CN110488157A - 一种高速铁路贯通线故障区段定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路贯通线故障区段定位方法。涉及电力输电线路故障诊断技术领域。根据高速铁路贯通线沿线各箱式变电站中远程终端单元装置采集到的电量信息，计算相邻配电所及沿线箱变处各测量点的测量电压与电流的比值，生成阻抗序列，并在高速铁路贯通线故障后实时更新阻抗序列，通过分析故障前后阻抗序列的变化判断故障具体发生在哪两个相邻箱变间，达到高速铁路贯通线故障区段定位的目的。

Description

一种高速铁路贯通线故障区段定位方法

技术领域

本发明涉及电力输电线路故障诊断技术领域。

背景技术

阻抗法(距离保护)是铁路牵引网的保护方式之一，在铁路配电系统一直未能运用。在铁路贯通线上，由于接地故障时的过渡电阻难以确定，受运行工况影响大等原因，其距离整定值难以确定，或存在很大误差。

目前常用的阻抗法测距是故障发生后，利用10kV配电所的微机保护装置采集的故障数据进行计算分析，从而实现故障定位。但高铁区间每隔2～3km设有1处箱变，一个贯通线供电区段往往会有20处以上箱变，电源引入点多。且由于高铁贯通线的电缆线路全部敷设在综合电缆槽内，短路过渡电阻值较大，故障定位精度不高。

若考虑将距离保护的思路用于实现高速铁路贯通线故障区段定位方面，则不需要特别精确的整定值，只需要采集到各区段测量点上的电压、电流值。以下将各箱式变电站处远程终端单元(RTU)采集到的电压与电流的比值称为“虚拟阻抗”，根据“虚拟阻抗”值的变化趋势即可判断故障发生的具体区段。

当前高速铁路所用箱式变电站中设置有远程终端单元(RTU)，可以实时采集箱变一进两出的电压、电流共6组数据，可以直接利用各箱变处的电量采集实现基于阻抗法的贯通线故障区段定位。该方法不用投入新设备，若运用于工程实际中，所费代价小。鉴于现有技术的不足，有必要研究探索新的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速铁路贯通线故障区段定位方法，它能有效地解决高速铁路贯通线故障区段定位的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种高速铁路贯通线故障区段定位方法，包括以下步骤：

步骤一、通过设置在贯通线沿线相邻两个配电所之间的箱式变电站(简称“箱变”)中远程终端单元采集到的电压、电流数据，计算它们的比值，定义该比值为“虚拟阻抗”；设两个相邻配电所分别记为配电所M与配电所N，其间有k个箱式变电站；在高速铁路贯通线路正常运行时，从配电所M作为电源主供开始算起，各测量点实时采集线路上的三相电压、电流数值分别记为U_Mi、U_1i、……、U_ki、U_Ni与I_Mi、I_1i、……、I_ki、I_Ni，并根据两组数据的比值计算得到的“虚拟阻抗”记为Z_Mi、Z_1i、……、Z_ki、Z_Ni，其中，i＝a、b、c，表示a、b、c三相；上述“虚拟阻抗”生成数列并实时更新；

步骤二、贯通线路发生故障后，根据各测量点采集到的电压、电流数据计算“虚拟阻抗”并进行更新，设故障后更新的“虚拟阻抗”数列为Z'_Mi、Z′_1i、……、Z'_ki、Z'_Ni；

步骤三、比较更新后的“虚拟阻抗”数列与正常运行条件下的“虚拟阻抗”数列，判断故障类型：

若某相满足Z_Mi/Z'_Mi＞＞1，则认为该相为故障相：

1)若只有一相符合上述条件，则判断发生单相接地故障；

2)若存在两相符合上述条件，则判断发生两相短路故障或两相接地短路故障；

3)若三相均符合上述条件，则判断发生三相短路故障；

步骤四、比较更新后的“虚拟阻抗”数列与正常运行条件下的“虚拟阻抗”数列，判断故障区段：

a)对于单相接地故障，根据一个故障相数列判断，找到一个“虚拟阻抗”值突增点；设Z'_ni为第n个箱式变电站处计算的阻抗值，若满足Z′_(n+1)i/Z'_ni＞＞1，则判断故障发生在第n个箱式变电站和第n+1个箱式变电站之间；

b)对于两相短路或两相接地短路，根据两个故障相任选一相数列判断，其后故障区段判断方法与a)中一致；

c)对于三相短路故障，根据三个故障相任选一相数列判断，其后故障区段判断方法与a)中一致。

本发明的有益效果是，简化了原高速铁路贯通线发生故障后使用“二分法”分段送电查找故障点的过程，通过分析阻抗数据直接将故障定位到两相邻箱式变电站间的区段，大大节约了故障查找时间。当前高速铁路所用箱式变电站中设置有远程终端单元(RTU)，可以实时采集箱变一进两出的电压、电流共6组数据，使用该方法不用投入新设备，若运用于工程实际中，所费代价小。

附图说明

图1为本发明高速铁路配电系统远程终端单元采集沿线电量信息示意图

图2为本发明的流程图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，实施例仅为说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围；实施例附图是为了更好地对本发明方法步骤作更详尽的解释，不能理解为对本发明的限制。

图1所示为高速铁路配电系统远程终端单元(RTU)采集沿线电量信息示意图图中包括相邻配电所M与配电所N，以及两配电所间k个箱式变电站，其中每个配电所中引两路贯通线(分别为一级贯通线与综合贯通线)经10/10kV调压器给沿线箱式变电站供电，引一路馈线经10/0.4kV所用变压器(简称“所用变”)给所内供电，远程终端单元(RTU)采集两相邻配电所及沿线箱式变电站的电压U_Mi、U_1i、……、U_ki、U_Ni、电流量I_Mi、I_1i、……、I_ki、I_Ni，并计算其阻抗值Z_Mi、Z_1i、……、Z_ki、Z_Ni。根据该示意图搭建高速铁路10kV贯通线仿真模型，并进行多次实验，实验结果表明故障时其“虚拟阻抗”变化趋势明显，不仅可以用作故障区段定位的判据，也可作为故障选相的判据。

实施例1

步骤1：计算正常工作条件下阻抗序列

贯通线全长48km，每隔3km设置一处箱式变电站，在配电所沿线箱变处设置测量点，实时采集流经的三相电压、电流值，并用各电压、电流比值计算三相“虚拟阻抗”。为方便描述起见，以下仅列出每隔6km处的“虚拟阻抗值”，不影响对实施例的说明。

正常运行时，由于电流分流的作用，距离电源越远，各相电流值越小；同时由于电缆参数决定其容性电流大，距离电源越远处，电压逐渐有抬升趋势。综上，其“虚拟阻抗”序列值有明显增大趋势。表1为正常工作条件下各测量点计算阻抗。

表1正常工作条件下各测量点计算阻抗

L	0km	6km	12km	18km	24km	30km	36km	42km
									A相	314.1	365.6	419.9	516.2	630.7	875.5	1262.5	2838.7
B相	314.2	366.2	419.5	517	629.6	875.5	1265.2	2901.2
									C相	314.2	366.1	420.3	516.6	629.9	876.1	1266.1	2876.7

步骤2：计算故障条件下阻抗序列

设置距离配电所距离L为24km处发生单相接地故障，接地电阻Rg为20Ω。从各测量点出得到各相电压、电流值计算其“虚拟阻抗”。当Rg＝20Ω，L＝24km处A相单相接地故障条件下各测量点各相计算“虚拟阻抗”序列值数据如表2所示。

表2Rg＝20Ω，L＝24km处AG故障条件下各测量点计算阻抗

对比原阻抗序列值与故障后更新的阻抗序列值，根据图2所示基于阻抗法的高速铁路贯通线故障区段定位流程图进行分析判断。

步骤3：判断故障类型

根据是否满足式Z_Mi/Z'_Mi＞＞1判断故障类型：比较更新前与更新后的阻抗序列分析，故障后的B相、C相阻抗序列值与原阻抗序列值相当，仅A相满足上式条件，则判断贯通线发生A相接地故障。

步骤4：判断故障区段

根据是否满足式Z′_(n+1)i/Z'_ni＞＞1判断故障区段：由更新后的阻抗序列分析，A相虚拟阻抗值在距M配电所24km处发生突变，满足上式条件。根据贯通线仿真模型中每隔3km设置一处箱式变电站的配置，则判断出故障发生在第8个箱变与第9个箱变间的贯通线路上(此时n＝8)。

以上判断结果与模型故障设置完全一致，故障区段定位准确。

实施例2

步骤1：计算正常工作条件下阻抗序列

该步骤与实施例1中一致，不再赘述。

步骤2：计算故障条件下阻抗序列

设置距离配电所距离L为30km处发生两相短路故障。从各测量点出得到各相电压、电流值计算其“虚拟阻抗”。当L＝30km处AB两相短路故障条件下各测量点各相计算“虚拟阻抗”序列值数据如表3所示。

表3 L＝30km处AB故障条件下各测量点计算阻抗

对比原阻抗序列值与故障后更新的阻抗序列值，根据图2所示基于阻抗法的高速铁路贯通线故障区段定位流程图进行分析判断。

步骤3：判断故障类型

根据是否满足式Z_Mi/Z'_Mi＞＞1判断故障类型：比较更新前与更新后的阻抗序列分析，故障后的C相阻抗序列值与原阻抗序列值相当，A相、B相满足上式条件，则判断贯通线发生AB两相短路或AB两相接地短路故障。

步骤4：判断故障区段

根据是否满足式Z′_(n+1)i/Z'_ni＞＞1判断故障区段：由更新后的阻抗序列分析，A相、B相虚拟阻抗值在距M配电所30km处发生突变，满足上式条件。根据贯通线仿真模型中每隔3km设置一处箱式变电站的配置，则判断出故障发生在第10个箱变与第11个箱变间的贯通线路上(此时n＝10)。

以上判断结果与模型故障设置完全一致，故障区段定位准确。

实施例3

步骤1：计算正常工作条件下阻抗序列

该步骤与实施例1中一致，不再赘述。

步骤2：计算故障条件下阻抗序列

设置距离配电所距离L为30km处发生三相短路故障。从各测量点出得到各相电压、电流值计算其“虚拟阻抗”。当L＝30km处三相短路故障条件下各测量点各相计算“虚拟阻抗”序列值数据如表4所示。

表4 L＝30km处ABC故障条件下各测量点计算阻抗

对比原阻抗序列值与故障后更新的阻抗序列值，根据图2所示基于阻抗法的高速铁路贯通线故障区段定位流程图进行分析判断。

步骤3：判断故障类型

根据是否满足式Z_Mi/Z'_Mi＞＞1判断故障类型：比较更新前与更新后的阻抗序列分析，A相、B相及C相均满足上式条件，则判断贯通线发生三相短路故障。

步骤4：判断故障区段

根据是否满足式Z′_(n+1)i/Z'_ni＞＞1判断故障区段：由更新后的阻抗序列分析，A相、B相虚拟阻抗值在距M配电所30km处发生突变，满足上式条件。根据贯通线仿真模型中每隔3km设置一处箱式变电站的配置，则判断出故障发生在第10个箱变与第11个箱变间的贯通线路上(此时n＝10)。

以上判断结果与模型故障设置完全一致，故障区段定位准确。

Claims (1)

1.一种高速铁路贯通线故障区段定位方法，通过设置在贯通线沿线箱式变电站中的远程终端单元，实时采集箱式变电站中的电流、电压信息并发送至配电所，再通过计算配电所中的电压与电流的比值生成阻抗序列，当贯通线路发生故障时，根据以下步骤判断：

步骤一、通过设置在贯通线沿线相邻两个配电所之间的箱式变电站中远程终端单元采集到的电压、电流数据，计算它们的比值，定义该比值为“虚拟阻抗”；设两个相邻配电所分别记为配电所M与配电所N，其间有k个箱式变电站；在高速铁路贯通线路正常运行时，从配电所M作为电源主供开始算起，各测量点实时采集线路上的三相电压、电流数值分别记为U_Mi、U_1i、……、U_ki、U_Ni与I_Mi、I_1i、……、I_ki、I_Ni，并根据两组数据的比值计算得到的“虚拟阻抗”记为Z_Mi、Z_1i、……、Z_ki、Z_Ni，其中，i＝a、b、c，表示a、b、c三相；上述“虚拟阻抗”生成数列并实时更新；

步骤二、贯通线路发生故障后，根据各测量点采集到的电压、电流数据计算“虚拟阻抗”并进行更新，设故障后更新的“虚拟阻抗”数列为Z'_Mi、Z′_1i、……、Z'_ki、Z'_Ni；

步骤三、比较更新后的“虚拟阻抗”数列与正常运行条件下的“虚拟阻抗”数列，判断故障类型：

若某相满足Z_Mi/Z'_Mi＞＞1，则认为该相为故障相：

1)若只有一相符合上述条件，则判断发生单相接地故障；

2)若存在两相符合上述条件，则判断发生两相短路故障或两相接地短路故障；

3)若三相均符合上述条件，则判断发生三相短路故障；

步骤四、比较更新后的“虚拟阻抗”数列与正常运行条件下的“虚拟阻抗”数列，判断故障区段：

a)对于单相接地故障，根据一个故障相数列判断，找到一个“虚拟阻抗”值突增点；设Z'_ni为第n个箱式变电站处计算的阻抗值，若满足Z′_(n+1)i/Z'_ni＞＞1，则判断故障发生在第n个箱式变电站和第n+1个箱式变电站之间；

b)对于两相短路或两相接地短路，根据两个故障相任选一相数列判断，其后故障区段判断方法与a)中一致；

c)对于三相短路故障，根据三个故障相任选一相数列判断，其后故障区段判断方法与a)中一致。