CN204925311U - 一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统。其中的系统包括：系统主站和分布式设置在线路沿线的多个采集终端；所述采集终端，采集并存储工频电压和行波数据；当所采集的工频电压小于预设的电压阀值时，将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据锁定并通过远动通道发送给所述系统主站；所述系统主站，根据各个采集终端发送的工频电压和行波数据确定故障位置。通过使用本实用新型所提供的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统，可以有效地实现高速铁路全电缆贯通线路在线故障定位。

Description

一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统

技术领域

本实用新型涉及铁路工程技术，特别涉及一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统。

背景技术

目前，我国的高速铁路、客运专线和城际铁路的综合负荷贯通线和一级负荷贯通线均是采用全电缆线路。电缆线路在运行过程中故障时有发生，若不能对故障进行实时定位并快速排除，将严重影响行车及安全。然而，在现有技术中，针对高速铁路全电缆贯通线路尚无有效的故障定位手段，高速铁路全电缆贯通线路的在线故障定位系统也尚属空白。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统，从而可以有效地实现高速铁路全电缆贯通线路在线故障定位。

本实用新型的技术方案具体是这样实现的：

一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统，该系统包括：系统主站和分布式设置在线路沿线的多个采集终端；

所述采集终端，采集并存储工频电压和行波数据；当所采集的工频电压小于预设的电压阀值时，将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据锁定并通过远动通道发送给所述系统主站；

所述系统主站，根据各个采集终端发送的工频电压和行波数据确定故障位置。

较佳的，所述采集终端中包括：中央处理单元、电压互感器、三相工频电压采集单元、至少一个行波传感器和与所述行波传感器对应的行波高速数据采集单元；

所述行波传感器，采集行波数据并将所采集的行波数据发送给对应的行波高速数据采集单元；

所述行波高速数据采集单元，将接收到的行波数据发送给所述中央处理单元；

所述电压互感器，采集电压数据并将所采集的电压数据发送给对应的三相工频电压采集单元；

所述三相工频电压采集单元，将接收到的电压数据发送给所述中央处理单元；

所述中央处理单元，存储所接收到的工频电压和行波数据；当所接收的工频电压小于预设的电压阀值时，将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据通过远动通道发送给所述系统主站。

较佳的，所述采集终端中还进一步包括：定时单元；

所述定时单元，用于为所述采集终端进行时钟对时，并记录行波数据被采集终端采集到的时间。

较佳的，所述定时单元是用于接收北斗卫星导航系统的对时信息的北斗定时单元；

或者，所述定时单元是用于接收GPS导航系统的对时信息的GPS定时单元。

较佳的，所述采集终端中还进一步包括：连接端口和维护口；

所述连接端口，用于连接中央处理单元和远动通道；所述连接端口为网口、光口或电口；

所述维护口与所述中央处理单元连接，用于作为中央处理单元的维护端口。

较佳的，所述连接端口为网口、光口或电口。

较佳的，所述采集终端中还进一步包括：稳压配电单元和指示灯；

所述稳压配电单元，用于与交流电源连接，为采集终端中的各个单元供电；

所述指示灯与所述中央处理单元连接，用于显示中央处理单元的状态。

较佳的，所述采集终端中还进一步包括：指示灯；

所述指示灯与所述中央处理单元连接，用于显示中央处理单元的状态。

较佳的，所述采集终端中还进一步包括：维护口；

所述维护口与所述中央处理单元连接，用于作为中央处理单元的维护端口。

较佳的，所述系统主站，用于根据故障时产生的初始行波传播至不同采集终端的绝对时间差，确定与故障位置距离最近的预估采集终端；将预估采集终端Sp及其之前的采集终端作为第一集合，将预估采集终端Sp之后的采集终端作为第二集合；从第一集合和第二集合中分别任意选取一个采集终端，并根据所选取的两个采集终端所采集的行波数据，计算故障位置与所示预估采集终端之间的预估距离；重复上述操作，直至得到p×(n-p)个预估距离；根据计算得到的p×(n-p)个预估距离以及格拉布斯准则，确定故障位置。

较佳的，在线路沿线的每个配电所和区间箱式变电站上均设置一个采集终端。

较佳的，所述采集终端的数量大于等于2；所述预设的电压阀值为系统工频电压的30％。

较佳的，所述系统中还进一步包括：电力远动调度中心；

所述系统主站将所接收到的数据通过远动通道发送给所述电力远动调度中心，实现远动功能。

如上可见，在本实用新型中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统中，由于在线路沿线分布式设置了多个采集终端采集并存储工频电压和行波数据，因此可以根据各个采集终端发送的工频电压和行波数据确定故障位置，从而可以充分利用电力远动系统，进行实时的故障定位，有效地实现高速铁路全电缆贯通线路在线故障定位，大大缩短排除故障时间，减少工作量，进而可以有效地提高供电可靠性和高速铁路运营安全水平。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中的采集终端的结构示意图。

图3为本实用新型实施例中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位方法的流程示意图。

图4为本实用新型实施例中的多点行波测距方法示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。

本实施例提供了一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统。

图1为本实用新型实施例中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统主要包括：系统主站和分布式设置在线路沿线的多个采集终端；

其中，所述采集终端，采集并存储工频电压和行波数据；当所采集的工频电压小于预设的电压阀值时，将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据锁定并通过远动通道发送给所述系统主站；

所述系统主站，根据各个采集终端发送的工频电压和行波数据确定故障位置。

另外，在本实用新型的技术方案中，所述采集终端可以有多种不同的结构。例如，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端中至少包括：中央处理单元、电压互感器、三相工频电压采集单元、至少一个行波传感器和与所述行波传感器对应的行波高速数据采集单元；

其中，所述行波传感器，采集行波数据并将所采集的行波数据发送给对应的行波高速数据采集单元；

所述行波高速数据采集单元，将接收到的行波数据发送给所述中央处理单元；

所述电压互感器，采集电压数据并将所采集的电压数据发送给对应的三相工频电压采集单元；

所述三相工频电压采集单元，将接收到的电压数据发送给所述中央处理单元；

所述中央处理单元，存储所接收到的工频电压和行波数据；当所接收的工频电压小于预设的电压阀值时，将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据通过远动通道发送给所述系统主站。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端中还可以进一步包括：定时单元；所述定时单元，用于为所述采集终端进行时钟对时，并记录行波数据被采集终端采集到的时间，即行波数据传播至采集终端的时间点。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述定时单元可以是用于接收北斗卫星导航系统的对时信息的北斗定时单元，也可以是用于接收GPS导航系统的对时信息的GPS定时单元。通过上述的定时单元，即可通过相应的导航系统对各个采集终端的定时单元进行时钟对时，从而提高对时精度和信息安全水平。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端中还可以进一步包括：连接端口；

所述连接端口，用于连接中央处理单元和远动通道，从而可以通过该连接端口完成工频电压和行波数据的上传(上传到所述系统主站)。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述连接端口可以是网口、光口或电口。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端中还可以进一步包括：稳压配电单元；所述稳压配电单元，用于与交流电源连接(例如，通过区间箱式变电站内的UPS接引220V交流电源)，为采集终端中的各个单元供电。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端中还可以进一步包括：指示灯；所述指示灯与所述中央处理单元连接，用于显示中央处理单元的状态。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端中还可以进一步包括：维护口；所述维护口与所述中央处理单元连接，用于作为中央处理单元的维护端口。

以下将以举例的方式对上述采集终端的内部结构进行进一步的介绍。图2为本实用新型实施例中的采集终端的结构示意图。如图2所示，本实用新型实施例中的采集终端中设置了3个行波传感器(行波传感器A、行波传感器B和行波传感器C)和对应的3个行波高速数据采集单元(行波高速数据采集单元A、行波高速数据采集单元B和行波高速数据采集单元C)。其中，行波传感器A采集A相行波数据并将所采集的A相行波数据发送至行波高速数据采集单元A，行波传感器B采集B相行波数据并将所采集的B相行波数据发送至行波高速数据采集单元B，行波传感器C采集C相行波数据并将所采集的C相行波数据发送至行波高速数据采集单元C。该采集终端中的其它单元的连接关系和功能可参见之前的记载，在此不再赘述。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述系统主站，可用于根据故障时产生的初始行波传播至不同采集终端的绝对时间差，确定与故障位置距离最近的预估采集终端；将预估采集终端S_p及其之前的采集终端作为第一集合，将预估采集终端S_p之后的采集终端作为第二集合；从第一集合和第二集合中分别任意选取一个采集终端，并根据所选取的两个采集终端所采集的行波数据，计算故障位置与所示预估采集终端之间的预估距离；重复上述操作，直至得到p×(n-p)个预估距离；根据计算得到的p×(n-p)个预估距离以及格拉布斯准则，确定故障位置。

另外，为了对所述多个采集终端进行分布式安装，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，可以在线路沿线的每个配电所和区间箱式变电站上均设置一个采集终端。

由于铁路沿线上每两个配电所之间的距离为40km～60km，而为区间负荷供电的区间箱式变电站的间距约为2km～3km，因此在每个配电所和区间箱式变电站上均设置一个采集终端之后，即可实现多个采集终端的分布式设置。当然，在本实用新型的技术方案中，也可以采用其它的分布式设置方式对多个采集终端，在此不再一一举例。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述预设的电压阀值为系统工频电压(即正常工作状态下的工频电压)的30％。或者，也可以是其它预先设定的电压阈值。

另外，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统中还可以进一步包括：电力远动调度中心；

所述系统主站将所接收到的数据通过远动通道发送给所述电力远动调度中心，从而可以实现远动功能。

另外，在本实用新型的技术方案中，所述采集终端的数量可以预先设置。例如，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端的数量大于等于2。当然，所述采集终端的数量也可以是其它的数值，可以根据实际应用的需要预先设定。

另外，在本实用新型的技术方案中，可以通过如下所述的方法，使用高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统进行故障定位。

图3为本实用新型实施例中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位方法的流程示意图。如图3所示，本实用新型实施例中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位方法主要包括如下所述的步骤：

步骤301，分布式设置在线路沿线的各个采集终端采集并存储工频电压和行波数据。

步骤302，当所采集的工频电压小于预设的电压阀值时，采集终端将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据锁定并通过远动通道发送给系统主站；

步骤303，系统主站根据各个采集终端发送的工频电压和行波数据确定故障位置。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，在所述步骤301之前，还可以进一步包括：

在线路沿线的每个配电所和区间箱式变电站上均设置一个采集终端。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述预设的电压阀值为系统工频电压(即正常工作状态下的工频电压)的30％。或者，也可以是其它预先设定的电压阈值。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述采集终端的数量大于等于2。当然，所述采集终端的数量也可以是其它的数值，可以根据实际应用的需要预先设定。

另外，在本实用新型的技术方案中，所述步骤303可以使用多种方式来实现。以下将以其中的一种实现方式(多点行波测距方法)为例，对本实用新型的技术方案进行详细的介绍。

图4为本实用新型实施例中的多点行波测距方法示意图。如图4所示，S₁，S₂，…，S_p-1，S_p，…，S_n-1，S_n(2≤p≤n-1，n≥3)为各个采集终端； (2≤p≤n-1，n≥3)为电缆发生故障时产生的初始行波到达各个采集终端的时间，可以称之为故障传播时间；(2≤p≤n-1，n≥3)为相邻两个采集终端间的距离，故障点到S_p之间的距离为假定贯通电缆线路在采集终端S_p与S_p+1之间发生了故障，则或的时间最短，因此可以确定p值，从而确定对应的采集终端S_p(即第p个采集终端)；其中，ν为行波在贯通电缆线路中的传播速度，该传播速度可通过现场测得。

因此，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述步骤303包括：

步骤31，根据故障时产生的初始行波传播至不同采集终端的绝对时间差，确定与故障位置距离最近的预估采集终端S_p。

如图4所示，如果贯通电缆线路在采集终端S_p与S_p+1之间发生了故障，那么或的时间最短。因此可知，可以根据发生故障时产生的初始行波传播至不同采集终端的绝对时间差，确定与故障位置距离最近的预估采集终端。例如，比较故障时产生的初始行波到达各个采集终端的故障传播时间，将最短的故障传播时间所对应的采集终端作为预估采集终端S_p。

步骤32，将预估采集终端S_p及其之前的采集终端作为第一集合，将预估采集终端S_p之后的采集终端作为第二集合；

例如，在本实用新型的技术方案中，假设预估采集终端为S_p，则可将S₁至S_p这p个采集终端作为第一集合，将S_p+1至S_n这n-p个采集终端作为第二集合。其中，n表示采集终端的总数。

步骤33，从第一集合和第二集合中分别任意选取一个采集终端，并根据所选取的两个采集终端所采集的行波数据，计算故障位置与所示预估采集终端之间的预估距离；重复上述操作，直至得到p×(n-p)个预估距离。

例如，假设所选取的两个采集终端分别为S_j和S_p+k，1≤j≤p,1≤k≤n-p；其中，j、k分别表示第j、k个采集终端，n表示采集终端的总数。此时，即可根据S_j和S_p+k所采集的行波数据，通过计算得到故障位置与所示预估采集终端之间的预估距离

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，可以通过如下的公式计算故障位置与所示预估采集终端之间的预估距离

$X_{S_{\mathrm{\ρ}}}(S_j,S_{p+k})=\[\frac{1}{2}(\underset{i=j}{\overset{i=p+k-1}{\Σ}}{L}_{S_i}+\mathrm{\ν}(T_{S_j}-T_{S_{p+k}}))\]-\underset{i=j}{\overset{i=p-1}{\Σ}}{L}_{S_i},(1\≤j\≤p,1\≤k\≤n-p)---\left(1\right)$

其中，S_j为第j个采集终端，S_p+k为第(p+k)个采集终端，S_i为第i个采集终端，为S_j与第(j+1)个采集终端S_j+1之间的距离；和分别为发生故障时产生的初始行波到达采集终端S_j和S_p+k的时间，n为采集终端的总数。重复上述操作，即可得到p×(n-p)个预估距离。

步骤34，根据计算得到的p×(n-p)个预估距离以及格拉布斯准则，确定故障位置。

在本实用新型的技术方案中，可以使用多种方式来实现上述的步骤34。例如，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述步骤34可以包括：

将p×(n-p)个预估距离组成一个p行(n-p)列的矩阵M；

根据格拉布斯准则对矩阵M进行粗大误差检测和坏值剔除，然后对其余的数值进行算法平均操作，并根据操作结果确定最终的故障距离，并确定故障位置。

其中，较佳的，在本实用新型的具体实施例中，上述的矩阵M为：

$M=\left[\begin{array}{cccc}{X}_{S_p}(S_1,S_{p+1})& X_{S_p}(S_1,S_{p+2})& ...& X_{S_p}(S_1,S_n)\\ X_{S_p}(S_2,S_{p+1})& X_{S_p}(S_2,S_{p+2})& ...& X_{S_p}(S_2,S_n)\\ .& .& & .\\ .& .& ...& .\\ .& .& & .\\ X_{S_p}(S_p,S_{p+1})& X_{S_p}(S_p,S_{p+2})& ...& X_{S_p}(S_p,S_n)\end{array}\right]---\left(2\right)$

对于上述M矩阵中的数值应用格拉布斯准则进行粗大误差检验和坏值剔除，然后对其余数值进行算数平均，即可得到准确的故障距离确定故障位置。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位方法中还可以进一步包括：通过各个采集终端中的定时单元为采集终端进行时钟对时，并记录行波数据被采集终端采集到的时间，即行波数据传播至采集终端的时间点。

较佳的，在本实用新型的具体实施例中，所述定时单元可以是用于接收北斗卫星导航系统的对时信息的北斗定时单元，也可以是用于接收GPS导航系统的对时信息的GPS定时单元。通过上述的定时单元，即可通过相应的导航系统对各个采集终端的定时单元进行时钟对时，从而提高对时精度和信息安全水平。

综上可知，在本实用新型中的高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统中，由于在线路沿线分布式设置了多个采集终端采集并存储工频电压和行波数据，因此可以根据各个采集终端发送的工频电压和行波数据确定故障位置，从而可以充分利用电力远动系统，进行实时的故障定位，有效地实现高速铁路全电缆贯通线路在线故障定位，大大缩短排除故障时间，减少工作量，进而可以有效地提高供电可靠性和高速铁路运营安全水平。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种高速铁路高压全电缆贯通线路的在线故障定位系统，其特征在于，该系统包括：系统主站和分布式设置在线路沿线的多个采集终端；

所述采集终端，采集并存储工频电压和行波数据；当所采集的工频电压小于预设的电压阀值时，将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据锁定并通过远动通道发送给所述系统主站；

所述系统主站，根据各个采集终端发送的工频电压和行波数据确定故障位置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集终端中包括：中央处理单元、电压互感器、三相工频电压采集单元、至少一个行波传感器和与所述行波传感器对应的行波高速数据采集单元；

所述行波传感器，采集行波数据并将所采集的行波数据发送给对应的行波高速数据采集单元；

所述行波高速数据采集单元，将接收到的行波数据发送给所述中央处理单元；

所述电压互感器，采集电压数据并将所采集的电压数据发送给对应的三相工频电压采集单元；

所述三相工频电压采集单元，将接收到的电压数据发送给所述中央处理单元；

所述中央处理单元，存储所接收到的工频电压和行波数据；当所接收的工频电压小于预设的电压阀值时，将当前时刻前后2个周波的工频电压和行波数据通过远动通道发送给所述系统主站。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述采集终端中还进一步包括：定时单元；

所述定时单元，用于为所述采集终端进行时钟对时，并记录行波数据被采集终端采集到的时间。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述定时单元是用于接收北斗卫星导航系统的对时信息的北斗定时单元；

或者，所述定时单元是用于接收GPS导航系统的对时信息的GPS定时单元。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述采集终端中还进一步包括：连接端口和维护口；

所述连接端口，用于连接中央处理单元和远动通道；所述连接端口为网口、光口或电口；

所述维护口与所述中央处理单元连接，用于作为中央处理单元的维护端口。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述采集终端中还进一步包括：稳压配电单元和指示灯；

所述稳压配电单元，用于与交流电源连接，为采集终端中的各个单元供电；

所述指示灯与所述中央处理单元连接，用于显示中央处理单元的状态。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

在线路沿线的每个配电所和区间箱式变电站上均设置一个采集终端。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述采集终端的数量大于等于2；

所述预设的电压阀值为系统工频电压的30％。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统中还进一步包括：电力远动调度中心；

所述系统主站将所接收到的数据通过远动通道发送给所述电力远动调度中心，实现远动功能。