CN110174575B - 电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统及方法，感应电传感装置与电信号采集装置相连，采集电力贯通线线上各类感应电压和感应电流；土壤电阻率采集装置测量停电检修电力贯通线区域土壤电阻率；线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度；牵引回流各路径传感装置连接牵引回流系统采集装置，得到牵引供电及回流系统的电压和电流；计算处理装置对所测感应电压和感应电流数据进行处理，并结合土壤电阻率和线路长度给出双端接地安全设置间距，级联显示装置将所得结果输出显示。本发明直观的呈现感应电幅值与牵引供电及回流系统各路径的关系，为电气化铁路沿线电力贯通线的工程设计和感应电防护措施实施提供了重要技术支撑。

Description

电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电对沿线导线电磁耦合技术领域，具体涉及一种电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统及方法。

背景技术

由于电气化铁路能够大幅度提高运输能力、节约能源、降低运输成本且有利于保护环境并能增加安全可靠程度，因此随着我国铁路建设的不断发展，新建铁路基本为电气化铁路，且大部分既有非电气化铁路干线已经完成了电气化改造。然而电力贯通线路多是沿着铁路线架或敷设，与架设的接触网线间水平距离较短、线路平行路程较长，重载列车多，接触网电流大，因此当电气化铁路接触网与铁路10kV电力贯通线路处于同一电磁环境中时，将导致电力贯通线上产生较强的感应电压和感应电流，对停电检修时检修工作人员的人身安全和铁路供配电系统的正常运行造成威胁。在现场实践中多次出现了因违反操作规定、设置地线不合理等而引起的感应电伤人事故，造成了严重后果。现场作业的职工经常提到：在检修电力贯通线过程中，在线路停电后用验电器验电，验电器有时仍会报警；在挂完接地封线后，上杆作业有时仍有麻电的现象发生。因此职工在作业时有惧怕心理，思想负担较重。此外，电缆电力贯通线路金属护层受牵引供电及回流系统耦合影响，金属护层中长时间有感应电流流过，引起电缆绝缘层发热，对电缆的正常运行和电缆的使用寿命不利。由此可见，测试相应的感应电压和感应电流幅值大小有利于电气化铁路工程设计和制定安全有效的感应电防护措施，因此开展电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试具有重要现实意义和工程应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统及方法，可用于电气化铁道沿线架空电力贯通线、电缆电力贯通线各类感应电的测试，并给施工人员提供双端接地安全设置间距，且直观的呈现感应电幅值与牵引供电及回流系统各路径的关系，为电气化铁路沿线电力贯通线的工程设计和感应电防护措施实施提供了重要技术支撑。

本发明所采用的技术方案为：

电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统，其特征在于：

所述系统包括感应电传感装置、电信号采集装置、土壤电阻率采集装置、线路长度采集装置、计算处理装置、牵引回流各路径传感装置、牵引回流系统采集装置和级联显示装置；

感应电传感装置与电信号采集装置相连，采集电力贯通线线上各类感应电压和感应电流发送到计算处理装置；

土壤电阻率采集装置测量停电检修电力贯通线区域土壤电阻率发送到计算处理装置；

线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度发送到计算处理装置；

牵引回流各路径传感装置连接牵引回流系统采集装置，实时测量各供电方式下各路径电压和电流幅值大小，所得牵引供电及回流系统的电压和电流分布发送并储存至级联显示装置；

计算处理装置对所测感应电压和感应电流数据进行处理，并结合土壤电阻率和线路长度给出双端接地安全设置间距，级联显示装置将所得结果输出显示。

电信号采集装置、土壤电阻率采集装置、线路长度采集装置、计算处理装置、牵引回流系统采集装置和级联显示装置均接入供电继电装置，用以供电继电。

感应电传感装置包括电流传感器和分压器。

牵引回流各路径传感装置包括电压传感器和电流传感器。

电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

构建包括感应电传感装置、电信号采集装置、土壤电阻率采集装置、线路长度采集装置、计算处理装置、牵引回流各路径传感装置、牵引回流系统采集装置和级联显示装置的电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统，

感应电传感装置与电信号采集装置相连，采集电力贯通线线上各类感应电压和感应电流发送到计算处理装置；土壤电阻率采集装置测量停电检修电力贯通线区域土壤电阻率发送到计算处理装置；线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度发送到计算处理装置；牵引回流各路径传感装置连接牵引回流系统采集装置，实时测量各供电方式下各路径电压和电流幅值大小，所得牵引供电及回流系统的电压和电流分布发送并储存至级联显示装置；计算处理装置对所测感应电压和感应电流数据进行处理，并结合土壤电阻率和线路长度给出双端接地安全设置间距，级联显示装置将所得结果输出显示。

感应电传感装置包括电流传感器和分压器；

架空电力贯通线双端接地时，在两端接地线上套电流传感器连接电信号采集装置；

架空电力贯通线单端接地时，将电流传感器套在接地线上连接电信号采集装置，非接地端使用分压器降压后连接电信号采集装置；

架空电力贯通线双端悬浮不接地时，架空线两端和中部通过分压器降压后连接电信号采集装置；

三芯电缆金属护层双端接地时，将电流传感器套在接地箱中的接地的金属护层后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层双端接地时，将电流传感器分别套在接地箱中A、B、C三相电缆接地的金属护层后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层一端接地，另一端保护接地时，在接地端将电流传感器套在接地箱中的接地金属护层后连接电信号采集装置，在保护接地端通过分压器将保护器两端电压降压后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层中点接地，两端保护接地时，将电流传感器套在中点接地箱接地护层后连接电信号采集装置，在保护接地端通过分压器将保护器两端电压降压后连接电信号采集装置，由电信号采集装置传导于计算处理装置计算处理，输出至级联显示装置显示输出。

牵引回流各路径传感装置包括电压传感器和电流传感器，实时记录牵引回流各路径电压和电流，输出并储存至级联显示装置。

计算电力贯通线两端接地安全设置间距的方法，由以下步骤实现：

步骤1：由感应电传感装置将电磁感应电信号传导至电信号采集装置，土壤电阻率采集装置测量电力贯通线区域土壤电阻率ρ，线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度l；

步骤2：电信号采集装置和线路长度采集装置传导数据于计算处理装置，由计算处理装置得到实时最大电磁感应电压U_max，结合停电检修电力贯通线长度l，计算得到双端接地安全设置间距l₀；

步骤3：土壤电阻率采集装置传导数据于计算处理装置，由计算处理装置取得最高土壤电阻率ρ_max和最低土壤电阻率ρ_min，修正l₀得到双端接地安全设置间距l_s并输出至级联显示装置；

根据各土壤电阻率下同长度停电检修电力贯通线的电磁感应电压，以50Ω·m土壤电阻率下电磁感应电压为基准，得到各土壤电阻率对应的安全距离修正系数储存于计算处理装置，具体为：

K_x＝U₅₀/U_x

式中，K_x为任意土壤电阻率的安全距离修正系数，U_x为任意土壤电阻率下所测电磁感应电压。

所述步骤2具体为：

计算双端接地安全设置间距l₀：架空电力贯通线时：

l₀＝36·l/U_max

电缆电力贯通线时：

l₀＝50·l/U_max。

步骤3具体为：

l_s＝l₀·K_max/K_min

式中，K_max为ρ_max对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数，K_min为ρ_min对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数。

本发明具有以下优点：

(1)本发明不仅能够实时准确安全地测量电气化铁路沿线电力贯通线各类感应电压和感应电流稳态幅值，还能用于各类故障工况的暂态测试。

(2)本发明能够在完成电气化铁路沿线电力贯通线感应电测试的同时，为停电检修电力贯通线时双端接地工作提供安全接地间距，并利用土壤电阻率进行修正。

(3)本发明同时监测牵引供电及回流系统电压和电流分布，并与各类感应电压和感应电流级联显示，能够更为直观的呈现牵引供电及回流系统各路径电压和电流分布与感应电的关系，为工程设计提供参考。

附图说明

图1是本发明电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统的结构示意图。

图2是电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统当架空电力贯通线双端接地时的测点空间分布图。

图3当单芯电缆电力贯通线金属护层一端接地，另一端保护接地时的测点空间分布图。

图2-图3中，A为牵引供电及回流系统各路径电压和电流采集位置示意，B为电力贯通线上感应电压和感应电流采集位置和线路长度采集位置示意图，C为土壤电阻率采集位置示意图，可根据线路长度增设采集点。

图4为双端接地安全设置间距计算流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统，包括感应电传感装置、牵引回流各路径传感装置、电信号采集装置、土壤电阻率采集装置、线路长度采集装置、计算处理装置、牵引回流系统采集装置、级联显示装置、供电继电装置；

感应电传感装置连接到电信号采集装置，在架空电力贯通线双端接地时实时测量电磁感应电流和线路中部电磁感应电压；

在架空电力贯通线单端接地时实时测量电磁感应电压和静电感应电流；

在架空电力贯通线双端悬空不接地时实时测量静电感应电压；

在三芯电缆金属护层双端接地时实时测量金属护层电流；

在单芯电缆金属护层双端接地时实时测量三相的金属护层电流；

在单芯电缆金属护层一端接地，另一端保护接地时实时测量金属护层电流和电磁感应电压；

在单芯电缆金属护层中点接地，两端保护接地时实时测量接地端接地电流和非接地两端感应电压；

土壤电阻率采集装置测量停电检修电力贯通线区域土壤电阻率ρ；

线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度l；

牵引变电所内牵引回流各路径电流和电压传感器连接到牵引回流系统采集装置，实时测量各供电方式下各路径电压和电流幅值大小，所得牵引供电及回流系统的电压和电流分布发送并储存至级联显示装置，用以结合实时感应电测量数据判断其主要影响因素；

计算处理装置根据电信号采集装置、土壤电阻率采集装置和线路长度采集装置的数据计算处理得到所测量感应电压和感应电流实时数据，根据双端接地时最大电磁感应电压幅值给出双端接地时接地线安全设置间距，结合土壤电阻率对该间距进行修正，并输出至级联显示装置。

一种电力贯通线感应电测试的方法，具体为：架空电力贯通线双端接地时，在两端接地线上套电流传感器连接电信号采集装置，在线路中部使用分压器降压后连接电信号采集装置；

架空电力贯通线单端接地时，将电流传感器套在接地线上连接电信号采集装置，非接地端使用分压器降压后连接电信号采集装置；

架空电力贯通线双端悬浮不接地时，架空线两端和中部通过分压器降压后连接电信号采集装置；

三芯电缆金属护层双端接地时，将电流传感器套在接地箱中的接地的金属护层后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层双端接地时，将电流传感器分别套在接地箱中A、B、C三相电缆接地的金属护层后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层一端接地，另一端保护接地时，在接地端将电流传感器套在接地箱中的接地金属护层后连接电信号采集装置，在保护接地端通过分压器将保护器两端电压降压后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层中点接地，两端保护接地时，将电流传感器套在中点接地箱接地护层后连接电信号采集装置，在保护接地端通过分压器将保护器两端电压降压后连接电信号采集装置；

进一步的，由电信号采集装置传导于计算处理装置计算处理，输出至级联显示装置显示输出；

一种电力贯通线感应电的主要影响因素体现方式，具体为：牵引变电所内牵引回流各路径电压传感器和电流传感器连接至牵引回流系统采集装置，实时记录牵引回流各路径电压和电流，输出并储存至级联显示装置；

进一步的，计算处理装置输出的感应电压与感应电流电信号和牵引回流系统采集装置输出的牵引回流各路径电压与电流，由级联显示装置同时显示，更为直观的体现感应电压和感应电流受牵引负荷的波动而波动；

一种电力贯通线感应电综合测试系统进行的计算电力贯通线两端接地安全设置间距的方法，具体为：基于所测得电磁感应电压和停电检修电力贯通线长度数据，并结合电力贯通线区域土壤电阻率，计算步骤如下：

步骤1：由感应电传感装置将电磁感应电信号传导至电信号采集装置，土壤电阻率采集装置测量电力贯通线区域土壤电阻率ρ，线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度l；

步骤2：电信号采集装置和线路长度采集装置传导数据于计算处理装置，由计算处理装置得到实时最大电磁感应电压U_max，结合停电检修电力贯通线长度l，计算得到双端接地安全设置间距l₀；

步骤3：土壤电阻率采集装置传导数据于计算处理装置，由计算处理装置取得最大土壤电阻率ρ_max和最小土壤电阻率ρ_min，修正l₀得到双端接地安全设置间距l_s并输出至级联显示装置；

进一步的，计算双端接地安全设置间距l₀：架空电力贯通线时：

l₀＝36·l/U_max

电缆电力贯通线时：

l₀＝50·l/U_max

更进一步的，l_s＝l₀·K_max/K_min

式中，K_max为ρ_max对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数，K_min为ρ_min对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数；

更进一步的，一种安全距离修正系数，其特征在于，根据各土壤电阻率下同长度停电检修电力贯通线的电磁感应电压，以50Ω·m土壤电阻率下电磁感应电压为基准，得到各土壤电阻率对应的安全距离修正系数储存于计算处理装置，具体为：

K_x＝U₅₀/U_x

式中，K_x为任意土壤电阻率的安全距离修正系数，U_x为任意土壤电阻率下所测电磁感应电压。

以下为附图说明：

如图1所示，感应电传感装置与电信号采集装置相连，采集电力贯通线线上各类感应电压和感应电流。土壤电阻率采集装置用于测量停电检修电力贯通线区域土壤电阻率，线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度。电信号采集装置、土壤电阻率采集装置和线路长度采集装置与计算处理装置相连，对所测感应电压和感应电流数据进行处理，并结合土壤电阻率和线路长度给出双端接地安全设置间距。牵引回流各路径传感装置连接牵引回流系统采集装置，采集牵引回流系统各路径电压和电流。计算处理装置、牵引回流系统采集装置与级联显示装置相连，将所得结果输出显示。供电继电装置连接电信号采集装置、土壤电阻率采集装置、线路长度采集装置、计算处理装置、牵引回流系统采集装置和级联显示装置，用以供电继电。

图2以架空电力贯通线双端接地时为例，给出了电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统的测点空间分布图，接地引下线和分压器上安装感应电传感装置和线路长度采集装置，采集所测电力贯通线长度、电磁感应电流和由接地电阻和电磁感应电流引起的电磁感应电压。土壤电阻率采集装置埋地测量土壤电阻率。牵引回流各路径传感装置和牵引回流系统采集装置于牵引变电所内实时记录牵引供电及回流系统各路径电压与电流，实现了电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试。

图3以单芯贯通线金属护层一端接地，另一端保护接地时电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统的测点空间分布图，接地箱金属护层和保护器上安装感应电传感装置和线路长度采集装置，采集所测电力贯通线长度、金属护层上的感应电流和感应电压。土壤电阻率采集装置埋地测量土壤电阻率。牵引回流各路径传感装置和牵引回流系统采集装置于牵引变电所内实时记录牵引供电及回流系统各路径电压与电流，实现了电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试。

图4为双端接地安全设置间距计算流程图。具体实施过程如下：

第一步，读入某一时段所测电磁感应电压；

第二步，由计算处理装置得到实时最大电磁感应电压U_max和线路长度l；

第三步，读入某一时段所测电力贯通线类型，判断为电缆或架空线；

第四步，计算双端接地安全设置间距初始值l₀：

架空电力贯通线时，l₀＝36·l/U_max；

电缆电力贯通线时，l₀＝50·l/U_max；

第五步，读入所测土壤电阻率ρ，计算最大土壤电阻率ρ_max和最小土壤电阻率ρ_min，并结合最大电磁感应电压U_max更新安全距离修正系数库；

第六步，读入安全距离修正系数，计算修正双端接地安全设置间距l_s：

l_s＝l₀·K_max/K_min

式中，K_max为ρ_max对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数，K_min为ρ_min对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数；

更进一步的，一种安全距离修正系数，其特征在于，根据各土壤电阻率下同长度停电检修电力贯通线的电磁感应电压，以50Ω·m土壤电阻率下电磁感应电压为基准，得到各土壤电阻率对应的安全距离修正系数储存于计算处理装置，具体为：

K_x＝U₅₀/U_x

式中，K_x为任意土壤电阻率的安全距离修正系数，U_x为任意土壤电阻率下所测电磁感应电压。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

构建包括感应电传感装置、电信号采集装置、土壤电阻率采集装置、线路长度采集装置、计算处理装置、牵引回流各路径传感装置、牵引回流系统采集装置和级联显示装置的电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试系统；

感应电传感装置与电信号采集装置相连，采集电力贯通线线上各类感应电压和感应电流发送到计算处理装置；土壤电阻率采集装置测量停电检修电力贯通线区域土壤电阻率发送到计算处理装置；线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度发送到计算处理装置；牵引回流各路径传感装置连接牵引回流系统采集装置，实时测量各供电方式下各路径电压和电流幅值大小，所得牵引供电及回流系统的电压和电流分布发送并储存至级联显示装置；计算处理装置对所测感应电压和感应电流数据进行处理，并结合土壤电阻率和线路长度给出双端接地安全设置间距，级联显示装置将所得结果输出显示；

所述计算电力贯通线两端接地安全设置间距的方法，由以下步骤实现：

步骤1：由感应电传感装置将电磁感应电信号传导至电信号采集装置，土壤电阻率采集装置测量电力贯通线区域土壤电阻率ρ，线路长度采集装置测量停电检修电力贯通线长度l；

步骤2：电信号采集装置和线路长度采集装置传导数据于计算处理装置，由计算处理装置得到实时最大电磁感应电压U_max，结合停电检修电力贯通线长度l，计算得到双端接地安全设置间距l₀；

步骤3：土壤电阻率采集装置传导数据于计算处理装置，由计算处理装置取得最高土壤电阻率ρ_max和最低土壤电阻率ρ_min，修正l₀得到双端接地安全设置间距l_s并输出至级联显示装置；

根据各土壤电阻率下同长度停电检修电力贯通线的电磁感应电压，以50Ω·m土壤电阻率下电磁感应电压为基准，得到各土壤电阻率对应的安全距离修正系数储存于计算处理装置，具体为：

K_x＝U₅₀/U_x

式中，K_x为任意土壤电阻率的安全距离修正系数，U_x为任意土壤电阻率下所测电磁感应电压；

所述步骤2具体为：

计算双端接地安全设置间距l₀：

架空电力贯通线时：

l₀＝36·l/U_max

电缆电力贯通线时：

l₀＝50·l/U_max；

所述步骤3具体为：

l_s＝l₀·K_max/K_min

式中，K_max为ρ_max对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数，K_min为ρ_min对应储存在计算处理装置的安全距离修正系数。

2.根据权利要求1所述的电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试方法，其特征在于：

感应电传感装置包括电流传感器和分压器；

架空电力贯通线双端接地时，在两端接地线上套电流传感器连接电信号采集装置；

架空电力贯通线单端接地时，将电流传感器套在接地线上连接电信号采集装置，非接地端使用分压器降压后连接电信号采集装置；

架空电力贯通线双端悬浮不接地时，架空线两端和中部通过分压器降压后连接电信号采集装置；

三芯电缆金属护层双端接地时，将电流传感器套在接地箱中的接地的金属护层后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层双端接地时，将电流传感器分别套在接地箱中A、B、C三相电缆接地的金属护层后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层一端接地，另一端保护接地时，在接地端将电流传感器套在接地箱中的接地金属护层后连接电信号采集装置，在保护接地端通过分压器将保护器两端电压降压后连接电信号采集装置；

单芯电缆金属护层中点接地，两端保护接地时，将电流传感器套在中点接地箱接地护层后连接电信号采集装置，在保护接地端通过分压器将保护器两端电压降压后连接电信号采集装置，由电信号采集装置传导于计算处理装置计算处理，输出至级联显示装置显示输出。

3.根据权利要求2所述的电气化铁路沿线电力贯通线感应电综合测试方法，其特征在于：

牵引回流各路径传感装置包括电压传感器和电流传感器，实时记录牵引回流各路径电压和电流，输出并储存至级联显示装置。

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