CN112557831B - 一种带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法，包括，根据带加强线的直供方式电气化铁路牵引网短路仿真及试验数据，构建故障情况下牵引网故障距离与故障阻抗的数据矩阵，并拟合短路阻抗特性曲线；结合接触线、加强线短路阻抗曲线，故障时上、下行保护装置测得阻抗差值及各导线故障测距差值，实现牵引网故障区段、故障线别的判断及故障距离准确计算。本发明有益效果，解决了加强线并联后牵引网故障区段、线别无法确定问题，实现该供电方式下故障区段、故障线别准确判断；实现对带加强线直接供电方式故障距离精确计算；通过在牵引变电所馈线保护装置中增加本技术方案，无需硬件升级改造，无需单独设置故障测距装置，成本较低易于实现。

Description

一种带加强线的直接供电方式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供电技术领域，具体涉及一种带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法。
背景技术
考虑工程经济性和可靠性，目前国内多条设计速度250km/h的铁路采用带加强线的直接供电方式，且加强线具备快速切除功能。
在当前的工程应用中，对于直接供电方式，由于特性参数均匀分布，牵引网阻抗与距离基本呈线性或分段线性关系，故障测距主要采用电抗法。对于带加强线的直接供电方式，受加强线与接触线之间并联间距的影响，牵引网阻抗局部呈马鞍形，与距离不再呈线性或分段线性关系，此时当牵引网发生短路故障时，采用电抗法测距将存在较大误差，且无法区分故障发生在加强线还是接触线，影响故障线路的维修效率、延长停电时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服已有技术缺陷，提供了一种能够精确区分加强线和接触线故障的牵引网故障测距方法。
本发明所采用的技术方案是，一种带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法，包括以下步骤：
A、根据牵引网短路仿真及试验数据，构建故障情况下牵引网故障距离与短路阻抗的数据矩阵；
B、拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线；
C、当牵引网某处发生故障，上行保护装置测得阻抗为Z S，结合步骤B拟合的短路阻抗特性曲线，故障距离为l ST、l SP；下行保护装置测得阻抗为Z X，故障距离为l XT、l XP；判断故障时阻抗、距离差值；
D、判断牵引网故障行别；
E、牵引网故障区段定位；
F、牵引网故障线别判定及故障测距。
所述步骤D判断牵引网故障行别，依据短路点至牵引变电所距离与上下行线路阻抗的关系，利用上下行保护装置测得阻抗的差值，即，ΔZ=上行保护装置测得阻抗ZS-下行保护装置测得阻抗Z X，当ΔZ<0时故障发生于上行牵引网；当ΔZ=0时故障发生于分区所；当ΔZ>0时故障发生于下行牵引网。
所述步骤D和步骤E，当故障发生于上行牵引网时，
利用拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线，若阻抗Z S对应的故障测距值个数n＝1时，故障发生于上行牵引网的接触线未并联加强线区段，此时故障距离为阻抗Z S值对应的故障距离l S；
利用拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线，若阻抗Z S对应的故障测距值个数n＞1时，
当阻抗Z X对应2个故障测距值，故障发生于上行牵引网的接触线并联加强线区段，
当阻抗Z X对应1个故障测距值，故障发生于上行牵引网的接触线未并联加强线区段，此时故障距离为阻抗Z X值对应的故障距离l X。
所述步骤F，当故障发生于上行牵引网时，
利用拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线，Z S值对应多个故障测距值，结合阻抗Z S和接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l ST、l SPi （i=1，2），结合阻抗Z X和接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l XT 、l XP，
当
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，故障位于接触线上，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
当
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，故障位于加强线上，Δl 2对应l SPi ，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，σ为故障线别判断整定值，根据线路情况通过现场测试或仿真取值。
本发明的有益效果是，(1) 解决了加强线并联后牵引网故障区段、线别无法确定的问题，实现了该供电方式下故障区段、故障线别的准确判断。
(2) 解决了该供电方式下加强线与接触线之间并联间距对故障测距不准的影响，实现了对带加强线的直接供电方式故障距离的精确计算。
(3)通过在牵引变电所馈线保护装置中增加本发明提出的故障测距方法即可实现，无需进行硬件升级改造，无需单独设置故障测距装置，成本较低且易于实现。
附图说明
图1为本发明带加强线的直供方式牵引网供电示意图；
图2为本发明牵引网不同线别短路阻抗特性曲线图；
图3为本发明带加强线的直供方式故障测距方法流程图；
图4为本发明牵引网不同线别短路阻抗特性曲线局部放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1至图3所示，本发明一种带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法，包括以下步骤：
A、根据牵引网短路仿真及试验数据，构建故障情况下牵引网故障距离与上行接触线短路阻抗、下行接触线短路阻抗、上行加强线短路阻抗、下行加强线短路阻抗的数据对应矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（1）
式中：l n 为设置第n次短路故障距牵引变电所距离；Z STn 为接触线短路上行保护装置测得阻抗；Z XTn 为接触线短路下行保护装置测得阻抗；Z SPn 为加强线短路上行保护装置测得阻抗；Z XPn 为加强线短路下行保护装置测得阻抗。
B、结合上述数据矩阵中Z STn 、Z XTn 、Z SPn 、Z XPn 与l n 的分布规律，拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线；
C、带加强线的直接供电方式故障测距方法实现过程：
a. 牵引网故障行别判定：
当牵引网某处发生故障，上、下行保护装置测得阻抗分别为Z S、Z X。由于短路点至牵引变电所长度基本直接反应上下行线路阻抗，则上下行牵引网故障行别判据为
ΔZ=Z S-Z X （2）
若ΔZ<0则判断故障发生在上行线路；若ΔZ>0则判断故障发生在下行线路；若ΔZ=0则判断故障发生于分区所。
b. 牵引网故障区段定位：
由于牵引网存在接触线并联加强线区段和接触线未并联加强线区段，因而要对两类故障区段分别判断；
假设故障发生于上行线，结合步骤B拟合的短路阻抗特性曲线，若Z S值对应2个或3个故障测距值，Z X对应2个故障测距值则故障发生于上行牵引网的接触线并联加强线区段；若Z S值对应2个或3个故障测距值，Z X对应1个故障测距值则故障发生于上行牵引网的接触线未并联加强线区段，此时故障距离即为Z X值对应的l X；若Z S值对应1个故障测距值，则故障发生于上行牵引网的接触线未并联加强线区段，此时故障距离即为Z S值对应的l S。
c. 牵引网故障线别判定及故障测距：
上行牵引网的接触线并联加强线区段故障位置定位。
1) 若Z S值对应2个故障测距值，结合上行保护装置测得的阻抗Z S及b步骤查取的接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l ST、l SP，结合下行保护装置测得的阻抗Z X，查取接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l XT、l XP。给出接触线、加强线故障位置判据为：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（3）
若
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（σ为故障线别判断整定值，可根据线路情况通过现场测试或仿真取值），则故障在接触线上，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，则故障在加强线上，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
2) 由于在加强线与接触线并联的末端，加强线阻抗呈现先增大后减小的趋势，此时Z S值对应3个故障测距值（其中对应加强线故障距离有2个），结合上行保护装置测得的阻抗Z S及b步骤查取的接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l ST、l SPi （i=1，2），结合下行保护装置测得的阻抗Z X，查取接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l XT、l XP。给出接触线、加强线故障位置判据为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（4）
若
Figure DEST_PATH_IMAGE012
（σ为故障线别判断整定值，可根据线路情况通过现场测试或仿真取值），则故障在接触线上，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
若
Figure DEST_PATH_IMAGE014
，则故障在加强线上，假设Δl 2对应l SP1，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
。
特别说明，ΔZ>0时，判断故障发生在下行线路，该故障测距方法与前述的上行牵引网的测距方法相同，因此不再赘述。
实施例：
国内某条铁路采用直接供电方式，局部区段增设加强线。加强线与接触线第一个并联点在牵引变电所处，第二个并联点距离牵引变电所为10km，分区所距离牵引变电所24km，供电示意图如图1所示。
一.供电臂某处发生短路故障时，上行保护装置测得阻抗值ZS 为2Ω，下行保护装置测得阻抗值ZX为18Ω。
a. 牵引网故障行别判定：
此时ZS<ZX，可判断故障发生在上行。
b. 牵引网故障区段定位：
结合图2短路阻抗特性曲线，ZS、Z X分别对应2个故障测距值，可判断故障发生于上行牵引网接触线并联加强线的区段。
c. 牵引网故障线别判定及故障测距：
上行保护装置测得的阻抗Z S =2Ω时，查取的接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l ST=6.17km、l SP=4.83km。
下行保护装置测得的阻抗Z X=18Ω时，查取的接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l XT=6.17km、l XP=7.75km。
由于l ST与l XT基本一致，则可判断故障发生于接触线上，此时故障点与牵引变电所距离为l XT=6.17km。
综上所述，故障发生于上行，故障区段为上行牵引网接触线并联加强线区段，线别为接触线，故障距离为6.17km。
二.供电臂某处发生短路故障时，上行保护装置测得阻抗值ZS 为2.66Ω，下行保护装置测得阻抗值ZX为16Ω。
a. 牵引网故障行别判定：
此时ZS<ZX，可判断故障发生在上行。
b. 牵引网故障区段定位：
结合图4短路阻抗特性曲线，ZS对应3个故障测距值，Z X对应2个故障测距值，可判断故障发生于上行牵引网接触线并联加强线的区段。
c. 牵引网故障线别判定及故障测距：
上行保护装置测得的阻抗Z S =2.66Ω时，查取的接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l ST=10.01km、l SP1=8.83km、l SP2=9.85km。
下行保护装置测得的阻抗Z X=16Ω时，查取的接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l XT=7.98km、l XP=8.83km。
由于l SP1与l XP基本一致，则可判断故障发生于加强线上，此时故障点与牵引变电所距离为l XP=8.83km。
综上所述，故障发生于上行，故障区段为上行牵引网接触线并联加强线区段，线别为加强线，故障距离为8.83km。
故障判断的整个过程中，未增加任何传感器装置，因而无需进行硬件升级改造，更新本发明的故障测距方法即可，成本较低且易于实现。
值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的方法，实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、根据牵引网短路仿真及试验数据，构建故障情况下牵引网故障距离与短路阻抗的数据矩阵；
B、拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线；
C、当牵引网某处发生故障，上行保护装置测得阻抗为Z S，结合步骤B拟合的短路阻抗特性曲线，故障距离为l ST、l SP；下行保护装置测得阻抗为Z X，故障距离为l XT、l XP；判断故障时阻抗、距离差值；
D、判断牵引网故障行别；
E、牵引网故障区段定位；
当故障发生于上行牵引网时，
利用拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线，若阻抗Z S对应的故障测距值个数n＝1时，故障发生于上行牵引网的接触线未并联加强线区段，此时故障距离为阻抗Z S值对应的故障距离l S；
利用拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线，若阻抗Z S对应的故障测距值个数n＞1时，
当阻抗Z X对应2个故障测距值，故障发生于上行牵引网的接触线并联加强线区段，
当阻抗Z X对应1个故障测距值，故障发生于上行牵引网的接触线未并联加强线区段，此时故障距离为阻抗Z X值对应的故障距离l X；
F、牵引网故障线别判定及故障测距；
当故障发生于上行牵引网时，
利用拟合接触线和加强线短路阻抗特性曲线，Z S值对应多个故障测距值，结合阻抗Z S和接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l ST、l SPi （i=1，2），结合阻抗Z X和接触线、加强线阻抗特性曲线上对应的故障距离l XT 、l XP ，
当
Figure 657208DEST_PATH_IMAGE001
，故障位于接触线上，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure 503242DEST_PATH_IMAGE002
；
当
Figure 282979DEST_PATH_IMAGE003
，故障位于加强线上，Δl 2对应l SPi ，此时故障点与牵引变电所距离为
Figure 678189DEST_PATH_IMAGE004
；
其中，σ为故障线别判断整定值，根据线路情况通过现场测试或仿真取值。
2.根据权利要求1所述的带加强线的直接供电方式牵引网故障测距方法，其特征在于，所述步骤D判断牵引网故障行别，依据短路点至牵引变电所距离与上下行线路阻抗的关系，利用上下行保护装置测得阻抗的差值，即，ΔZ=上行保护装置测得阻抗ZS-下行保护装置测得阻抗ZX，当ΔZ<0时故障发生于上行牵引网；当ΔZ=0时故障发生于分区所；当ΔZ>0时故障发生于下行牵引网。
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带加强线的全并联直供电气特性研究;邢晓乾;《电气化铁道》;20110815;全文 *
带加强线的直供牵引供电系统故障测距分析;桂林峰;《大连交通大学学报》;20201015;第41卷(第5期);全文 *

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CN112557831A (zh) 2021-03-26

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