CN111796164B - 一种全并联at牵引网故障测距方法 - Google Patents

一种全并联at牵引网故障测距方法 Download PDF

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CN111796164B CN202010683804.1A CN202010683804A CN111796164B CN 111796164 B CN111796164 B CN 111796164B CN 202010683804 A CN202010683804 A CN 202010683804A CN 111796164 B CN111796164 B CN 111796164B
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Abstract

本发明公开了一种全并联AT牵引网故障测距方法，包括步骤：故障发生时，同步采集各所亭的上行、下行双极馈线断路器的状态和流过断路器的电流，构建牵引网并联状态矩阵和馈线电流矩阵；构建电流状态矩阵和故障状态矩阵；判别故障区段是否为上下行并联区段后测距，或者判别故障区段是否为单线AT区段后测距，或者判别故障类型后测距。本发明的有益效果在于，通过开关状态矩阵表征牵引网运行方式，通过电流状态矩阵和故障状态矩阵识别故障区段，最后通过3种分类故障测距方法实现故障距离计算，能够实现正常供电运行方式和各种非正常供电运行方式时的故障测距，具有测距准确、适用性强等特点。

Description

一种全并联AT牵引网故障测距方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引网技术，特别是一种全并联AT牵引网故障测距方法。
背景技术
电气化铁路牵引网具有结构复杂、故障率较高等特点，准确可靠的故障测距对于快速发现故障点、及时修复故障线路、缩短停电时间、保障运输秩序具有十分重要的作用。
全并联AT牵引网的供电运行方式是由其各个开关的分合状态决定的。正常供电运行方式时，所有牵引网开关都闭合。然而，由于用户不同的供电需求、部分设备故障或检修退出等原因，牵引网部分断路器会处于断开状态，此时牵引网处于非正常供电运行方式。不同的供电运行方式下，故障电流分布都不一样，从而影响故障区段、故障类型的判别，并最终影响故障距离的计算。当牵引网发生故障时，既有的故障测距方法首先需要查询各断路器的分合状态和各处电流进而判断牵引网供电运行方式和故障区段，然后再针对性地采用相应的故障测距方法计算故障距离。由于牵引网开关多，不同开关的分合状态组合而成的供电运行方式众多，所以当前的故障测距方法仅能解决全并联AT牵引网正常供电运行方式及少量几种非正常供电运行方式下的故障测距问题。因此，当前的故障测距方案具有实现复杂、适应性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于故障状态矩阵的归一化的全并联AT牵引网故障测距方法，从牵引网不同的运行方式入手，将运行方式进行分类，针对每类运行方式给出其相应的故障区段识别方法及其故障测距算法，以保障牵引网处于不同运行方式下都能实现准确快速测距。本发明通过开关状态矩阵表征牵引网运行方式，通过电流状态矩阵和故障状态矩阵识别故障区段和故障类型，最后通过分类故障测距方法实现故障距离计算，因而无需穷举所有运行方式，具有测距准确、适用性强等特点。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种全并联AT牵引网故障测距方法，所述全并联AT牵引网包括所亭ATPi，i＝1...n且n≥3；其中，所亭ATP1为牵引变电所，其它所亭为AT所或分区所；
步骤1：故障发生时，同步采集各所亭的上行、下行双极馈线断路器的状态和流过断路器的电流，构建牵引网并联状态矩阵AP和馈线电流矩阵Id；其中，
AP＝[e1e2 ... e2i-1e2i … e2n-1e2n]1×n，
式中，e2i-1表示ATPi的上行断路器QF2i-1的状态，e2i为ATPi的下行断路器QF2i的状态；如QF2i闭合，则e2i＝1，否则e2i＝0；其它类同；
Figure BDA0002586770100000011
式中，
Figure BDA0002586770100000021
分别表示流过ATPi的QF2i-1、QF2i的T线电流；
Figure BDA0002586770100000022
分别表示流过ATPi的QF2i-1、QF2i的F线电流；
步骤2：构建电流状态矩阵和故障状态矩阵，包括
2.1构建电流状态矩阵IR，
Figure BDA0002586770100000023
式中，RTi、RFi分别表示ATPi的T线、F线的电流状态，根据馈线电流矩阵Id对应元素的大小取值，具体为：
如
Figure BDA0002586770100000024
或
Figure BDA0002586770100000025
则RTi＝0，否则RTi＝1；
如
Figure BDA0002586770100000026
或
Figure BDA0002586770100000027
则RFi＝0，否则RFi＝1；
其中，Kset1为第一整定值，Iset为电流门槛；
2.2构建故障状态矩阵IQ，
Figure BDA0002586770100000028
式中，QTi＝e2i-1e2iRTi、QFi＝e2i-1e2iRFi，分别表示ATPi的T线、F线的故障状态；
步骤3：判别故障区段是否为上下行并联区段后测距，包括
3.1如
Figure BDA0002586770100000029
或
Figure BDA00025867701000000210
则从n向1同时查找故障状态矩阵IQ的第1行和第2行，找到第一个值1元素列所对应的所亭ATPb和第二个值1元素列所对应的所亭ATPa，b∈{1...n}，a∈{1...n}；否则，转步骤4；
3.2如
Figure BDA00025867701000000211
则故障区段为上下行并联区段，否则转步骤4；
式中，
Figure BDA00025867701000000212
表示流过所亭ATPb的横联线电流，
Figure BDA00025867701000000213
表示流过供电区段1的上行电流，
Figure BDA00025867701000000214
表示流过供电区段1的下行电流；其中
Figure BDA00025867701000000215
分别表示流过供电区段1上行线路的T线、F线电流，
Figure BDA00025867701000000216
分别表示流过供电区段1下行线路的T线、F线电流；所述供电区段1为ATP1至ATP2的区段；Kset2为第二整定值；
3.3计算故障点到ATP1的距离Lx，
Figure BDA0002586770100000031
式中，Di为供电区段i的长度，即ATPi至ATP(i+1)的距离；
Figure BDA0002586770100000032
步骤4：判别故障区段是否为单线AT区段后测距，包括
4.1如
Figure BDA0002586770100000033
且
Figure BDA0002586770100000034
则从n向1同时查找电流状态矩阵IR的第1行和第2行，找到第一个值
1元素列所对应的所亭ATPb和第二个值1元素列所对应的所亭ATPa，b∈{1...n}，a∈{1...n}；否则，
转步骤5；
4.2如
Figure BDA0002586770100000035
则故障区段为单线AT区段，否则转步骤5；
式中，Kset3为第三整定值；
4.3计算故障点到ATP1的距离Lx，
Figure BDA0002586770100000036
式中，Di为供电区段i的长度，即ATPi至ATP(i+1)的距离；
Figure BDA0002586770100000037
步骤5：判别故障类型后测距，包括
5.1从n向1同时查找电流状态矩阵IR的第1行和第2行，找到第一个值1元素列所对应的所亭ATPa，a∈{1...n}；
5.2判别故障类型：如RTa＝1且RFa＝0，则为单线直供区段的T-R故障；如RTa＝0且RFa＝1，则为单线直供区段的F-R故障；如RTa＝1且RFa＝1，则为单线AT区段的T-F故障；RTa、RFa分别ATPa的T线、F线的电流状态；
5.3计算故障点到ATP1的距离Lx，
Figure BDA0002586770100000038
式中，Di为供电区段i的长度，即ATPi至ATP(i+1)的距离；
如为上行线路的故障，则
Figure BDA0002586770100000039
如为下行线路的故障，则
Figure BDA00025867701000000310
其中，X2a-1、X2a分别为ATPa的上行、下行断路器QF2a-1、QF2a的测量电抗；xm为根据故障类型确定的线路单位电抗。
进一步的技术方案，所述步骤3.2与3.3之间，还包括判别故障类型的步骤：
如仅
Figure BDA0002586770100000041
则为上下行并联区段的T-R故障；
如仅
Figure BDA0002586770100000042
则为上下行并联区段的F-R故障；
如
Figure BDA0002586770100000043
且
Figure BDA0002586770100000044
则为上下行并联区段的T-F故障。
进一步的技术方案，所述步骤4.2与4.3之间，还包括判别故障类型的步骤：
如所亭ATPb的电流为ATPb流向T线或F线，则为单线AT区段的T-R故障；
如所亭ATPb的电流为T线或F线流向ATPb，则为单线AT区段的F-R故障。
本发明的有益效果在于，
(1)将故障区段运行方式分为上下行并联、单线AT、单线直供3类，按类实现故障测距，避免了穷举各种运行方式再测距，实现简便。
(2)通过开关状态矩阵表征牵引网运行方式，通过电流状态矩阵和故障状态矩阵识别故障区段，最后通过3种分类故障测距方法实现故障距离计算，能够实现正常供电运行方式和各种非正常供电运行方式时的故障测距，具有测距准确、适用性强等特点。
(3)采用“广义上下行电流比”故障测距算法，无论两并联所亭间的自耦变压器是否投入，都能实现准确的故障测距，提高了上下行电流比算法的普适性。
(4)采用“广义吸上电流比”故障测距算法，对于长AT区段能实现准确的故障测距，提高了吸上电流比算法的普适性。
(5)采用AT所电抗计算故障距离，解决了牵引变电所测量电抗受故障区段前端其他区段运行方式的影响。
附图说明
图1为全并联AT牵引网示意图。
图2为上下行并联AT运行方式下T-R短路故障电流分布示意图。
图3为单线AT运行方式下T-R短路故障电流分布示意图。
图4为单线直供运行方式下T-R故障电流分布示意图。
图5为电抗距离表示意图。
图6为全并联AT牵引网单线示意图。
图7为牵引网连通图。其中，N1,N2为广义节点，分别表示上行牵引网、下行牵引网；M1,M2...Mn为中间节点，分别表示各所亭母线；e2i-1(i＝1…n)、e2i(i＝1…n)为边，分别表示断路器QF2i-1(i＝1…n)、QF2i(i＝1…n)的分合状态，当为1时表示对应断路器闭合，为0时表示对应断路器断开。
图8为不同运行方式的连通图。其中，图8(a)为上下行并联运行方式，图8(b)为单线AT运行方式，图8(c)为单线直供运行方式。
图9为故障测距方法的流程图。
图10为Ⅰ型全并联AT供电方式的示意图。
图11为Ⅱ型全并联AT供电方式的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。
一般情况下，全并联AT牵引网有2-3个AT段。但在越区供电等情况下，牵引网AT段可达4-6个。为了表述本发明方法的通用性，采用如图1表示全并联AT牵引网。图中，ATP1表示牵引变电所，ATPi(i＝2…n，其中n≥3)表示AT所或分区所，T、R、F分别表示接触线、钢轨、正馈线，Di(i＝1…n-1)表示各供电区段的长度，QF2i-1(i＝1…n)、QF2i(i＝1…n)分别表示上、下行各所亭的双极馈线断路器，
Figure BDA0002586770100000051
分别表示断路器QF2i-1、QF2i流过的T线电流；
Figure BDA0002586770100000052
分别表示断路器QF2i-1、QF2i流过的F线电流。这种供电方式由T线和F线构成一个2×27.5kV的供电网，在各个所亭内由横联线将上下行线路并联在一起，可以提高牵引网的供电能力，降低电压损耗。假设图中k点发生T-R故障，变电所和AT所的馈线电流由母线指向线路为正方向，如图中箭头所示，其故障具有以下特点：
(1)由于自耦变压器的匝数比为1，根据基尔霍夫电流定律可知，故障区段之前的各区段上下行电流之和相等。在图1中，可以得到：
Figure BDA0002586770100000053
式中，
Figure BDA0002586770100000054
分别表示流过供电区段i的上、下行电流，
Figure BDA0002586770100000055
其中
Figure BDA0002586770100000056
分别表示流过供电区段i上行线路的T线、F线电流，
Figure BDA0002586770100000057
分别表示流过供电区段i下行线路的T线、F线电流。其中，供电区段1(即ATP1至ATP2的区段)的上行线路的T线、F线电流分别有
Figure BDA0002586770100000058
下行线路的T线、F线电流分别有
Figure BDA0002586770100000059
表示流过ATP1上行断路器QF1的T线、F线电流，
Figure BDA00025867701000000510
表示流过ATP1下行断路器QF2的T线、F线电流。
(2)故障通过故障点两端第一个上下行并联的所亭分流。因此，流过故障区段之外的所有横联线电流很小，故障点之后第一上下行并联所亭内的横联线电流接近故障区段非故障线路的电流。在图1中，有：
Figure BDA00025867701000000511
式中，
Figure BDA00025867701000000512
表示流过ATPi的横联线电流，
Figure BDA00025867701000000513
(3)由于上下行接触网对称，所有所亭上下行非故障导线电流接近相等。在图1中的T-R故障下有：
Figure BDA00025867701000000514
运行方式的改变会影响牵引网的拓扑结构从而影响电流分布，因此需要采取不同的故障测距算法。对于一个有2n个断路器的牵引网，考虑所有断路器的通断，有3×22(n-1)种运行方式。若采用穷举所有运行方式再采取对应测距算法，将使得测距系统非常复杂。然而，故障区段内的故障电流分布仅与故障区段的运行方式有关，因此可针对故障区段的运行方式寻找故障测距方案，而不用穷举所有的运行方式。根据分析，可将图1中故障点k所在区段的运行方式分为如下三类情况：
1)“上下行并联”运行方式：故障点前后两端皆有上下行线路通过横联线连接。
对于上下行并联运行方式，当自耦变投入时，即上下行并联AT运行方式，以图1中QF2i-1断开情况下k点发生的T-R故障为例，其故障区段内的故障电流分布如图2所示，上行线路与下行线路的T、R、F分别通过ATPi-1和ATPi+1的横联线跨区段并联，形成了三个跨越两个区段的闭合回路，因此可根据基尔霍夫电压定律列出如式(4)所示的三个回路电压方程。
Figure BDA0002586770100000061
式中，ZT、ZF、ZR表示T线、F线、R线的单位自阻抗，ZTR、ZTF、ZRF表示T线、F线、R线的单位互阻抗，
Figure BDA0002586770100000062
表示ATPi的吸上电流。
经过化简，整理可得到：
Figure BDA0002586770100000063
上、下行电流分别为：
Figure BDA0002586770100000064
同时，易知
Figure BDA0002586770100000065
和
Figure BDA0002586770100000066
同相位，由此可知故障距离x有唯一解：
Figure BDA0002586770100000067
结合式(1)(2)，可以得到：
Figure BDA0002586770100000068
同理，当图1的故障为F-R、T-F故障或上下行并联直供运行区段故障，无论两并联中间节点间是否存在自耦变压器的投入，式(8)同样成立。推而广之，只要故障点所处区段为ATPa和ATPb形成的上下行并联运行方式，可以得到如式(9)所示的一个归一化的“广义上下行电流比”故障测距算法。
Figure BDA0002586770100000071
式中，
Figure BDA0002586770100000072
表示流过ATPb的横联线电流。
2)“单线AT”运行方式：故障区段两端皆投入自耦变压器。例如图1中QF 2j(j＝i+1…n)断开情况下k点发生的T-R故障，其为ATPi和ATPi+1之间的单线AT运行方式，如图3所示。此时可根据吸上电流比法进行测距：
Figure BDA0002586770100000073
推而广之，对于这种运行方式下的T-R或F-R故障，若故障区段为ATPa和ATPb，可以得到如式(11)所示的归一化的“广义吸上电流比”故障测距算法：
Figure BDA0002586770100000074
式中，
Figure BDA0002586770100000075
分别表示ATPa的上行T、F线电流，
Figure BDA0002586770100000076
分别表示ATPb的上行T、F线电流。
由于T-F故障时吸上电流非常小，此时可根据电抗法进行测距。
3)“单线直供”运行方式：故障点之后故障线路的断路器皆断开。例如图1中QF 2j-1(j＝i+1…n)断开情况下k点发生故障，故障区段为单线直供运行方式，如图4所示。此时，在牵引变电所的测量电抗受故障区段前端区段的运行方式影响，其电抗-距离特性为“马鞍”型，而在ATPi的测量电抗与故障距离呈线性关系，如图5所示。
因此，可根据QF2i-1的测量电抗利用电抗法进行测距：
Figure BDA0002586770100000077
式中，X2i-1(i＝1…n)表示QF2i-1测量电抗，xm表示不同故障下的线路单位电抗，故障测距时需要识别故障类型再选取对应的单位电抗。
由于断路器为双极断路器，故可将图1用单线图可简化为如图6所示。运行方式取决于牵引网的拓扑结构，因此本发明在此利用邻接矩阵分析网络拓扑的结构的优势对牵引网进行研究。由于各个所的上网点通过线路连接在一起，因而上行牵引网和下行牵引网可各视为一个广义节点。因此，由图6可得到如图7所示的牵引网连通图。
其对应的邻接矩阵如下：
Figure BDA0002586770100000081
由上述邻接矩阵可知，牵引网连通图形成的邻接矩阵取决于2n个断路器的开断状态，如上式中虚线框所示。本发明选取2n个断路器的开关状态形成新的邻接矩阵AQ，称为开关状态矩阵。因此，牵引网的运行方式可由开关状态矩阵完整而准确地显示出来，如式(14)所示。
Figure BDA0002586770100000082
由此可将上述三类运行方式的拓扑结构特点总结如下：
1)“上下行并联”运行方式：广义节点N1和N2之间至少有两条通路且分布在故障点两端。若在图2中QF2i-1断开情况下k点发生故障，可以得到如图8(a)所示的连通图，节点N1-Mi-1-N2-Mi+1被连接形成一个闭合回路，如图8(a)中虚线所示。
2)“单线AT”运行方式：广义节点N1和N2在故障点两端没有分别形成通路但皆投入自耦变压器。若在图6中QF 2j(j＝i+1…n)断开情况下k点发生故障，可以得到如图8(b)所示的连通图。故障区段两端的节点无法形成闭合回路，但可通过节点Mi-1-N1-Mi+1形成半闭合回路，如图8(b)中虚线所示。
3)“单线直供”运行方式：广义节点N1或N2仅有一端与中间节点连通。若在图6中QF2j-1(j＝i+1…n)断开情况下k点发生故障，可以得到如图8(c)所示的连通图。广义节点N1仅在故障点的一端与中间节点连通，无法形成闭合回路或者半闭合回路。
从上述分析可知，测距方法必须准确判断故障区段及故障区段的运行方式，进而才能准确计算故障距离。为此，本发明公开了一种基于电流状态矩阵和故障状态矩阵的故障测距方法。电流状态矩阵和故障状态矩阵的构成过程如下：
(1)定义牵引网并联状态矩阵。将开关状态矩阵的第一行与第二行的元素进行“与门”运算，得到
AP＝[e1e2 … e2i-1e2i … e2n-1e2n]1×n (15)
通过上述定义易知，矩阵中元素为0表示在此所亭内上下行线路未并联，若为1表示上下行线路并联。
(2)定义馈线电流矩阵
Figure BDA0002586770100000083
(3)定义电流状态矩阵
Figure BDA0002586770100000091
式中，RTi(i＝1...n)、RFi(i＝1...n)分别表示ATPi的T线、F线的电流状态，可以根据式(16)对应元素的大小取值。设定第一整定值Kset1和电流门槛Iset，当
Figure BDA0002586770100000092
或
Figure BDA0002586770100000093
时，RTi(i＝1,2...n)取为0，否则设置其值为1；RFi(i＝1,2...n)同理。Kset1、Iset可根据线路情况通过现场测试或仿真取值，一般取5％和100-200A。
(4)为区分出故障所在区段是否为上下行并联运行方式，将断路器状态矩阵和馈线电流状态矩阵按照一定的规则相乘，得到故障状态矩阵如下
Figure BDA0002586770100000094
式中，QTi(i＝1…n)、QFi(i＝1…n)分别表示ATPi的T线、F线的故障状态；
Figure BDA00025867701000000913
的运算规则为：AP中的元素与IR第一行和第二行对应位置的元素分别进行“与门”运算，即QTi＝e2i- 1e2iRTi(i＝1...n)，QFi＝e2i-1e2iRFi(i＝1...n)。由上述故障状态矩阵运算过程可知，矩阵中“1”所处位置的物理意义是此处所亭的上下行并联、馈线断路器均处于闭合状态，且此所亭处于故障区段前端或后端。
在上述分析的基础上，本发明公开的故障测距方法及实现过程如下：
(1)故障发生时，同步采集各所亭断路器状态和流过断路器的电流。
(2)根据式(15)-(18)构建电流状态矩阵和故障状态矩阵。
(3)根据故障状态矩阵判别故障区段是否为上下行并联区段。当
Figure BDA0002586770100000095
或
Figure BDA0002586770100000096
时，此时从n向1同时查找故障状态矩阵的第1行和第2行，找到的前两个值1元素列对应的两个所亭ATPb和ATPa，通过判据
Figure BDA0002586770100000097
(Kset2为第二整定值，可根据线路情况通过现场测试或仿真取值，一般取0.48)，若不满足，进入下一步骤；若满足，表明故障发生在上下行并联运行方式的所亭a和所亭b之间，对于T-R故障则故障状态矩阵中第一行中的值1元素个数大于等于，即
Figure BDA0002586770100000098
对于F-R故障则故障状态矩阵中第一行中元素的值1元素个数大于等于2，即
Figure BDA0002586770100000099
对于T-F故障则
Figure BDA00025867701000000910
且
Figure BDA00025867701000000911
此时，故障点到变电所的距离计算公式可结合式(9)得到：
Figure BDA00025867701000000912
式中，
Figure BDA0002586770100000101
(4)当上一步不满足时，根据电流状态矩阵判断故障区段是否为单线AT区段。通过判定电流状态矩阵中第一行和第二行中元素的值1元素个数大于等于2，即
Figure BDA0002586770100000102
且
Figure BDA0002586770100000103
若不满足，则进入下一步骤；若满足，得到故障为单线AT区段发生的T-R或F-R故障。此时，从n向1同时查找电流状态矩阵的第1行和第2行，找到的前两个值1元素列对应的两个所亭b和a，通过吸上电流判据
Figure BDA0002586770100000104
(Kset3为第三整定值，可根据线路情况通过现场测试或仿真取值，一般取0.95)，若不满足，则进入下一步骤；若满足，判定故障区段为所亭a至b所亭之间。采用故障区段后端b所亭处T线或F线电流方向可判定故障类型：对于T-R故障则后端所亭处T线或F线电流由母线指向线路；对于F-R故障则后端所亭处T线或F线电流由线路指向母线。此时，故障点到变电所的距离计算公式可结合式(11)得到：
Figure BDA0002586770100000105
式中，
Figure BDA0002586770100000106
(5)若上一步还不满足时，说明故障是单线AT区段中的T-F故障或单线直供区段中的各种故障。此时，从n向1同时查找电流状态矩阵的第1行和第2行，找到首个值1元素对应的最大所亭a。对于T-R故障则RTa＝1且RFa＝0(RTa、RFa分别表示ATPa的T线、F线的电流状态)；对于F-R故障则RTa＝0且RFa＝1；对于T-F故障则RTa＝1且RFa＝1。进行故障测距时，先根据上述方法确定故障类型及故障方向，再选择相应的参数进行测距。此时，故障点到变电所的距离计算公式可结合式(12)得到：
Figure BDA0002586770100000107
式中，若为上行故障，
Figure BDA0002586770100000108
X2a-1为断路器QF2a-1的测量电抗；若为下行故障，
Figure BDA0002586770100000109
X2a为断路器QF2a的测量电抗。
由此形成的故障测距方法流程如图9所示。
目前我国高速铁路采用的I、II型全并联供电方式，本发明提出的保护方法都适用，下面结合示意图对每种案例分别进行说明。
1、I型全并联AT供电方式
图10所示的I型全并联AT供电方式中，断路器和隔离开关共有13台，考虑到1QF、2QF不能同时退出，其可能存在的运行方式有6×2^10＝6144种。其中，1QS、3QF、4QF影响上下行线路是否并联，若1QF断开但1QS闭合，仍然可认为牵引变电所-ATP1区段上下行线路并联，若3QF、4QF断开，则ATP1和SP上下行线路未并联；5QF、6QF、7QF、8QF影响自耦变压器是否投入，若其断开，表明自耦变压器未投入，该区段为直供运行方式。因此，其对应的开关状态矩阵如下：
Figure BDA0002586770100000111
其中，由于上下行并联开关的存在，即使开关状态矩阵中第一列和第二列的值均为1，其并联状态矩阵中对应值仍不一定为1。因此，并联状态矩阵的形成方式与前文所述方法有所不同，需考虑上下行并联开关，故可得到其并联状态矩阵如式(23)所示。
AP1＝[e1QFe1QS∪e2QFe1QS e2QSe3QSe3QF e4QSe5QSe4QF]1×3 (23)
虽然并联隔离开关1QS会影响上下行馈线电流的分配，但馈线电流矩阵的组成不会发生改变，如式(24)所示。
Figure BDA0002586770100000112
结合式(23)和(24)，得到故障状态矩阵，运用本发明所提方法即可进行故障测距。
2、II型全并联AT供电方式
II型全并联AT供电方式结构I型一样，只是断路器和隔离开关的分布不同，如图11所示。其中，1QS、2QS、3QS影响上下行线路是否并联，若1QF断开但1QS闭合，仍然可认为牵引变电所-ATP1区段上下行线路并联，若2QS、3QS断开，则ATP1和SP上下行线路未并联；7QF、8QF、9QF、10QF影响自耦变压器是否投入，若其断开，表明自耦变压器未投入，该区段为直供运行方式。因此，其对应的开关状态矩阵如下：
Figure BDA0002586770100000113
其中，由于并联隔离开关的存在，即使开关状态矩阵中第一列和第二列的值均为1，其并联状态矩阵中对应值仍不一定为1。因此，并联状态矩阵的形成方式与前文所述方法有所不同，需考虑隔离开关，故可得到其并联状态矩阵如式(26)所示。
AP2＝[e1QFe1QS∪e2QFe1QS e3QFe4QFe2QS e5QFe6QFe3QS]1×3 (26)
虽然并联隔离开关1QS会影响上下行馈线电流的分配，但馈线电流矩阵的组成不会发生改变，如式(27)所示。
Figure BDA0002586770100000114
结合式(26)和(27)，得到故障状态矩阵，运用本发明所提方法即可进行故障测距。

Claims (3)

1.一种全并联AT牵引网故障测距方法，其特征在于，所述全并联AT牵引网包括所亭ATPi，i＝1...n且n≥3；其中，所亭ATP1为牵引变电所，其它所亭为AT所或分区所；
步骤1：故障发生时，同步采集各所亭的上行、下行双极馈线断路器的状态和流过断路器的电流，构建牵引网并联状态矩阵AP和馈线电流矩阵Id；其中，
AP＝[e1e2 … e2i-1e2i … e2n-1e2n]1×n，
式中，e2i-1表示ATPi的上行断路器QF2i-1的状态，e2i为ATPi的下行断路器QF2i的状态；如QF2i闭合，则e2i＝1，否则e2i＝0；其它类同；
Figure FDA0002586770090000011
式中，
Figure FDA0002586770090000012
分别表示流过ATPi的QF2i-1、QF2i的T线电流；
Figure FDA0002586770090000013
分别表示流过ATPi的QF2i-1、QF2i的F线电流；
步骤2：构建电流状态矩阵和故障状态矩阵，包括
2.1构建电流状态矩阵IR，
Figure FDA0002586770090000014
式中，RTi、RFi分别表示ATPi的T线、F线的电流状态，根据馈线电流矩阵Id对应元素的大小取值，具体为：
如
Figure FDA0002586770090000015
或
Figure FDA0002586770090000016
则RTi＝0，否则RTi＝1；
如
Figure FDA0002586770090000017
或
Figure FDA0002586770090000018
则RFi＝0，否则RFi＝1；
其中，Kset1为第一整定值，Iset为电流门槛；
2.2构建故障状态矩阵IQ，
Figure FDA0002586770090000019
式中，QTi＝e2i-1e2iRTi、QFi＝e2i-1e2iRFi，分别表示ATPi的T线、F线的故障状态；
步骤3：判别故障区段是否为上下行并联区段后测距，包括
3.1如
Figure FDA00025867700900000110
或
Figure FDA00025867700900000111
则从n向1同时查找故障状态矩阵IQ的第1行和第2行，找到第一个值1元素列所对应的所亭ATPb和第二个值1元素列所对应的所亭ATPa，b∈{1...n}，a∈{1...n}；否则，转步骤4；
3.2如
Figure FDA0002586770090000021
则故障区段为上下行并联区段，否则转步骤4；
式中，
Figure FDA0002586770090000022
表示流过所亭ATPb的横联线电流，
Figure FDA0002586770090000023
表示流过供电区段1的上行电流，
Figure FDA0002586770090000024
表示流过供电区段1的下行电流；其中
Figure FDA0002586770090000025
分别表示流过供电区段1上行线路的T线、F线电流，
Figure FDA0002586770090000026
分别表示流过供电区段1下行线路的T线、F线电流；所述供电区段1为ATP1至ATP2的区段；Kset2为第二整定值；
3.3计算故障点到ATP1的距离Lx，
Figure FDA0002586770090000027
式中，Di为供电区段i的长度，即ATPi至ATP(i+1)的距离；
Figure FDA0002586770090000028
步骤4：判别故障区段是否为单线AT区段后测距，包括
4.1如
Figure FDA0002586770090000029
且
Figure FDA00025867700900000210
则从n向1同时查找电流状态矩阵IR的第1行和第2行，找到第一个值1元素列所对应的所亭ATPb和第二个值1元素列所对应的所亭ATPa，b∈{1...n}，a∈{1...n}；否则，转步骤5；
4.2如
Figure FDA00025867700900000211
则故障区段为单线AT区段，否则转步骤5；
式中，Kset3为第三整定值；
4.3计算故障点到ATP1的距离Lx，
Figure FDA00025867700900000212
式中，Di为供电区段i的长度，即ATPi至ATP(i+1)的距离；
Figure FDA00025867700900000213
步骤5：判别故障类型后测距，包括
5.1从n向1同时查找电流状态矩阵IR的第1行和第2行，找到第一个值1元素列所对应的所亭ATPa，a∈{1...n}；
5.2判别故障类型：如RTa＝1且RFa＝0，则为单线直供区段的T-R故障；如RTa＝0且RFa＝1，则为单线直供区段的F-R故障；如RTa＝1且RFa＝1，则为单线AT区段的T-F故障；RTa、RFa分别ATPa的T线、F线的电流状态；
5.3计算故障点到ATP1的距离Lx，
Figure FDA0002586770090000031
式中，Di为供电区段i的长度，即ATPi至ATP(i+1)的距离；
如为上行线路的故障，则
Figure FDA0002586770090000032
如为下行线路的故障，则
Figure FDA0002586770090000033
其中，X2a-1、X2a分别为ATPa的上行、下行断路器QF2a-1、QF2a的测量电抗；xm为根据故障类型确定的线路单位电抗。
2.如权利要求1所述的测距方法，其特征在于，所述步骤3.2与3.3之间，还包括判别故障类型的步骤：
如仅
Figure FDA0002586770090000034
则为上下行并联区段的T-R故障；
如仅
Figure FDA0002586770090000035
则为上下行并联区段的F-R故障；
如
Figure FDA0002586770090000036
且
Figure FDA0002586770090000037
则为上下行并联区段的T-F故障。
3.如权利要求1所述的测距方法，其特征在于，所述步骤4.2与4.3之间，还包括判别故障类型的步骤：
如所亭ATPb的电流为ATPb流向T线或F线，则为单线AT区段的T-R故障；
如所亭ATPb的电流为T线或F线流向ATPb，则为单线AT区段的F-R故障。
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