CN112946420A - 一种电气化铁道at段故障位置识别方法 - Google Patents

一种电气化铁道at段故障位置识别方法 Download PDF

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CN112946420A CN202110129273.6A CN202110129273A CN112946420A CN 112946420 A CN112946420 A CN 112946420A CN 202110129273 A CN202110129273 A CN 202110129273A CN 112946420 A CN112946420 A CN 112946420A
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Abstract

本发明公开了一种电气化铁道AT段故障位置识别方法，涉及电气化铁路牵引供电技术领域。通过同步测量牵引网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
Figure DDA0002924584520000011
和首端电流相量
Figure DDA0002924584520000012
末端电压相量
Figure DDA0002924584520000013
和末端电流相量
Figure DDA0002924584520000014
负馈线F首端电压相量
Figure DDA0002924584520000015
和首端电流相量
Figure DDA0002924584520000016
末端电压相量
Figure DDA0002924584520000017
和末端电流相量
Figure DDA0002924584520000018
列写电路方程，解出故障位置。AT段发生短路故障时，故障类型通过接触线T电流比，钢轨R电流比，负馈线F电流比进行判断。该方法可以排除牵引网结构、运行方式等因素的影响，并适用于有较大过渡电阻的非金属短路故障情形，故障定位精度高。广泛适用于电气化铁路AT牵引供电系统的故障定位。

Description

一种电气化铁道AT段故障位置识别方法
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
Figure BDA0002924584500000011
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
Figure BDA0002924584500000012
和首端电流相量
Figure BDA0002924584500000013
末端电压相量
Figure BDA0002924584500000014
和末端电流相量
Figure BDA0002924584500000015
负馈线F首端电压相量
Figure BDA0002924584500000016
和首端电流相量
Figure BDA0002924584500000017
末端电压相量
Figure BDA0002924584500000018
和末端电流相量
Figure BDA0002924584500000019
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：
Figure BDA00029245845000000110
，
钢轨R电流比KR：
Figure BDA00029245845000000111
，
负馈线F电流比KF：
Figure BDA0002924584500000021
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：
Figure BDA0002924584500000022
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：
Figure BDA0002924584500000023
式中：长度D、x的单位均为km，各种阻抗Z单位均为Ohm/km；各首端电压相量
Figure BDA0002924584500000024
和末端电压相量
Figure BDA0002924584500000025
的单位均为V，各首端电流相量
Figure BDA0002924584500000026
和末端电流相量
Figure BDA0002924584500000027
的单位均为A。
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
Figure BDA0002924584500000028
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
Figure BDA0002924584500000029
和首端电流相量
Figure BDA00029245845000000210
末端电压相量
Figure BDA00029245845000000211
和末端电流相量
Figure BDA00029245845000000212
负馈线F首端电压相量
Figure BDA00029245845000000213
和首端电流相量
Figure BDA00029245845000000214
末端电压相量
Figure BDA00029245845000000215
和末端电流相量
Figure BDA00029245845000000216
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
Figure BDA0002924584500000031
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
Figure BDA0002924584500000032
和首端电流相量
Figure BDA0002924584500000033
末端电压相量
Figure BDA0002924584500000034
和末端电流相量
Figure BDA0002924584500000035
负馈线F首端电压相量
Figure BDA0002924584500000036
和首端电流相量
Figure BDA0002924584500000037
末端电压相量
Figure BDA0002924584500000038
和末端电流相量
Figure BDA0002924584500000039
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：
Figure BDA00029245845000000310
，
钢轨R电流比KR：
Figure BDA00029245845000000311
，
负馈线F电流比KF：
Figure BDA00029245845000000312
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。
Figure BDA0002924584500000041
Figure BDA0002924584500000042
式中：长度D、x的单位均为km，各种阻抗Z单位均为Ohm/km；各首端电压相量
Figure BDA0002924584500000043
Figure BDA0002924584500000044
和末端电压相量
Figure BDA0002924584500000045
的单位均为V，各首端电流相量
Figure BDA0002924584500000046
和末端电流相量
Figure BDA0002924584500000047
Figure BDA0002924584500000048
的单位均为A。
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
Figure BDA0002924584500000049
和首端电流相量
Figure BDA00029245845000000410
末端电压相量
Figure BDA00029245845000000411
和末端电流相量
Figure BDA00029245845000000412
负馈线F首端电压相量
Figure BDA00029245845000000413
和首端电流相量
Figure BDA00029245845000000414
末端电压相量
Figure BDA00029245845000000415
和末端电流相量
Figure BDA00029245845000000416
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
Figure BDA00029245845000000417
和首端电流相量
Figure BDA00029245845000000418
末端电压相量
Figure BDA00029245845000000419
和末端电流相量
Figure BDA00029245845000000420
负馈线F首端电压相量
Figure BDA00029245845000000421
和首端电流相量
Figure BDA00029245845000000422
末端电压相量
Figure BDA00029245845000000423
和末端电流相量
Figure BDA00029245845000000424
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
Figure BDA00029245845000000425
Figure BDA0002924584500000051
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
Figure BDA0002924584500000052
Figure BDA0002924584500000061
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
Figure BDA0002924584500000062
Figure BDA0002924584500000071
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
Figure FDA0002924584490000011
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
Figure FDA0002924584490000012
和首端电流相量
Figure FDA0002924584490000013
末端电压相量
Figure FDA0002924584490000014
和末端电流相量
Figure FDA0002924584490000015
负馈线F首端电压相量
Figure FDA0002924584490000016
和首端电流相量
Figure FDA0002924584490000017
末端电压相量
Figure FDA0002924584490000018
和末端电流相量
Figure FDA0002924584490000019
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：
Figure FDA00029245844900000110
，
钢轨R电流比KR：
Figure FDA00029245844900000111
，
负馈线F电流比KF：
Figure FDA00029245844900000112
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：
Figure FDA00029245844900000113
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：
Figure FDA00029245844900000114
式中：长度D、x的单位均为km，各种阻抗Z单位均为Ohm/km；各首端电压相量
Figure FDA00029245844900000115
和末端电压相量
Figure FDA00029245844900000116
的单位均为V，各首端电流相量
Figure FDA00029245844900000117
和末端电流相量
Figure FDA00029245844900000118
的单位均为A。
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