障分量的各序分量，结合铁路贯通线模型结构关系进行分析，判断出故障所在的区间，无需使用专门的故障定位装置，可以减少铁路供电设备的建设成本，确保铁路线路的正常供电。
附图说明
图1是本发明实施例的铁路贯通线拓扑结构图。
图2是本发明实施例的故障区间定位流程图。
图3是本发明实施例的RTU节点故障标识流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的铁路远动主站贯通线故障点定位方法，适用于铁路贯通线故障，包括以下步骤：
一、建立铁路贯通线模型(拓扑模型)
如图1所示，在第一配电所的变压器(变压器1)S1和第二配电所的变压器S2(变压器2)之间的铁路贯通线(线路)沿线上顺序设有7个开关：出口开关1(第一开关)B1、分段开关1(第二开关)B2、分段开关2(第三开关)B3、分段开关3(第四开关)B4、联络开关(第五开关)B5、分段开关4(第六开关)B6、出口开关2(第七开关)B7。
以配电所的变压器作为电源，本实施例采用双电源为铁路贯通线沿线上的各车站电气集中设备和区间自闭信号点供电，当一个电源出现故障，通过联络开关B5把故障电源的负荷转移到另一个电源，以提高供电可靠性。
分段开关用于将线路分成若干段，线路发生故障时便于断开故障段，减少停电损失。
出口开关1～出口开关4用于将铁路贯通线沿线负荷连接到电源。
各出口开关、分段开关、联络开关处设置有远动终端单元RTU，RTU具备有故障录波功能，用于实时监测各个开关处的电气量(电压、电流)，发生故障时启动故障录波功能将故障前后的电压、电流值保存成录波文件。
第一至第七开关B1～B7形成铁路贯通线拓扑结构的节点，每个节点的RTU为一个电气量故障录波采集点，对相连的两个节点之间为一个区间进行编号。电气量录波采集分别以第一变压器和第二变压器的电源点为起点，沿线路向对方电源点展开。
第一开关B1与第二开关B2之间为第12线路区间L12，第二开关B2与第三开关B3之间为第23线路区间L23，第三开关B3与第四开关B4之间为第34线路区间L34，第四开关B4与第五开关B5之间为第45线路区间L45，第五开关B5与第六开关B6之间为第56线路区间L56，第六开关B6与第七开关B7之间为第67线路区间L67。
设电流的正方向为由电源流向负荷，本实施例中，联络开关S5左侧线路电流方向为从第一变压器S1流出，顺序流向节点B1～B4，联络开关S5右侧线路电流方向为从第二变压器S2流出，顺序流向节点B7～B5。
二、建立远动主站与RTU的通信连接
在铁路供电段调度中心控制室的铁路供电远动系统内设置有远动主站(主站)，建立主站与RTU的通信连接，远动主站中记录有RTU的地址。主站与RTU通信按铁总运[2015]88号《铁路供电远动系统(SCADA)主站暂行技术条件》中规定的系统传输规约通信,B1～B7处的RTU地址分别设置为1～7。
设在第一节点B1和第二节点B2之间的线路区间L12发生故障，产生第一故障点F1，在第三节点B3和第四节点B4之间的线路区间L34发生故障，产生第二故障点F2。
三、故障点区间定位，如图2所示，包括以下步骤：
(1)发生故障时，各出口开关、分段开关处安装的RTU检测到有零序电流存在，启动故障录波工作，得到故障录波文件，同时向远动主站发送故障报告，通知主站有故障发生。
故障录波文件的格式按《IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式COMTRADE》规定的格式。
故障报告的内容和格式按铁总运[2015]88号《铁路供电远动系统(SCADA)主站暂行技术条件》137～138页第D.6.5.3节定义的内容和格式。
(2)远动主站接收到故障报告后，从中提取RTU地址，根据远动主站中记录的RTU地址，结合线路的拓扑模型，将整条铁路贯通线沿线RTU的故障录波文件全部收集到本主站，本主站是指与RTU通信连接的主站。
(3)远动主站从电源开始，依次分析各节点的故障录波文件，对每个节点进行故障标识。
如图3所示，远动主站对每个节点进行故障标识，包括以下步骤：
判断该节点录波文件是否为真实故障，若是则对对节点进行故障标识。
由于铁路供电系统受到扰动或三相负载不平衡度影响，可能导致RTU误启动该节点的故障录波功能，导致主站得到错误的故障报告。因此，为了过滤掉错误的故障录波文件，在进行故障区间分析之前，先判断故障录波文件是否为真实故障的录波。考虑到零序电流的变化量能真实反应故障的发生，因此，根据故障录波文件中记载的电压、电流，先计算零序电流突变量，判断是否为真实故障。根据工频突变量原理(杨奇逊，黄少锋，《微型机继电保护基础》第四版,ISBN：9787512337480，中国电力出版社，2013-03-01，第3-3节突变量电流算法的启动判据的设定方法)，有如下关系：
I0(k)＞k1I0avg(k-1) (1)
ΔI0(k)＞k2ΔI0(k-1) (2)
式(1)和式(2)中，I0(k)表示线路第k个周波的零序电流有效值，I0avg(k-1)表示线路前k-1个周波的零序电流有效值的均值，ΔI0(k)为I0(k)与I0(k-1)之差，k1、k2为系数，本申请的发明人通过对大量真实故障录波文件的分析，k1取值为1.2，k2取值为2.0。
当同时满足式(1)和式(2)时，认定故障时刻从第k个周波开始，记录下此时的零序电流有效值为I0cmp。考虑到扰动时零序电流在很短的时间内又重新恢复到正常情况，取从k开始3个周波内零序电流有效值均值I0avg与I0cmp作比较，若满足：
I0avg＞k3I0cmp (3)
即最终确定发生了故障，且故障时刻为第k个周波，式(3)中，k3为系数，本申请的发明人通过对大量真实故障录波文件的分析，k3取值为0.2。
若不同时满足式(1)、式(2)、式(3)，则标识为无法判断节点，无法判断节点，不参与故障区间的确定过程，以确保故障区间定位结果能够最大化包含故障线路。
(4)逐一分析节点，确定故障区间，远动主站对节点进行故障标识后，提取故障录波文件中故障时刻电压电流故障分量的各序分量，确定故障区间：
如果零序电压超前零序电流90°，表示故障发生在该节点下游线路，标识该节点为下游线路故障节点。
如果零序电压滞后零序电流90°，表示故障发生在该节点上游线路，标识该节点为上游线路故障节点，否则标识该节点为无法判断节点，无法判断节点不参与故障区间的确定过程，以确保故障区间定位结果能够最大化包含故障线路。
依次分析每一个节点的故障录波文件，得到每一个节点的故障标识，由相连的下游故障节点和上游故障节点确定发生故障的节点区间。
本实施例中，假设第一故障点F1为接地故障，此时B1、B2、B3、B4开关处的RTU均检测到零序电流，B1、B2、B3、B4开关处的RTU均启动该节点的故障录波工作，向远动主站发送故障报告。主站提取B1、B2、B3、B4节点的零序电压电流分量，从电源点S1开始，依次分析线路沿线故障录波文件：B1处零序电压超前零序电流90°，判断故障发生在B1的下游线路，标识B1为下游线路故障节点；B2处零序电压滞后零序电流90°，判断故障发生在B2的上游线路，标识B2为上游线路故障节点，由此，可以初步确定故障点在B1、B2之间。继续判断B3、B4处零序电压均滞后零序电流90°，判断故障发生在B3、B4的上游线路，B3、B4均标识为上游线路故障节点。结合拓扑模型的拓扑关系，得知B1、B2为相连的两个开关，最终确定故障区间位于第一开关B1与第二开关B2之间的第12线路区间L12。
如果F1、F2同时发生接地故障，此时F1、F2两点电气上经大地相连，B2，B3开关处RTU检测不到电流，不会启动故障录波。B1、B4开关处检测到零序电流，B1、B4开关处的RTU均启动该节点的故障录波工作，向远动主站发送故障报告。主站提取B1、B4节点的零序电压电流分量，从电源点S1开始，依次分析线路沿线故障录波文件：B1处零序电压超前零序电流90°，判断故障发生在B1的下游线路，标识B1为下游线路故障节点；B2、B3处由于没有录波文件，标识为无法判断节点；B4处零序电压滞后零序电流90°，判断故障发生在B4的上游线路，标识B4为上游线路故障节点，由此，确定故障点在B1、B4之间。结合线路模型的拓扑关系，最终确定故障区间位于第一开关B1与第四开关B4之间。
本发明的方法，利用远动主站，根据铁路贯通线模型的拓扑关系，基于RTU的故障录波文件实现故障节点标识，故障区间定位，提取故障录波文件中故障时刻电压故障分量的各序分量，结合线路拓扑关系进行分析，判断出故障所在的区间。
本发明利用了现有的铁路远动主站系统和远动RTU判断故障区间，无需额外增加独立的故障测距装置或系统，减少了铁路建设成本。

Claims (4)

1.一种铁路远动主站贯通线故障定位方法，包括以下步骤：
一、建立铁路贯通线结构模型
在电源之间的铁路贯通线沿线上设置的开关形成铁路贯通线结构的节点，开关处设置有远动终端单元(RTU)，远动终端单元(RTU)具备有故障录波功能；
二、建立远动主站与远动终端单元(RTU)的通信连接
在铁路供电段调度中心控制室设置有远动主站，建立远动主站与远动终端单元(RTU)的通信连接；
三、故障点区间定位，包括以下步骤：
(1)发生故障时，各开关处的远动终端单元(RTU)检测到有零序电流存在，启动故障录波工作，得到故障录波文件，向远动主站发送故障报告；
(2)远动主站接收到故障报告后，提取远动终端单元(RTU)地址，结合铁路贯通线模型，将整条铁路贯通线沿线远动终端单元(RTU)的故障录波文件全部收集到主站；
(3)远动主站从电源开始，依次分析各节点的故障录波文件，对每个节点进行故障标识，
同时满足式(1)和式(2)，认定故障时刻从第k个周波开始：
I0(k)＞k1I0avg(k-1) (1)
ΔI0(k)＞k2ΔI0(k-1) (2)
式(1)和式(2)中，I0(k)表示铁路贯通线第k个周波的零序电流有效值，I0avg(k-1)表示铁路贯通线前k-1个周波的零序电流有效值的均值，ΔI0(k)为I0(k)与I0(k-1)之差，k1取值为1.2，k2取值为2.0；
记录下此时的零序电流有效值为I0cmp，取从k开始3个周波内零序电流有效值均值I0avg与I0cmp作比较，满足：
I0avg＞k3I0cmp (3)
确定故障时刻为第k个周波，式(3)中，k3取值为0.2；
(4)逐一分析节点，确定故障区间，远动主站对节点进行故障标识后，提取故障录波文件中故障时刻电压、电流故障分量的各序分量，进行分析后标识：
零序电压超前零序电流90°，标识该节点为下游线路故障节点；
零序电压滞后零序电流90°，标识该节点为上游线路故障节点；
依次分析每一个节点的故障录波文件，由相连的下游故障节点和上游故障节点确定发生故障的节点区间。
2.根据权利要求1所述的铁路远动主站贯通线故障定位方法，其特征在于：所述步骤一的电源是配电所的变压器，所述开关是出口开关、分段开关和联络开关。
3.根据权利要求1所述的铁路远动主站贯通线故障定位方法，其特征在于：所述步骤二在铁路供电段调度中心控制室的铁路供电远动系统内设置远动主站。
4.根据权利要求1所述的铁路远动主站贯通线故障定位方法，其特征在于：所述步骤三第(3)步骤，不同时满足式(1)、式(2)、式(3)，标识为无法判断节点。
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