CN114089124A - 一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法及装置，利用供电臂内广域保护测控装置在牵引变电所、AT所和分区所的同步采集到的数据实时对网孔电流进行分析和判断，判断网孔电流与当前全并联状态不一致的地方，从而确定断线区段，上述数据同步，可以利用牵引供电系统已有的通讯通道实现，在手段上易于实现和应用。本发明提供的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法及装置，只依赖采集的广域遥测和遥信信息便能判断接触网断网并告警，可以辅助铁路维管人员在断网事故发生后，快速的进行响应，降低了短路风险。

Description

一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法及装置

技术领域

本发明涉及一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法及装置，属于输电线路故障定位技术领域。

背景技术

高速铁路接触网结构复杂，一旦发生断线，会影响高速铁路安全运行。通常在供电臂的某一点设置电分段，分段处接触线不相连，而是通过接触网钢柱的隔离开关的分合闸，实现两段接触网的连接和断开，在电分段接触线接头的地方容易发生此类断线故障。当供电臂以全并联运行方式时，一行断线，另一行可以通过并联断路器继续供电，但因电流分布发生变化，牵引供电质量下降，且容易发生二次短路，扩大事故范围。同时，接触网断线可能是永久性的，会导致故障后无法重合闸。

供电臂路线较长，且小所多为无人值守变电所，不能在第一时间赶到现场进行观测，因此，有必要在牵引变电所利用供电臂广域测控数据对接触网断线进行监测，并告知铁路维管人员接触网断线所在的位置，提高断线事故排查的时效性。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的接触网断线监测和告警问题，本发明提供一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法及装置，旨在解决接触网发生断线时，不能及时发现，导致供电质量下降、易发生二次短路事故、影响高速铁路安全运行的技术问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，包括如下步骤：

供电臂沿线牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置分别采集所在网孔的电流、断路器状态，AT所和分区所的广域保护测控装置分别将采集的网孔的电流、电压以及断路器状态通过通讯设备发送给牵引变电所的广域保护测控装置。

牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式。

牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷。

牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别。

由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置。

牵引变电所广域保护测控装置将接触网断线信号变位上送，点亮面板告警灯。

一种高速铁路牵引供电接触网断线告警装置，包括如下模块：

采集模块：用于供电臂沿线牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置分别采集所在网孔的电流、断路器状态，AT所和分区所的广域保护测控装置分别将采集的网孔的电流、电压以及断路器状态通过通讯设备发送给牵引变电所的广域保护测控装置。

运行状态分析模块：用于牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式。

机车负荷计算模块：牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷。

机车负荷分析模块：牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别。

断线位置分析模块：由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置。

断线告警模块：牵引变电所广域保护测控装置将接触网断线信号变位上送，点亮面板告警灯。

作为优选方案，所述牵引变电所的广域保护测控装置获取牵引变电所的上行断路器的位置状态信息、下行断路器的位置状态信息，以及上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流、下行F线电流的大小和相位。

所述AT所的广域保护测控装置获取AT所的并联断路器的位置状态信息、AT断路器的位置状态信息、横联T线电流、横联F线电流、AT吸上电流的大小和相位。

所述分区所的广域保护测控装置获取分区所的并联断路器的位置状态信息、分区所断路器的位置状态信息、横联T线电流、横联F线电流、AT吸上电流的大小和相位。

作为优选方案，所述牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式，包括：当牵引变电所的上行断路器、下行断路器，分区所的并联断路器、分区所断路器均处于合状态时，牵引网处于全并联AT供电运行方式。

作为优选方案，所述牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷，包括：

当满足下式条件，供电臂存在机车负荷。

式中，

分别为牵引变电所上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流、下行F线电流的矢量，I_set为机车负荷电流下限阈值。

作为优选方案，所述牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别，包括：

根据AT所或分区所的吸上电流、横联电流的大小和相位，得到AT所或分区所上、下行横联电流。

当上、下行横联电流均由下行流向上行时，表明机车负荷位于上行。

当上、下行横联电流均由上行流向下行时，表明机车负荷位于下行。

作为优选方案，如果横联电流的相位处于二、三象限，那么横联电流由下行流向上行；

如果横联电流的相位处于一、四象限时，那么横联电流由上行流向下行。

作为优选方案，所述由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置，具体的方法是：

当机车负荷位于下行：

当牵引变电所上行馈线电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为牵引变电所与AT所之间的上行接触网区段发生断线。

当牵引变电所上行馈线电流、AT所上行横联电流的方向均满足一致性比较，但分区所上行横联电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为AT所与分区所之间的上行接触网区段发生断线。

当机车负荷位于上行：

当牵引变电所下行馈线电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为牵引变电所与AT所之间的下行接触网区段发生断线。

当牵引变电所下行馈线电流、AT所下行横联电流的方向均满足一致性比较，但分区所下行横联电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为AT所与分区所之间的下行接触网区段发生断线。

有益效果：本发明提供的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法及装置，利用供电臂内广域保护测控装置在牵引变电所、AT所和分区所的同步采集到的数据实时对网孔电流进行分析和判断，判断网孔电流与当前全并联状态不一致的地方，从而确定断线区段，上述数据同步，可以利用牵引供电系统已有的通讯通道实现，在手段上易于实现和应用。本发明只依赖采集的广域遥测和遥信信息便能判断接触网断网并告警，可以辅助铁路维管人员在断网事故发生后，快速的进行响应，降低了短路风险。

附图说明

图1是广域保护测控装置数据同步示意图。

图2是牵引网网孔电流图及机车负荷示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，包括如下步骤：

供电臂沿线牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置分别采集所在网孔的电流、断路器状态，AT所和分区所的广域保护测控装置分别将采集的网孔的电流、电压以及断路器状态通过通讯设备发送给牵引变电所的广域保护测控装置。

牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式。

牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷。

牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别。

由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置。

牵引变电所广域保护测控装置将接触网断线信号变位上送，点亮面板告警灯。

优选地，所述牵引变电所的广域保护测控装置获取牵引变电所的上行断路器的位置状态信息、下行断路器的位置状态信息，以及上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流、下行F线电流的大小和相位。

所述AT所的广域保护测控装置获取AT所的并联断路器的位置状态信息、AT断路器的位置状态信息、横联T线电流、横联F线电流、AT吸上电流的大小和相位。

所述分区所的广域保护测控装置获取分区所的并联断路器的位置状态信息、分区所断路器的位置状态信息、横联T线电流、横联F线电流、AT吸上电流的大小和相位。

优选地，所述牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式，包括：当牵引变电所的上行断路器、下行断路器，分区所的并联断路器、分区所断路器均处于合状态时，牵引网处于全并联AT供电运行方式。

优选地，所述牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷，包括：

当满足下式条件，供电臂存在机车负荷。

式中，

分别为牵引变电所上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流、下行F线电流的矢量，I_set为机车负荷电流下限阈值。

优选地，所述牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别，包括：

根据AT所或分区所的吸上电流、横联电流的大小和相位，得到AT所或分区所上、下行横联电流。

当上、下行横联电流均由下行流向上行时，表明机车负荷位于上行。

当上、下行横联电流均由上行流向下行时，表明机车负荷位于下行。

优选地，如果横联电流的相位处于二、三象限，那么横联电流由下行流向上行；

如果横联电流的相位处于一、四象限时，那么横联电流由上行流向下行。

优选地，所述由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置，具体的方法是：

当机车负荷位于下行：

当牵引变电所上行馈线电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为牵引变电所与AT所之间的上行接触网区段发生断线。

当牵引变电所上行馈线电流、AT所上行横联电流的方向均满足一致性比较，但分区所上行横联电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为AT所与分区所之间的上行接触网区段发生断线。

当机车负荷位于上行：

当牵引变电所下行馈线电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为牵引变电所与AT所之间的下行接触网区段发生断线。

当牵引变电所下行馈线电流、AT所下行横联电流的方向均满足一致性比较，但分区所下行横联电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为AT所与分区所之间的下行接触网区段发生断线。

实施例1：

一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，所述方法分为两阶段，第一阶段为牵引网广域遥测和遥信信息采集，第二阶段为接触网断线告警。

其中，第一阶段的牵引网广域遥信和遥测信息采集，是由牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置在采集本地遥信和遥测，通过所间通讯设备同步到牵引变电所的广域保护测控装置，如图1所示，各所广域保护测控装置在本地采集的信息包括交流电压、电流二次值，以及断路器位置状态，AT所和分区所的广域保护测控装置通过通讯设备将本地信息上送到牵引所广域保护测控装置。

接下来，进入第二阶段的接触网断线告警。

本发明实施例中，接触网断线告警的具体步骤如下：

(1)如图2所示，牵引变电所广域保护测控装置读取牵引变电所下行211断路器、上行212断路器，AT所271a并联断路器，分区所271b并联断路器的位置状态信息，当前时刻，上述断路器均处于合位，牵引变电所广域保护测控装置据此判断牵引网处于全并联AT供电运行方式。图2中，根据牵引变电所上行IT1大小和方向，以及由AT所吸上电流IX1a、分区所吸上电流IX1b的大小和方向得到AT所上行侧横联电流IT2a、分区所上行侧横联电流IT2b，上述横联电流的流向均为从下行流向上行，据此判断机车负荷位于上行。

(2)牵引变电所广域保护测控装置通过对全并联AT供电运行方式的判别，以及对当前各网孔电流的计算，获取与当前运行方式不一致的电流支路，根据推算结果，牵引变电所下行IT2、AT所下行侧横联电流IT1a、分区所下行侧横联电流IT1b，应具备如图2所示的电流方向，然而，实际上述电流大小均为零，推算的电流方向与实际电流不一致，进而根据牵引变电所下行IT2电流大小为零，判断断线位置位于牵引变电所与AT所之间的下行接触网区段，即如图所示的接触网断线处。与此同时，牵引变电所广域保护测控装置通过接触网断线告警信号变位上送、点亮装置面板告警灯等方式，告知铁路维管人员发生断线的接触网区段。

本发明实施例的关键技术点在于，该方法只利用已有的供电臂内牵引变电所、AT所和分区所的同步采集到的数据，在手段上易于实现和应用。同时，该方法在技术实施过程中只依赖采集的广域遥测和遥信信息便能判断接触网断网并告警，因此可以辅助现场运行维护人员在第一时间对断网区段进行后续的维管安排，降低了发生二次事故的风险。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：包括如下步骤：

供电臂沿线牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置分别采集所在网孔的电流、断路器状态，AT所和分区所的广域保护测控装置分别将采集的网孔的电流、电压以及断路器状态通过通讯设备发送给牵引变电所的广域保护测控装置；

牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式；

牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷；

牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别；

由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置。

2.根据权利要求1所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：还包括：

牵引变电所广域保护测控装置将接触网断线信号变位上送，点亮面板告警灯。

3.根据权利要求1或2所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：所述牵引变电所的广域保护测控装置获取牵引变电所的上行断路器的位置状态信息、下行断路器的位置状态信息，以及上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流、下行F线电流的大小和相位；

所述AT所的广域保护测控装置获取AT所的并联断路器的位置状态信息、AT断路器的位置状态信息、横联T线电流、横联F线电流、AT吸上电流的大小和相位；

所述分区所的广域保护测控装置获取分区所的并联断路器的位置状态信息、分区所断路器的位置状态信息、横联T线电流、横联F线电流、AT吸上电流的大小和相位。

4.根据权利要求1或2所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：所述牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式，包括：当牵引变电所的上行断路器、下行断路器，分区所的并联断路器、分区所断路器均处于合状态时，牵引网处于全并联AT供电运行方式。

5.根据权利要求1或2所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：所述牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷，包括：

当满足下式条件，供电臂存在机车负荷：

式中，

分别为牵引变电所上行T线电流、上行F线电流、下行T线电流、下行F线电流的矢量，I_set为机车负荷电流下限阈值。

6.根据权利要求1或2所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：所述牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别，包括：

根据AT所或分区所的吸上电流、横联电流的大小和相位，得到AT所或分区所上、下行横联电流；

当上、下行横联电流均由下行流向上行时，表明机车负荷位于上行；

当上、下行横联电流均由上行流向下行时，表明机车负荷位于下行。

7.根据权利要求6所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：如果横联电流的相位处于二、三象限，那么横联电流由下行流向上行；如果横联电流的相位处于一、四象限时，那么横联电流由上行流向下行。

8.根据权利要求1或2所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警方法，其特征在于：所述由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置，具体的方法是：

当机车负荷位于下行：

当牵引变电所上行馈线电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为牵引变电所与AT所之间的上行接触网区段发生断线；

当牵引变电所上行馈线电流、AT所上行横联电流的方向均满足一致性比较，但分区所上行横联电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为AT所与分区所之间的上行接触网区段发生断线；

当机车负荷位于上行：

当牵引变电所下行馈线电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为牵引变电所与AT所之间的下行接触网区段发生断线；

当牵引变电所下行馈线电流、AT所下行横联电流的方向均满足一致性比较，但分区所下行横联电流的方向不满足一致性比较，且电流大小为零时，判断为AT所与分区所之间的下行接触网区段发生断线。

9.一种高速铁路牵引供电接触网断线告警装置，其特征在于：包括如下模块：

采集模块：用于供电臂沿线牵引变电所、AT所和分区所的广域保护测控装置分别采集所在网孔的电流、断路器状态，AT所和分区所的广域保护测控装置分别将采集的网孔的电流、电压以及断路器状态通过通讯设备发送给牵引变电所的广域保护测控装置；

运行状态分析模块：用于牵引变电所广域保护测控装置根据牵引变电所、AT所和分区所在网孔的断路器状态，确定牵引网处于全并联AT供电运行方式；

机车负荷计算模块：牵引变电所广域保护测控装置根据上行、下行馈线电流确定供电臂存在机车负荷；

机车负荷分析模块：牵引变电所广域保护测控装置根据各网孔的电流大小和相位，确定机车负荷所在行别；

断线位置分析模块：由机车负荷所在的区段，推算在全并联AT供电运行方式下牵引网各网孔电流的方向，将各网孔电流的方向与对应的正常状态的电流方向进行一致性比较，当结果不一致时，根据牵引变电所的馈线电流、AT所和分区所的横联电流的有无情况，判断接触网断线的位置。

10.根据权利要求9所述的一种高速铁路牵引供电接触网断线告警装置，其特征在于：还包括：

断线告警模块：牵引变电所广域保护测控装置将接触网断线信号变位上送，点亮面板告警灯。

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