CN114689992A - 一种牵引网故障位置标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牵引网故障位置标定方法，属于电气化铁路牵引供电技术领域。本发明在接触网电路某位置故障发生后，利用同相供电装置分两次注入不同次数谐波电流进行牵引网故障标定算法，它能有效地排除因牵引网过渡电阻等因素的影响。该方法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。广泛适用于同相供电电气化铁路的故障定位。

Description

一种牵引网故障位置标定方法
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
目前的电气化铁路的牵引网没有备用，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。电气化铁路牵引网结构复杂，没有备用，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，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。
由于我国电气化铁路为单边供电，在牵引变电所处及牵引变电所间须设置电分相。列车通过电分相存在失电、增加列车运行时间、产生过电压、影响弓网状态、降低供电可靠性等问题，也不利于列车再生电能吸收。尤其在复杂艰险山区、大坡道、重负荷铁路，电分相的影响因素日益受到各方关注，如何减少(取消)电分相常成为各方关注的焦点。采用同相供电技术可以减少牵引网中的电分相，同相供电装置由全可控大功率电力电子器件构成，可利用它进行故障定位和测距，降低过渡电阻对测距的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种牵引网故障位置标定方法，它能有效地排除因牵引网过渡电阻等因素的影响，解决同相供电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：一种牵引网故障位置标定方法，包括电气化铁路同相牵引变电所内的主变压器TT和同相供电装置CPD；三相外部电源进线通过进线断路器QF与高压母线HBus1连接；主变压器TT的高压侧经过断路器QF3与高压母线HBus1连接，同相供电装置CPD的输入侧经断路器QF5与高压母线HBus2连接，高压母线HBus1与高压母线HBus2之间串接断路器QF2；主变压器TT的低压侧b端子经断路器QF4与牵引母线TBus1连接，c端子接地GND；同相供电装置CPD的输出侧m端子经断路器QF8与牵引母线TBus2连接，n端子接地GND；牵引母线TBus1和牵引母线TBus2之间串接断路器QF6；牵引母线TBus2通过断路器QF7与电缆L3与连接，电缆L3的一端通过设有电流互感器LH1的电缆L1与接触线T1连接，另一端通过设有电流互感器LH2的电缆L2与接触线T2连接；接触线T1和接触线T2间串接绝缘关节GJ；所述同相供电装置CPD由高压匹配变压器HMT、电抗器L、变流器ADA、牵引匹配变TMT串联连接构成。
牵引母线TBus2上设有电压互感器YH，所述电流互感器LH1、电流互感器LH2和电压互感器YH的测量端均与测距装置MD连接，分别提供检测电流
Figure BDA0003583855750000011
电流
Figure BDA0003583855750000012
和电压
Figure BDA0003583855750000013
电压
Figure BDA0003583855750000014
电压
Figure BDA0003583855750000015
电压
Figure BDA0003583855750000016
接触线T2位于位置标记Pos2处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入s次谐波电流，检测电压互感器YH的电压
Figure BDA0003583855750000027
电流互感器LH1的电流
Figure BDA0003583855750000028
电流互感器LH2的电流
Figure BDA0003583855750000029
此时如果
Figure BDA00035838557500000210
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000211
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000212
的幅值，则判为故障发生在接触线T2上；
Figure BDA0003583855750000021
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2向接触线T1、接触线T2注入k次谐波电流，要求(k-s)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000213
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000214
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000215
此时如果
Figure BDA00035838557500000216
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000217
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000218
则判为故障发生在接触线T2上；
Figure BDA0003583855750000022
步骤五、联合公式(1)、(2)，可得故障位置与接触线T2首端的距离D2为：
Figure BDA0003583855750000023
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当s次谐波时，接触线T1、接触线T2的s次谐波电阻为r欧姆/km，s次谐波电抗为sx欧姆/km；当k次谐波时，接触线T1、接触线T2的k次谐波电阻为r欧姆/km，k次谐波电抗为kx欧姆/km；符号s、k为小于10的正数。
接触线T1位于位置标记Pos1处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入p次谐波电流；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000219
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000220
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000221
此时如果
Figure BDA00035838557500000222
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000223
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000224
的幅值，则判为故障发生在接触线T1上；
Figure BDA0003583855750000024
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入q次谐波电流，要求(q-p)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000225
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000226
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000227
此时如果
Figure BDA00035838557500000228
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000229
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000230
则判为故障发生在接触线T1上；
Figure BDA0003583855750000025
步骤五、联合公式(4)、(5)，可得故障位置与接触线T1首端的距离D1为：
Figure BDA0003583855750000026
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当p次谐波时，接触线T1、接触线T2的p次谐波电阻为r欧姆/km，p次谐波电抗为px欧姆/km；当q次谐波时，接触线T1、接触线T2的q次谐波电阻为r欧姆/km，q次谐波电抗为qx欧姆/km；符号p、q为小于10的正数。
本发明的工作原理是：牵引母线TBus2上设有电压互感器YH，所述电流互感器LH1、电流互感器LH2和电压互感器YH的测量端均与测距装置MD连接，分别提供检测电流
Figure BDA0003583855750000034
电流
Figure BDA0003583855750000035
和电压
Figure BDA0003583855750000036
电压
Figure BDA0003583855750000037
电压
Figure BDA0003583855750000038
电压
Figure BDA0003583855750000039
接触线T2的位置Pos2处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入s次谐波电流，检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000310
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000311
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000312
此时如果
Figure BDA00035838557500000313
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000314
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000315
的幅值，则判为故障发生在接触线T2上；
Figure BDA0003583855750000031
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2向接触线T1、接触线T2注入k次谐波电流，要求(k-s)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000316
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000317
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000318
此时如果
Figure BDA00035838557500000319
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000320
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000321
则判为故障发生在接触线T2上；
Figure BDA0003583855750000032
步骤五、联合公式(1)、(2)，可得故障位置与接触线T2首端的距离D2为：
Figure BDA0003583855750000033
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当s次谐波时，接触线T1、接触线T2的s次谐波电阻为r欧姆/km，s次谐波电抗为sx欧姆/km；当k次谐波时，接触线T1、接触线T2的k次谐波电阻为r欧姆/km，k次谐波电抗为kx欧姆/km；符号s、k为小于10的正数。
接触线T1位于位置标记Pos1处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入p次谐波电流；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000322
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000323
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000324
此时如果
Figure BDA00035838557500000325
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000326
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000327
的幅值，则判为故障发生在接触线T1上；
Figure BDA0003583855750000041
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入q次谐波电流，要求(q-p)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA0003583855750000044
电流互感器LH1的电流
Figure BDA0003583855750000045
电流互感器LH2的电流
Figure BDA0003583855750000046
此时如果
Figure BDA0003583855750000047
的幅值接近于零，
Figure BDA0003583855750000048
的幅值大于
Figure BDA0003583855750000049
则判为故障发生在接触线T1上；
Figure BDA0003583855750000042
步骤五、联合公式(4)、(5)，可得故障位置与接触线T1首端的距离D1为：
Figure BDA0003583855750000043
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当p次谐波时，接触线T1、接触线T2的p次谐波电阻为r欧姆/km，p次谐波电抗为px欧姆/km；当q次谐波时，接触线T1、接触线T2的q次谐波电阻为r欧姆/km，q次谐波电抗为qx欧姆/km；符号p、q为小于10的正数。
同时，由电路方程推导故障位置的过程中，考虑了短路点过渡电阻，因此该故障定位方法适用于有或无过度电阻情形。
与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：
一、利用同相供电装置附加注入电流进行故障定位，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、通用性好，易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例的接触线T2发生过渡电阻故障示意图。
图2是本发明实施例的接触线T1发生过渡电阻故障示意图。
图3是本发明实施例的同相供电装置CPD结构示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种牵引网故障位置标定方法，包括电气化铁路同相牵引变电所内的主变压器TT和同相供电装置CPD；三相外部电源进线通过进线断路器QF与高压母线HBus1连接；主变压器TT的高压侧经过断路器QF3与高压母线HBus1连接，同相供电装置CPD的输入侧经断路器QF5与高压母线HBus2连接，高压母线HBus1与高压母线HBus2之间串接断路器QF2；主变压器TT的低压侧b端子经断路器QF4与牵引母线TBus1连接，c端子接地GND；同相供电装置CPD的输出侧m端子经断路器QF8与牵引母线TBus2连接，n端子接地GND；牵引母线TBus1和牵引母线TBus2之间串接断路器QF6；牵引母线TBus2通过断路器QF7与电缆L3与连接，电缆L3的一端通过设有电流互感器LH1的电缆L1与接触线T1连接，另一端通过设有电流互感器LH2的电缆L2与接触线T2连接；接触线T1和接触线T2间串接绝缘关节GJ；所述同相供电装置CPD由高压匹配变压器HMT、电抗器L、变流器ADA、牵引匹配变TMT串联连接构成。
牵引母线TBus2上设有电压互感器YH，所述电流互感器LH1、电流互感器LH2和电压互感器YH的测量端均与测距装置MD连接，分别提供检测电流
Figure BDA0003583855750000055
电流
Figure BDA0003583855750000056
和电压
Figure BDA0003583855750000057
电压
Figure BDA0003583855750000058
电压
Figure BDA0003583855750000059
电压
Figure BDA00035838557500000510
接触线T2位于位置标记Pos2处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入s次谐波电流，检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000511
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000512
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000513
此时如果
Figure BDA00035838557500000514
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000515
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000516
的幅值，则判为故障发生在接触线T2上；
Figure BDA0003583855750000051
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2向接触线T1、接触线T2注入k次谐波电流，要求(k-s)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000517
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000518
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000519
此时如果
Figure BDA00035838557500000520
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000521
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000522
则判为故障发生在接触线T2上；
Figure BDA0003583855750000052
步骤五、联合公式(1)、(2)，可得故障位置与接触线T2首端的距离D2为：
Figure BDA0003583855750000053
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当s次谐波时，接触线T1、接触线T2的s次谐波电阻为r欧姆/km，s次谐波电抗为sx欧姆/km；当k次谐波时，接触线T1、接触线T2的k次谐波电阻为r欧姆/km，k次谐波电抗为kx欧姆/km；符号s、k为小于10的正数。
实例二：如图2所示，接触线T1位于位置标记Pos1处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入p次谐波电流；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000523
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000524
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000525
此时如果
Figure BDA00035838557500000526
的幅值接近于零，
Figure BDA00035838557500000527
的幅值大于
Figure BDA00035838557500000528
的幅值，则判为故障发生在接触线T1上；
Figure BDA0003583855750000054
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入q次谐波电流，要求(q-p)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure BDA00035838557500000529
电流互感器LH1的电流
Figure BDA00035838557500000530
电流互感器LH2的电流
Figure BDA00035838557500000531
此时如果
Figure BDA0003583855750000063
的幅值接近于零，
Figure BDA0003583855750000064
的幅值大于
Figure BDA0003583855750000065
则判为故障发生在接触线T1上；
Figure BDA0003583855750000061
步骤五、联合公式(4)、(5)，可得故障位置与接触线T1首端的距离D1为：
Figure BDA0003583855750000062
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当p次谐波时，接触线T1、接触线T2的p次谐波电阻为r欧姆/km，p次谐波电抗为px欧姆/km；当q次谐波时，接触线T1、接触线T2的q次谐波电阻为r欧姆/km，q次谐波电抗为qx欧姆/km；符号p、q为小于10的正数。

Claims (4)

1.一种牵引网故障位置标定方法，包括电气化铁路同相牵引变电所内的主变压器TT和同相供电装置CPD；三相外部电源进线通过进线断路器QF与高压母线HBus1连接；主变压器TT的高压侧经过断路器QF3与高压母线HBus1连接，同相供电装置CPD的输入侧经断路器QF5与高压母线HBus2连接，高压母线HBus1与高压母线HBus2之间串接断路器QF2；主变压器TT的低压侧b端子经断路器QF4与牵引母线TBus1连接，c端子接地GND；同相供电装置CPD的输出侧m端子经断路器QF8与牵引母线TBus2连接，n端子接地GND；牵引母线TBus1和牵引母线TBus2之间串接断路器QF6；牵引母线TBus2通过断路器QF7与电缆L3与连接，电缆L3的一端通过设有电流互感器LH1的电缆L1与接触线T1连接，另一端通过设有电流互感器LH2的电缆L2与接触线T2连接；接触线T1和接触线T2间串接绝缘关节GJ；所述同相供电装置CPD由高压匹配变压器HMT、电抗器L、变流器ADA、牵引匹配变TMT串联连接构成。
2.根据权利要求1所述的一种牵引网故障位置标定方法，其特征在于：所述牵引母线TBus2上设有电压互感器YH，所述电流互感器LH1、电流互感器LH2和电压互感器YH的测量端均与测距装置MD连接，分别提供检测电流
Figure FDA0003583855740000011
电流
Figure FDA0003583855740000012
和电压
Figure FDA0003583855740000013
电压
Figure FDA0003583855740000014
电压
Figure FDA0003583855740000015
电压
Figure FDA0003583855740000016
3.根据权利要求1所述的一种牵引网故障位置标定方法，其特征在于：所述接触线T2位于位置标记Pos2处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入s次谐波电流，检测电压互感器YH的电压
Figure FDA0003583855740000017
电流互感器LH1的电流
Figure FDA0003583855740000018
电流互感器LH2的电流
Figure FDA0003583855740000019
此时如果
Figure FDA00035838557400000110
的幅值接近于零，
Figure FDA00035838557400000111
的幅值大于
Figure FDA00035838557400000112
的幅值，则判为故障发生在接触线T2上；
Figure FDA00035838557400000113
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2向接触线T1、接触线T2注入k次谐波电流，要求(k-s)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure FDA00035838557400000114
电流互感器LH1的电流
Figure FDA00035838557400000115
电流互感器LH2的电流
Figure FDA00035838557400000116
此时如果
Figure FDA00035838557400000117
的幅值接近于零，
Figure FDA00035838557400000118
的幅值大于
Figure FDA00035838557400000119
则判为故障发生在接触线T2上；
Figure FDA00035838557400000120
步骤五、联合公式(1)、(2)，可得故障位置与接触线T2首端的距离D2为：
Figure FDA00035838557400000121
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当s次谐波时，接触线T1、接触线T2的s次谐波电阻为r欧姆/km，s次谐波电抗为sx欧姆/km；当k次谐波时，接触线T1、接触线T2的k次谐波电阻为r欧姆/km，k次谐波电抗为kx欧姆/km；符号s、k为小于10的正数。
4.根据权利要求1所述的一种牵引网故障位置标定方法，其特征在于：所述接触线T1位于位置标记Pos1处发生经过渡电阻Rg的短路故障时，继电保护将故障切除后，按以下步骤对故障进行定位：
步骤一、断开断路器QF6；
步骤二、合上断路器QF8、断路器QF7；
步骤三、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入p次谐波电流；检测电压互感器YH的电压
Figure FDA0003583855740000021
电流互感器LH1的电流
Figure FDA0003583855740000022
电流互感器LH2的电流
Figure FDA0003583855740000023
此时如果
Figure FDA0003583855740000024
的幅值接近于零，
Figure FDA0003583855740000025
的幅值大于
Figure FDA0003583855740000026
的幅值，则判为故障发生在接触线T1上；
Figure FDA0003583855740000027
步骤四、同相供电装置CPD的低压侧通过m端子、断路器QF8、牵引母线TBus2、断路器QF7、电缆L3、电缆L1、电缆L2分别向接触线T1、接触线T2注入q次谐波电流，要求(q-p)＞1；检测电压互感器YH的电压
Figure FDA0003583855740000028
电流互感器LH1的电流
Figure FDA0003583855740000029
电流互感器LH2的电流
Figure FDA00035838557400000210
此时如果
Figure FDA00035838557400000211
的幅值接近于零，
Figure FDA00035838557400000212
的幅值大于
Figure FDA00035838557400000213
则判为故障发生在接触线T1上；
Figure FDA00035838557400000214
步骤五、联合公式(4)、(5)，可得故障位置与接触线T1首端的距离D1为：
Figure FDA00035838557400000215
接触线T1、接触线T2的基波电阻为r欧姆/km，基波电抗为x；当p次谐波时，接触线T1、接触线T2的p次谐波电阻为r欧姆/km，p次谐波电抗为px欧姆/km；当q次谐波时，接触线T1、接触线T2的q次谐波电阻为r欧姆/km，q次谐波电抗为qx欧姆/km；符号p、q为小于10的正数。
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