CN115575767B - 一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统及方法，属于电气化铁路牵引供电技术领域，系统包括：第一馈线电流检测模块、第二馈线电流检测模块、时钟同步模块、数据交换通道模块、第一电流比计算模块、第二电流比计算模块、第一故障距离计算模块和第二故障距离计算模块；所述方法实现了双边直接供电方式的复线牵引网的故障上下行的判别逻辑和故障测距，本发明解决了双边直接供电方式的复线牵引网故障的测距问题。
Description
技术领域
本发明属于电气化铁路牵引供电技术领域，尤其涉及一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统及方法。
背景技术
我国电气化铁路牵引供电系统一般采用单边直接供电方式和单边AT供电方式，直接供电方式电气结构简单，投资较小，是一种经济的牵引供电方式，而我国高速铁路主要采用上下行牵引网全并联的单边AT供电方式。电气化铁路牵引网在分区所将两个供电臂连接起来，形成双边供电方式。双边供电方式相较于单边供电方式，具有降低牵引网电压损失和电能损耗、提高供电能力等优势。随着我国高速铁路的快速发展，为了继续提升高速铁路的供电能力和列车运行速度，计划在部分线路采用双边全并联AT供电方式，当双边AT供电牵引网上的AT所全部退出运行，形成双边直接供电牵引网。
单线运行方式下的单边直接供电牵引网故障测距采用电抗法，复线运行方式下的单边直接供电牵引网故障测距采用上下行电流比法。但在双边直接供电方式的复线牵引网中，由于上下行线路存在互感，在一侧牵引变电所出口测量到的牵引网阻抗与故障距离关系呈现非线性关系，不能采用传统的电抗法测距，同时适用于单边供电的复线牵引网的上下行电流比测距法也不能应用到双边供电环境下。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统及方法，基于双边直接供电方式的复线牵引网的故障电量特征，构建双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统，解决了双边直接供电方式的复线牵引网故障的测距问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统，包括：
第一馈线电流检测模块，用于分别检测第一牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>
第二馈线电流检测模块，用于分别检测第二牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到第二下行馈线电流和第二上行馈线电流/>
时钟同步模块，用于使第一馈线电流检测模块和第二馈线电流检测模块时钟同步，为检测到的馈线电流赋予时标信息；
数据交换通道模块，用于在复线牵引网发生故障时刻，将第一馈线电流检测模块的带有时标信息的检测结果传输至第二馈线电流检测模块，并将第二馈线电流检测模块的带有时标信息的检测结果传输至第一馈线电流检测模块；
第一电流比计算模块，用于根据第一馈线电流检测模块中的第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>分别计算得到第一电流比Q11和第三电流比Q12；
第二电流比计算模块，用于根据第二馈线电流检测模块中的第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>分别计算得到第二电流比Q12和第四电流比Q22；
第一故障距离计算模块，用于根据第一电流比Q11计算得到第一牵引变电所到下行故障点的距离l1，以及根据第三电流比Q12计算得到第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1；
第二故障距离计算模块，用于根据第二电流比Q21计算得到第二牵引变电所到下行故障点的距离l2，以及第四电流比Q22和第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统，通过在双边直接供电方式的两个牵引变电所分别设置故障测距装置，第一故障测距装置通过第一馈线电流检测模块、第一电流比计算模块和第一故障距离计算模块实现对第一牵引变电所到下行故障点的距离l1和第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1的求解，第二故障预测装置通过第二馈线电流检测模块、第二电流比计算模块和第二故障距离计算模块实现对第二牵引变电所到下行故障点的距离l2和第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2的求解，时钟同步模块和数据交换通道模块实现对第一牵引变电所和第二牵引变电所故障检测处检测结果的数据同步和数据传输，本系统实现了判断故障行别和计算故障点距离，丰富了电气化铁路牵引网故障测距理论。
本发明还提供一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统的测距方法，包括如下步骤：
S1、分别检测复线牵引网故障发生时刻的第一牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到带有时标信息的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流
S2、分别检测复线牵引网故障发生时刻的第二牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到带有时标信息的第二下行馈线电流和第二上行馈线电流
S3、将带有时标信息的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>传输至第二馈线电流检测模块，并将带有时标信息的第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>传输至第一馈线电流检测模块；
S4、判断第一下行馈线电流与第二下行馈线电流/>之和的有效值是否大于第一上行馈线电流/>与第二上行馈线电流/>之和的有效值，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S7；
S5、针对第一下行馈线电流大于第二下行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流/>第一上行馈线电流/>和第二下行馈线电流/>计算得到第一电流比Q11和第一牵引变电所到下行故障点的距离l1；
S6、针对第一下行馈线电流小于或等于第二下行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第二电流比Q21和第二牵引变电所到下行故障点的距离l2；
S7、针对第一上行馈线电流大于第二上行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流/>第一上行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第三电流比Q12和第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1；
S8、针对第一上行馈线电流小于或等于第二上行馈线电流/>则根据第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第四电流比Q22和第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2。
进一步地，所述步骤S5中第一电流比Q11和第一牵引变电所到下行故障点的距离l1的计算表达式分别如下：
l1＝Q11·L
其中，L表示第一牵引变电所故障检测处到第二牵引变电所故障检测处间的距离。
进一步地，所述步骤S6中第二电流比Q21和第二牵引变电所到下行故障点的距离l2的计算表达式分别如下：
l2＝Q21L。
进一步地，所述步骤S7中第三电流比Q12和第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1的计算表达式分别如下：
l′1＝Q12·L。
进一步地，所述步骤S8中第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2的计算表达如下：
l′2＝Q22·L。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统的测距方法是基于上述一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统实现的，本方法的提出，为双边直接供电牵引供电系统的实施提供理论保障，判别故障发生行别，实现精确故障定位，大大降低牵引网故障查找和排除的工作量，确保牵引供电系统的可靠运行。
附图说明
图1为本发明实施例中双边直接供电运行方式复线牵引网结构示意图。
图2为本发明实施例中一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统的模块结构图。
图3为本发明实施例中双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统的结构示意图。
图4为本发明实施例中一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统的测距方法的步骤流程图。
图5为本发明实施例中双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统下行故障测距示意图。
图6为本发明实施例中双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统上行故障测距示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，即为双边直接供电方式牵引网结构，其中CB1和CB2分别为第一牵引网变电所的下行馈线断路器和上行馈线断路器，CB3和CB4分别为第二牵引网变电所的下行馈线断路器和上行馈线断路器；
第一牵引变电所和第二牵引变电所之间的下行和上行接触网经过分区所的下行接触网开关DIS1和上行接触网开关DIS2连接起来，构成两个牵引变电所向上行接触网和下行接触网共同供电的复线运行方式；
实施例1
如图2所示，在本发明的一个实施例中，本发明提供一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统，包括：
第一馈线电流检测模块，用于分别检测第一牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>
第二馈线电流检测模块，用于分别检测第二牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到第二下行馈线电流和第二上行馈线电流/>
时钟同步模块，用于使第一馈线电流检测模块和第二馈线电流检测模块时钟同步，为检测到的馈线电流赋予时标信息；
数据交换通道模块，用于在复线牵引网发生故障时刻，将第一馈线电流检测模块的带有时标信息的检测结果传输至第二馈线电流检测模块，并将第二馈线电流检测模块的带有时标信息的检测结果传输至第一馈线电流检测模块；
第一电流比计算模块，用于根据第一馈线电流检测模块中的第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>分别计算得到第一电流比Q11和第三电流比Q12；
第二电流比计算模块，用于根据第二馈线电流检测模块中的第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>分别计算得到第二电流比Q12和第四电流比Q22；
第一故障距离计算模块，用于根据第一电流比Q11计算得到第一牵引变电所到下行故障点的距离l1，以及根据第三电流比Q12计算得到第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1；
第二故障距离计算模块，用于根据第二电流比Q21计算得到第二牵引变电所到下行故障点的距离l2，以及第四电流比Q22和第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2。
实施例2
在本发明的另一个实施例中，本发明提供一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统的测距方法，其基于实施例1中提供的双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统得以实现；
如图3所示，CB1和CB2分别为第一牵引网变电所的下行馈线断路器和上行馈线断路器，CB3和CB4分别为第二牵引网变电所的下行馈线断路器和上行馈线断路器；第一牵引变电所和第二牵引变电所之间的下行和上行接触网经过分区所的下行接触网开关DIS1和上行接触网开关DIS2连接起来，构成两个牵引变电所向上行接触网和下行接触网共同供电的复线运行方式，第一故障测距装置包括第一馈线电流检测模块、第一电流比计算模块和第一故障距离计算模块，第二故障测距装置包括第二馈线电流检测模块、第二电流比计算模块和第二故障距离计算模块，所述数据交换通道模块和时钟同步模块，通过专用测距通信信道，实现检测数据时钟同步和测得馈线电流数据的交换传输，其中，第一牵引变电所故障检测处到第二牵引变电所故障检测处间的距离为L；
如图4所示，所述方法包括如下步骤：
S1、分别检测复线牵引网故障发生时刻的第一牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到带有时标信息的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流
S2、分别检测复线牵引网故障发生时刻的第二牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到带有时标信息的第二下行馈线电流和第二上行馈线电流
S3、将带有时标信息的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>传输至第二馈线电流检测模块，并将带有时标信息的第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>传输至第一馈线电流检测模块；
S4、判断第一下行馈线电流与第二下行馈线电流/>之和的有效值是否大于第一上行馈线电流/>与第二上行馈线电流/>之和的有效值，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S7；
S5、针对第一下行馈线电流大于第二下行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流/>第一上行馈线电流/>和第二下行馈线电流/>计算得到第一电流比Q11和第一牵引变电所到下行故障点的距离l1；
所述步骤S5中第一电流比Q11和第一牵引变电所到下行故障点的距离l1的计算表达式分别如下：
l1＝Q11·L
其中，L表示第一牵引变电所故障检测处到第二牵引变电所故障检测处间的距离；
S6、针对第一下行馈线电流小于或等于第二下行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第二电流比Q21和第二牵引变电所到下行故障点的距离l2；
所述步骤S6中第二电流比Q21和第二牵引变电所到下行故障点的距离l2的计算表达式分别如下：
l2＝Q21L；
S7、针对第一上行馈线电流大于第二上行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流/>第一上行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第三电流比Q12和第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1；
所述步骤S7中第三电流比Q12和第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1的计算表达式分别如下：
l′1＝Q12·L；
S8、针对第一上行馈线电流小于或等于第二上行馈线电流/>则根据第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第四电流比Q22和第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2；
所述步骤S8中第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2的计算表达如下：
l′2＝Q22·L。
实施例3
如图5所示，在本发明的一个实用实例中，双边直接供电方式的复线牵引网下行侧发生短路故障；第一牵引变电所采集故障时刻本所的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>第二牵引变电所采集故障时刻本所的第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>此时的下行故障点为k1；
故障发生后，第一牵引变电所的第一故障测距装置接收第二牵引变电所的故障测距装置采集的故障时刻的第二下行馈线电流和第二上行馈线电流/>第二牵引变电所的第二故障测距装置接收第一牵引变电所的故障测距装置采集的故障时刻的第一下行馈线电流/>和第一上行馈线电流/>
在下行牵引网每公里设置短路点，得到下行侧每5km设置故障的仿真数据和仿真结果，如表1所示：
表1
根据表1中的仿真数据和仿真结果能够得到，当故障发生在下行；针对/>第一牵引变电所中的第一故障距离计算模块计算得到第一电流比Q11，并基于第一电流比Q11计算得到第一牵引变电所到下行故障点的距离l1；针对第二牵引变电所中的第二故障距离计算模块计算得到第二电流比Q21，并基于第二电流比Q21计算得到第二牵引变电所到下行故障点的距离l2，且根据仿真结果显示，故障测距误差基本为零。
实施例4
如图6所示，在本发明的另一个实用实例中，双边直接供电方式的复线牵引网上行侧发生短路故障；第一牵引变电所采集故障时刻本所的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>第二牵引变电所采集故障时刻本所的第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>此时的上行故障点为k2；
故障发生后，第一牵引变电所的第一故障测距装置接收第二牵引变电所的故障测距装置采集的故障时刻的第二下行馈线电流和第二上行馈线电流/>第二牵引变电所的第二故障测距装置接收第一牵引变电所的故障测距装置采集的故障时刻的第一下行馈线电流/>和第一上行馈线电流/>
在下行牵引网每公里设置短路点，得到上行侧每5km设置故障的仿真数据和仿真结果，如表2所示：
表2
根据表2中的仿真数据和仿真结果能够得到，当故障发生在上行；针对/>第一牵引变电所中的第一故障距离计算模块计算得到第三电流比Q12，并基于第三电流比Q12计算得到第一牵引变电所到上行故障点的距离l′1；针对第二牵引变电所中的第二故障距离计算模块计算得到第四电流比Q22，并基于第四电流比Q22计算得到第二牵引变电所到上行故障点的距离l′2，且根据仿真结果显示，故障测距误差基本为零。
Claims (1)
1.一种双边直接供电方式的复线牵引网故障测距系统的测距方法，其特征在于，所述测距方法包括如下步骤：
S1、分别检测复线牵引网故障发生时刻的第一牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到带有时标信息的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>
S2、分别检测复线牵引网故障发生时刻的第二牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到带有时标信息的第二下行馈线电流和第二上行馈线电流/>
S3、将带有时标信息的第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>传输至第二馈线电流检测模块，并将带有时标信息的第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>传输至第一馈线电流检测模块；
S4、判断第一下行馈线电流与第二下行馈线电流/>之和的有效值是否大于第一上行馈线电流/>与第二上行馈线电流/>之和的有效值，若是则进入步骤S5，否则进入步骤S7；
S5、针对第一下行馈线电流大于第二下行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>和第二下行馈线电流/>计算得到第一电流比Q11和第一牵引变电所到下行故障点的距离l1；
S6、针对第一下行馈线电流小于或等于第二下行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第二电流比Q21和第二牵引变电所到下行故障点的距离l2；
S7、针对第一上行馈线电流大于第二上行馈线电流/>则根据第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第三电流比Q12和第一牵引变电所到上行故障点的距离l1′；
S8、针对第一上行馈线电流小于或等于第二上行馈线电流/>则根据第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>计算得到第四电流比Q22和第二牵引变电所到上行故障点的距离l2′；
所述复线牵引网故障测距系统，包括：
第一馈线电流检测模块，用于分别检测第一牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到第一下行馈线电流和第一上行馈线电流/>
第二馈线电流检测模块，用于分别检测第二牵引变电所故障检测处的下行馈线电流和上行馈线电流，得到第二下行馈线电流和第二上行馈线电流/>时钟同步模块，用于使第一馈线电流检测模块和第二馈线电流检测模块时钟同步，为检测到的馈线电流赋予时标信息；
数据交换通道模块，用于在复线牵引网发生故障时刻，将第一馈线电流检测模块的带有时标信息的检测结果传输至第二馈线电流检测模块，并将第二馈线电流检测模块的带有时标信息的检测结果传输至第一馈线电流检测模块；
第一电流比计算模块，用于根据第一馈线电流检测模块中的第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>分别计算得到第一电流比Q11和第三电流比Q12；
第二电流比计算模块，用于根据第二馈线电流检测模块中的第一下行馈线电流第一上行馈线电流/>第二下行馈线电流/>和第二上行馈线电流/>分别计算得到第二电流比Q21和第四电流比Q22；
第一故障距离计算模块，用于根据第一电流比Q11计算得到第一牵引变电所到下行故障点的距离l1，以及根据第三电流比Q12计算得到第一牵引变电所到上行故障点的距离l1′；
第二故障距离计算模块，用于根据第二电流比Q21计算得到第二牵引变电所到下行故障点的距离l2，以及第四电流比Q22和第二牵引变电所到上行故障点的距离l2′；
所述步骤S5中第一电流比Q11和第一牵引变电所到下行故障点的距离l1的计算表达式分别如下：
l1＝Q11·L
其中，L表示第一牵引变电所故障检测处到第二牵引变电所故障检测处间的距离；
所述步骤S6中第二电流比Q21和第二牵引变电所到下行故障点的距离l2的计算表达式分别如下：
l2＝Q21L；
所述步骤S7中第三电流比Q12和第一牵引变电所到上行故障点的距离l1′的计算表达式分别如下：
l1′＝Q12·L；
所述步骤S8中第二牵引变电所到上行故障点的距离l2′的计算表达如下：
l2′＝Q22·L。
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Also Published As
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| CN115575767A (zh) | 2023-01-06 |
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