CN112946420A - 一种电气化铁道at段故障位置识别方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域。
背景技术
高速铁路无一例外地采用电力牵引。随着高速铁路里程的增加,牵引供电系统的安全、良好运行不能不受到高度重视。
AT(Auto Transformer,自耦变压器)供电方式具有更长的供电区段、更大的供电能力之优势,能够更好地满足高速铁路行车密度较大、运行速度高、供电容量大的要求,成为了我国高速铁路在现阶段的主流供电方式。
牵引网没有备用,且暴露于大自然中,加之弓网高速接触,容易导致故障的发生,引起断电,影响正常运行。高速电气化铁路AT牵引网结构复杂,故障定位困难,如果不能及时准确发现和排除故障,将延长停电时间,干扰正常运输。因此,AT牵引网故障的精确定位对于铁路的高效、安全运行意义重大,并能够带来巨大的经济和社会效益。
目前,针对AT牵引网的故障定位(测距)方法容易受到线路结构、牵引网的运行方式及供电方式等因素的影响,降低其稳定性和精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁道AT段故障位置识别方法,它能有效地排除因AT牵引网结构、运行方式以及过渡电阻等因素的影响,有效辨别AT供电接触网故障类型和故障位置,解决AT牵引网发生短路故障时精确定位的技术问题。
本发明解决其技术问题,所采用的技术方案为:一种电气化铁道AT段故障位置识别方法,设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D,电源为系统阻抗为ZS,接触线T的自阻抗为ZT,钢轨R的自阻抗为ZR,负馈线F的自阻抗为ZF,接触线T与钢轨R的互阻抗为ZTR,接触线T与负馈线F的互阻抗为ZTF,负馈线F与钢轨R的互阻抗为ZFR;AT段首端设有测距装置DA1,AT段末端设有测距装置DA2,测距装置DA1与测距装置DA2之间通过光纤g1通信,它们分别同步测量牵引网AT段首、末端电压相量和电流相量,包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量当电气化铁路AT段内发生短路故障时,定义接触线T电流比KT:
钢轨R电流比KR:
负馈线F电流比KF:
则:
(a)当钢轨R电流比KR大于接触线T电流比KT达到10倍以上时;同时KR也大于负馈线F电流比KF达到10倍以上,判定为AT段内发生接触线T和钢轨R之间的TR短路故障;
(b)当接触线T电流比KT大于钢轨R电流比KR达到10倍以上时;同时KT大于负馈线F电流比KF达到10倍以上,判定为AT段内发生负馈线F和钢轨R之间的FR短路故障;
(c)当负馈线F电流比KF大于T线电流比KT达到10倍以上时;同时KF大于钢轨R电流比KR达到10倍以上,判定为AT段内发生接触线T和负馈线F之间的TF短路故障;
当电气化铁路AT段内发生短路故障时,通过式(1)、(2)、(3)识别出故障类型后,设
短路故障位置距离AT段首端的长度为x,则由公式(4)计算:
设短路故障位置为距离AT段末端的长度为D-x,由公式(5)计算:
本发明的工作原理是:设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D,电源为系统阻抗为ZS,接触线T的自阻抗为ZT,钢轨R的自阻抗为ZR,负馈线F的自阻抗为ZF,接触线T与钢轨R的互阻抗为ZTR,接触线T与负馈线F的互阻抗为ZTF,负馈线F与钢轨R的互阻抗为ZFR;在AT段首端安装测距装置DA1,在AT段末端安装测距装置DA2,测距装置DA1与测距装置DA2之间通过光纤g1通信,测距装置DA1与测距装置DA2分别同步测量牵引网AT段首末端电压相量和电流相量,包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量AT段发生短路故障时,AT段发生短路故障时,故障类型通过T线电流比KT,R线电流比KR,F线电流比KF进行判断。设故障位置为短路故障位置距离AT段首端的长度x,由测距装置DA1,测距装置DA2通过公式(1)计算;设短路故障位置为距离AT段末端的长度D-x,由测距装置DA1,测距装置DA2通过公式(2)计算。电流、电压需用基波相量,电流、电压互感器极性需与图中标向要求一致。同时,由电路方程推导故障位置的过程中,短路点电压可以消掉,因此该故障定位方法适用于有或无过渡电阻情形。
与现有技术相比,本发明技术的有益效果是:
一、利用AT段两端电压、电流进行故障距离计算,适用于金属性短路和非金属性(有较大过渡电阻)短路,且均具有较高的准确性。
二、故障定位及其精度不受AT牵引网结构、运行方式等的影响,也考虑了接触线T与负馈线F的互感影响。
三、通用性好,易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例的TF短路定位示意图。
图2是本发明实施例的FR短路定位示意图。
图3是本发明实施例的TR短路定位示意图。
具体实施方式
如图1,2,3所示,设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D,电源为系统阻抗为ZS,接触线T的自阻抗为ZT,钢轨R的自阻抗为ZR,负馈线F的自阻抗为ZF,接触线T与钢轨R的互阻抗为ZTR,接触线T与负馈线F的互阻抗为ZTF,负馈线F与钢轨R的互阻抗为ZFR;在AT段首端安装测距装置DA1,在AT段末端2安装测距装置DA2,测距装置DA1与测距装置DA2之间通过光纤g1通信,测距装置DA1与测距装置DA2分别同步测量牵引网AT段首末端电压相量和电流相量,包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量AT段发生短路故障时,故障类型通过接触线T电流比KT,钢轨R电流比KR,负馈线F电流比KF进行判断。
当电气化铁路AT段内发生短路故障时,定义接触线T电流比KT:
钢轨R电流比KR:
负馈线F电流比KF:
则:
(a)当钢轨R电流比KR大于接触线T电流比KT达到10倍以上时;同时KR也大于负馈线F电流比KF达到10倍以上,判定为AT段内发生接触线T和钢轨R之间的TR短路故障;
(b)当接触线T电流比KT大于钢轨R电流比KR达到10倍以上时;同时KT大于负馈线F电流比KF达到10倍以上,判定为AT段内发生负馈线F和钢轨R之间的FR短路故障;
(c)当负馈线F电流比KF大于T线电流比KT达到10倍以上时;同时KF大于钢轨R电流比KR达到10倍以上,判定为AT段内发生接触线T和负馈线F之间的TF短路故障;
如图1所示,AT段发生TF短路故障时,设短路故障位置距离AT段首端的长度为x,由测距装置DA1,测距装置DA2通过公式(4)计算;设短路故障位置为距离AT段末端的长度为D-x,由测距装置DA1,测距装置DA2通过公式(5)计算。
如图2所示,设距离AT段首端x km处发生FR短路,同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量,包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量短路位置即距首端或末端的长度由公式(4)、(5)进行计算。
如图3所示,设距离AT段首端x km处发生TR短路,同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量,包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量短路位置即距首端或末端的长度由公式(4)、(5)进行计算。
仿真实例:
仿真计算所用参数:
牵引变绕组容量32MVA
AT段长D=20km
接触线T自阻抗ZT=0.1485+0.5862i(欧)
钢轨R自阻抗ZR=0.0831+0.4448i(欧)
负馈线F自阻抗ZF=0.1702+0.7164i(欧)
接触线T钢轨R互阻抗ZTR=0.0493+0.3041i(欧)
接触线T负馈线F互阻抗ZTF=0.0493+0.3428i(欧)
负馈线F钢轨R互阻抗ZFR=0.0493+0.2915i(欧)
计算公式参考电流方向均为流向线路,为了便于直接代入计算,仿真计算时,IT2,IF2,IR2相位均是相对于(UT1相位+180度)。
仿真计算电流电压如表1,3,5所示,短路故障电流比和测距结果如表2,4,6所示,表中,T线、R线、F线分别代表接触线T、钢轨R和负馈线F。
表1TR短路故障电压电流
表2TR短路故障电流比和测距
故障位置 | 1km | 3km | 5km | 8km | 10km | 14km | 17km |
T线电流比(*20) | 0.93 | 1.769 | 2.617 | 3.768 | 4.651 | 6.408 | 7.657 |
R线电流比(*20) | 1.86 | 3.536 | 5.231 | 7.531 | 9.299 | 12.8 | 15.28 |
F线电流比(*20) | 3300 | 3265 | 3192 | 5935 | 8785 | 6200 | 4288 |
测距(km) | 0.827 | 2.92 | 4.998 | 8.055 | 10.21 | 14.42 | 17.29 |
表3FR短路故障电压电流
表4FR短路故障电流比和测距
故障位置 | 1km | 3km | 5km | 8km | 10km | 14km | 17km |
T线电流比(*20) | 3218 | 3081 | 3909 | 6332 | 4184 | 8736 | 11590 |
R线电流比(*20) | 1.865 | 3.424 | 5.233 | 7.68 | 9.598 | 12.98 | 15.54 |
F线电流比(*20) | 0.933 | 1.713 | 2.618 | 3.842 | 4.804 | 6.488 | 7.774 |
测距(km) | 1.128 | 3.11 | 5.07 | 8.057 | 9.914 | 13.81 | 16.93 |
表5TF短路故障电压电流
表6TF短路故障电流比和测距
故障位置 | 1km | 3km | 5km | 8km | 10km | 14km | 17km |
T线电流比(*20) | 0.005 | 0.016 | 0.0026 | 0.042 | 0.052 | 0.074 | 0.089 |
R线电流比(*20) | 1262 | 2520 | 2637 | 2944 | 3116 | 3462 | 3399 |
F线电流比(*20) | 0.005 | 0.016 | 0.0026 | 0.042 | 0.052 | 0.074 | 0.089 |
测距(km) | 1.017 | 3.051 | 5.069 | 8.084 | 10.09 | 14.1 | 17.11 |
从表中所列数据可见证明本方法是可行的。
Claims (1)
1.一种电气化铁道AT段故障位置识别方法,设电气化铁路AT牵引网AT段长度为D,电源为系统阻抗为ZS,接触线T的自阻抗为ZT,钢轨R的自阻抗为ZR,负馈线F的自阻抗为ZF,接触线T与钢轨R的互阻抗为ZTR,接触线T与负馈线F的互阻抗为ZTF,负馈线F与钢轨R的互阻抗为ZFR;AT段首端设有测距装置DA1,AT段末端设有测距装置DA2,测距装置DA1与测距装置DA2之间通过光纤g1通信,它们分别同步测量牵引网AT段首、末端电压相量和电流相量,包括接触线T首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量负馈线F首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量其特征在于:当电气化铁路AT段内发生短路故障时,定义接触线T电流比KT:
钢轨R电流比KR:
负馈线F电流比KF:
则:
(a)当钢轨R电流比KR大于接触线T电流比KT达到10倍以上时;同时KR也大于负馈线F电流比KF达到10倍以上,判定为AT段内发生接触线T和钢轨R之间的TR短路故障;
(b)当接触线T电流比KT大于钢轨R电流比KR达到10倍以上时;同时KT大于负馈线F电流比KF达到10倍以上,判定为AT段内发生负馈线F和钢轨R之间的FR短路故障;
(c)当负馈线F电流比KF大于T线电流比KT达到10倍以上时;同时KF大于钢轨R电流比KR达到10倍以上,判定为AT段内发生接触线T和负馈线F之间的TF短路故障;
当电气化铁路AT段内发生短路故障时,通过式(1)、(2)、(3)识别出故障类型后,设短路故障位置距离AT段首端的长度为x,则由公式(4)计算:
设短路故障位置为距离AT段末端的长度为D-x,由公式(5)计算:
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CN112946420B (zh) | 2021-11-23 |
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