CN110579686B - 轨道接触网的故障测试方法和轨道接触网的故障测试电路 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种轨道接触网的故障测试方法和轨道接触网的故障测试电路，其中，该方法包括：其中，对于轨道交通网络中的变电站A和变电站B，将测试子电路并联至变电站的进线母排和馈线母排之间，然后在搭建好上述故障测试电路后，通过分别合闸该A和B的测试电路进行线路测量的方式，获取每个变电站的电信号参数；依据该电信号参数确定该轨道接触网的故障位置和/或故障类型。采用上述方案，解决了相关技术中的相关技术中测量轨道接触网的故障位置或故障类型准确度低的问题，准确测量出了轨道接触网中的故障具体信息，包括故障位置和/或故障类型，便于快速解决故障，有效缩短维修时间。

Description

轨道接触网的故障测试方法和轨道接触网的故障测试电路
技术领域
本申请涉及但不限于轨道交通领域，具体而言，涉及一种轨道接触网的故障测试方法和轨道接触网的故障测试电路。
背景技术
在相关技术中，接触网(接触轨)是轨道交通牵引供电系统中一个重要的组成部分，且是轨道交通中唯一没有备用的供电设备，其可靠供电直接关系到城市轨道的安全运行。由于接触轨与接触网工作原理相似，为表述简明后文统一以接触网表述。机车在运行中受电弓与接触网滑动取流，接触网处在振动、摩擦、电弧、伸缩的动态运行状态中，接触网容易发生故障。接触网故障形式多样，其中如短路、绝缘击穿等电气故障往往查找困难。当发生故障时，确定故障类型、查找故障点的速度直接影响到供电恢复时间。能否快速恢复接触网直接关乎轨道交通运输安全和经济效益，以及社会影响。因此，故障测距故障点及短路类型的准确确定对线路快速修复具有重要意义。
轨道牵引供电系统中，沿线分布多个牵引变电所。图1是相关技术中的A、B两个相邻的变电所之间牵引供电系统的供电原理图。牵引变电所中的整流机组将中压交流(35kV、20kV或10kV)转变为1500V的直流电，整流机组包括整流变压器和整流器。两台整流器输出端通过进线开关201、202输至正极母排上，一般情况下，一座牵引变电所有4个馈线开关211、212、213、214，4条供电支路分别为地铁轨道两边的上行接触网、下行接触网供电，211这条支路还包括2111和2113的两个开关，213的支路还包括2131的开关，212包括2121和2124的开关，214包括2141的开关。上、下接触网供电回路对称，为简化分析，仅绘制出一条供电回路。
针对相关技术中测量轨道接触网的故障位置或故障类型准确度低的问题，目前还没有有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种轨道接触网的故障测试方法和轨道接触网的故障测试电路，以至少解决相关技术中测量轨道接触网的故障位置或故障类型准确度低的问题。
根据本申请的一个实施例，提供了一种轨道接触网的故障测试方法，包括：串联直流电流互感器CTDCA、限流电阻RLimitA和直流接触器KDCA组成测试电路A，串联直流电流互感器CTDCA、限流电阻RLimitB和直流接触器KDCB组成测试电路B；在轨道接触网的变电站A的进线母排和馈线母排之间并联测试电路A，在所述轨道接触网的变电站B的进线母排和馈线母排之间并联测试电路B；保持所述变电站A和所述变电站B的主断路器处于分闸状态，执行以下操作：合闸所述测试电路A，分闸所述测试电路B，获取所述变电站A的以下电信号参数：进线电压UBusA、馈线电压UFeederA、馈线电流iLineA；分闸所述测试电路A，合闸所述测试电路B，获取所述变电站B的以下电信号参数：进线电压UBusB、馈线电压UFeederB、馈线电流iLineB；在获取上述电信号参数之后，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障位置和/或故障类型。
根据本申请的另一个实施例，还提供了一种轨道接触网的故障测试电路，包括：第一部分电路，位于轨道接触网的变电站A侧，所述第一部分电路的电源正极依次连接至进线母排、直流接触器KDCA、限流电阻RLimitA、馈线母排、轨道接触网等效电阻xRRail、第二部分电路的轨道接触网等效电阻(1-x)RRail，所述第一部分电路的电源负极连接至所述轨道接触网的回流轨等效电阻xROsc、第二部分电路的回流轨等效电阻(1-x)ROsc；第二部分电路，位于轨道接触网的变电站B侧，包括以下部分：电源正极依次连接至进线母排、直流接触器KDCB、限流电阻RLimitB、馈线母排、轨道接触网等效电阻(1-x)RRail、第一部分电路的轨道接触网等效电阻xRRail，电源负极连接至所述轨道接触网的回流轨等效电阻(1-x)ROsc、第一部分电路的回流轨等效电阻xROsc；其中，所述x为短路故障点距所述A的距离占AB两站全长百分比，在所述变电站A和所述变电站B之间发生短路时，所述第一部分电路和所述第二部分电路并联至短路故障点的过渡电阻RFault。
通过本申请，对于轨道交通网络中的变电站A和变电站B，将测试电路并联至变电站的进线母排和馈线母排之间，然后在搭建好上述故障测试电路后，控制变电站A的主断路器处于分闸状态，控制变电站B的主断路器处于分闸状态，通过分别合闸所述A和B的测试子电路进行线路测量的方式，获取每个变电站的电信号参数；依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障位置和/或故障类型。采用上述方案，解决了相关技术中的相关技术中测量轨道接触网的故障位置或故障类型准确度低的问题，准确测量出了轨道接触网中的故障具体信息，包括故障位置和/或故障类型，便于快速解决故障，有效缩短维修时间。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是相关技术中的A、B两个相邻的变电所之间牵引供电系统的供电原理图；
图2是根据相关技术中的典型全压型线路测试电路图；
图3是根据本申请另一个实施例故障测试电路的等效电路图；
图4是根据本申请实施例的轨道接触网的故障测试方法的流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
相关技术中，为防止接触网送电时，因接触网存在短路造成短路故障。在馈出开关合闸前自动启动线路测试功能上网电缆至接触网与回流轨进行一次绝缘性能测试，确保送电回路绝缘良好，不存在短路点。图2是根据相关技术中的典型全压型线路测试电路图，包括进线母排，Ubus，CTDC，Koc，Rlimit，HCSB，Ufeeder，馈线母排，QS，M，接触网，iLine最终输出至负极柜，UBus：为牵引变电所直流母线电压；UFeeder：为牵引变电所馈出母线电压；ROsc：为接触网等效电阻；RRail：为回流轨等效电阻；RFault：接触网短路故障点的过渡电阻；RLimit：为线路测试电路的限流电阻；CTDC：为线路测试电路直流电流互感器；iLine为直流电流互感器测量的馈线电流；KDC：为线路测试电路直流接触器。线路测试回路由直流互感器直流接触器和限流电阻串联组成，并与主回路的断路器并联在进线母排、馈线母排之间。
目前全压线路测试功能仅能测试接触网的绝缘状态，而不能判断出故障位置。当前线路测试的主要方式有两类，一是在短路瞬间计算线路阻感抗来确定故障位置，其测量困难、计算繁杂，精度较低。二是行波测距法，对设备要求较高，易受高压干扰。
实施例一
根据本申请的一个实施例，根据本申请的另一个实施例，还提供了一种轨道接触网的故障测试电路，包括：
第一部分电路，位于轨道接触网的变电站A侧，所述第一部分电路的电源正极依次连接至进线母排、直流接触器KDCA、限流电阻RLimitA、馈线母排、轨道接触网等效电阻xRRail、第二部分电路的轨道接触网等效电阻(1-x)RRail，所述第一部分电路的电源负极连接至所述轨道接触网的回流轨等效电阻xROsc、第二部分电路的回流轨等效电阻(1-x)ROsc；
第二部分电路，位于轨道接触网的变电站B侧，包括以下部分：电源正极依次连接至进线母排、直流接触器KDCB、限流电阻RLimitB、馈线母排、轨道接触网等效电阻(1-x)RRail、第一部分电路的轨道接触网等效电阻xRRail，电源负极连接至所述轨道接触网的回流轨等效电阻(1-x)ROsc、第一部分电路的回流轨等效电阻xROsc；
其中，所述x为短路故障点距所述A的距离占AB两站全长百分比，在所述变电站A和所述变电站B之间发生短路时，所述第一部分电路和所述第二部分电路并联至短路故障点的过渡电阻RFault。
可选地，上述故障测试电路的等效电路示意图如图3所示，图3是根据本申请另一个实施例故障测试电路的等效电路图。以下标“A、B”区分A站和B站。UBus：为牵引变电所直流母线电压；UFeeder：为牵引变电所馈出母线电压；ROsc：为接触网等效电阻；RRail：为回流轨等效电阻；RFault：接触网短路故障点的过渡电阻；RLimit：为线路测试电路的限流电阻；CTDC：为线路测试电路直流电流互感器；iLine为直流电流互感器测量的馈线电流；KDC：为线路测试电路直流接触器。
在本实施例中提供了一种运行于建设有上述实施例记载的故障测试电路的轨道接触网中的故障测试方法，图4是根据本申请实施例的轨道接触网的故障测试方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
步骤S402，串联直流电流互感器CTDCA、限流电阻RLimitA和直流接触器KDCA组成测试电路A，串联直流电流互感器CTDCA、限流电阻RLimitB和直流接触器KDCB组成测试电路B；
步骤S404，在轨道接触网的变电站A的进线母排和馈线母排之间并联测试电路A，在所述轨道接触网的变电站B的进线母排和馈线母排之间并联测试电路B；
步骤S406，保持所述变电站A和所述变电站B的主断路器处于分闸状态，执行以下操作：合闸所述测试电路A，分闸所述测试电路B，获取所述变电站A的以下电信号参数：进线电压UBusA、馈线电压UFeederA、馈线电流iLineA；分闸所述测试电路A，合闸所述测试电路B，获取所述变电站B的以下电信号参数：进线电压UBusB、馈线电压UFeederB、馈线电流iLineB；
步骤S408，在获取上述电信号参数之后，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障位置和/或故障类型。
通过本申请，对于轨道交通网络中的变电站A和变电站B，将测试电路并联至变电站的进线母排和馈线母排之间，然后在搭建好上述故障测试电路后，控制变电站A的主断路器处于分闸状态，控制变电站B的主断路器处于分闸状态，通过分别合闸所述A和B的测试子电路进行线路测量的方式，获取每个变电站的电信号参数；依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障位置和/或故障类型。采用上述方案，解决了相关技术中的相关技术中测量轨道接触网的故障位置或故障类型准确度低的问题，准确测量出了轨道接触网中的故障具体信息，包括故障位置和/或故障类型，便于快速解决故障，有效缩短维修时间。
可选地，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障位置，包括以下方式：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取进线电压UBusA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电压UFeederB、测试电路的限流电阻RLimit，将上述数值代入以下公式计算出故障位置x：
Figure BDA0002201625750000061
或者：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取馈线电流iLineA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电流iLineB，将上述数值代入以下公式计算出故障位置x：
Figure BDA0002201625750000062
其中，上述两个公式中的x为短路故障点距所述A的距离占AB两站全长百分比。
可选地，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障类型，包括以下方式：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取进线电压UBusA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电压UFeederB、测试电路的限流电阻RLimit，将上述数值代入以下公式计算出所述轨道接触网的过渡电阻RFault：
Figure BDA0002201625750000071
可选地，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障类型，包括以下方式：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取馈线电流iLineA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电流iLineB，将上述数值代入以下公式计算出所述轨道接触网的过渡电阻RFault：
Figure BDA0002201625750000072
可选地，获取每个变电站的电信号参数，包括：获取每个变电站的进线电压，馈线电压；或者，获取每个变电站的馈线电压，馈线电流。
下面结合本申请另一个实施例进行说明。
本申请另一个实施例公开了一种轨道接触网故障测距与过渡电阻测量的方法。此方法通过在进线母排与馈线母排之间并联线路测试电路，保持主断路器分闸，分别合闸左右相邻两站的牵引供电系统中的线路测试电路功能，测量出两站的进线电压、馈线电压与馈线电流，计算出故障的位置及过渡电阻。此方法可以测量稳态电压、电流，测距精准、有效易行，为轨道供电系统有效缩短故障排除时间，具有较高的价值。
相关技术中正常情况下接触网处于绝缘状态，无负载时电流为零。当接触网发生短路故障时，接触网与大地或钢轨存在电流通道，若加以电压将有电流在回路中流通。因接触网、钢轨的电阻为固定值，发明人通过直接或间接测量故障时接触网线路上的电流及进线母排、馈线母排上电压，进而计算出短路故障位置及过渡电阻。具体实现方法是：通过在进线母排与馈线母排之间并联线路测试电路，保持主断路器分闸，分别合闸左右相邻两站的牵引供电系统中的线路测试电路功能，分别测得相邻两站故障状态下的进线母排、馈线母排上电压及通过接触网电流，联立方程组，求解出故障位置及过渡电阻。
下面结合附图3接触网故障时经线路测试电路的等效电路图对接触网故障时故障，接触网故障测距与过渡电阻测量的方法进一步描述：
当A、B两变电所之间的接触网发生短路故障时，短路故障点距牵引变电所A距离占AB两所全长百分比为x。通过控制将A站的线路测试电路中KDCA合闸，保持B站的线路测试电路中KDCB分闸，可以得到：
Figure BDA0002201625750000081
通过控制将B站的线路测试电路中KDCB合闸，保持A站的线路测试电路中KDCA分闸，可以得到：
Figure BDA0002201625750000082
可以将公式(1)转化为：
Figure BDA0002201625750000083
可以将公式(2)转化为：
Figure BDA0002201625750000084
将公式(3)与公式(4)相减可以得到：
Figure BDA0002201625750000091
因为ROsc、RRail、RLimit为系统固定已知量。可以公式(5)看出，通过分别测量出A站的直流母线电压UBusA、馈线电压UFeederA和B站的直流母线电压UBusB、馈线电压UFeederB，就可以准确计算出故障位置x。
将公式(3)与公式(4)相加可以得到：
Figure BDA0002201625750000092
可以公式(6)看出，通过分别测量出A站的直流母线电压UBusA、馈线电压UFeederA和B站的直流母线电压UBusB、馈线电压UFeederB，就可以准确计算出故障的过渡电阻RF，可以判断出短路故障的类型。
可以将公式(1)转化为：
Figure BDA0002201625750000093
可以将公式(2)转化为：
Figure BDA0002201625750000094
将公式(7)与公式(8)相减可以得到：
Figure BDA0002201625750000095
可以公式(9)看出，通过分别测量出A站的馈线电压UFeederA、馈线电流iLineA和B站的馈线电压UFeederB、馈线电流iLineB，就可以准确计算出故障位置x。
将公式(7)与公式(8)相减可以得到：
Figure BDA0002201625750000101
可以由公式(10)看出，通过分别测量出A站的馈线电压UFeederA、馈线电流iLineA和B站的馈线电压UFeederB、馈线电流iLineB，就可以准确计算出故障的过渡电阻RFault，可以判断出短路故障的类型。
采用本申请的一种轨道接触网故障测距与过渡电阻测量的方法有如下技术优点：
1)因为采用线路测试功能对故障分析，可以当电流进入稳态后进行计算分析，故此可以忽略牵引网电感对直流系统的影响，极大降低计算的复杂度。
2)采用A、B两站分别合闸线路测试功能电路，
3)测量简单、计算精确，具有较强的可实现性且应用意义较大。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轨道接触网的故障测试方法，其特征在于，包括：
串联直流电流互感器CTDCA、限流电阻RLimitA和直流接触器KDCA组成测试电路A，串联直流电流互感器CTDCB、限流电阻RLimitB和直流接触器KDCB组成测试电路B；
在轨道接触网的变电站A的进线母排和馈线母排之间并联测试电路A，在所述轨道接触网的变电站B的进线母排和馈线母排之间并联测试电路B；
保持所述变电站A和所述变电站B的主断路器处于分闸状态，执行以下操作：合闸所述测试电路A，分闸所述测试电路B，获取所述变电站A的以下电信号参数：进线电压UBusA、馈线电压UFeederA、馈线电流iLineA；分闸所述测试电路A，合闸所述测试电路B，获取所述变电站B的以下电信号参数：进线电压UBusB、馈线电压UFeederB、馈线电流iLineB；
在获取上述电信号参数之后，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障位置和/或故障类型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障位置，包括以下方式：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取进线电压UBusA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电压UFeederB、测试电路的限流电阻RLimit，将上述数值代入以下公式计算出故障位置x：
Figure FDA0003194103390000011
或者：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取馈线电流iLineA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电流iLineB，将上述数值代入以下公式计算出故障位置x：
Figure FDA0003194103390000021
其中，上述两个公式中的x为短路故障点距所述变电站A的距离占AB两站全长百分比。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障类型，包括以下方式：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取进线电压UBusA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电压UFeederB、测试电路的限流电阻RLimit，将上述数值代入以下公式计算出所述轨道接触网的过渡电阻RFault：
Figure FDA0003194103390000022
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述电信号参数确定所述轨道接触网的故障类型，包括以下方式：
预先计算出所述轨道接触网的等效电阻ROsc和所述轨道接触网的回流轨等效电阻RRail，获取馈线电流iLineA、馈线电压UFeederA、进线电压UBusB、馈线电流iLineB，将上述数值代入以下公式计算出所述轨道接触网的过渡电阻RFault：
Figure FDA0003194103390000023
5.一种轨道接触网的故障测试电路，其特征在于，包括：
第一部分电路，位于轨道接触网的变电站A侧，所述第一部分电路的电源正极依次连接至进线母排、直流接触器KDCA、限流电阻RLimitA、馈线母排、轨道接触网等效电阻xRRail、第二部分电路的轨道接触网等效电阻(1-x)RRail，所述第一部分电路的电源负极连接至所述轨道接触网的回流轨等效电阻xROsc、第二部分电路的回流轨等效电阻(1-x)ROsc；
第二部分电路，位于轨道接触网的变电站B侧，包括以下部分：电源正极依次连接至进线母排、直流接触器KDCB、限流电阻RLimitB、馈线母排、轨道接触网等效电阻(1-x)RRail、第一部分电路的轨道接触网等效电阻xRRail，电源负极连接至所述轨道接触网的回流轨等效电阻(1-x)ROsc、第一部分电路的回流轨等效电阻xROsc；
其中，所述x为短路故障点距所述变电站A的距离占AB两站全长百分比，在所述变电站A和所述变电站B之间发生短路时，所述第一部分电路和所述第二部分电路并联至短路故障点的过渡电阻RFault。
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