CN205427112U - 基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，包括信号激励装置，所述信号激励装置在架空电力贯通线路上加载激励信号，架空电力贯通线路上还设有多个故障定位RTU装置，故障定位RTU装置通过通信通道与后台工作站进行通信，后台工作站根据故障定位RTU装置采集的信号确定故障区段。通过故障定位RTU装置，实时准确的检测到故障信号并实时准确的实现铁路架空电力贯通线路在线故障定位，大大缩短了故障查找时间，实现了快速抢修，减少了故障停电时间，满足铁路电力供电可靠、经济合理、使用维护方便的要求。

Description

基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统

技术领域

本实用新型涉及铁路架空电力贯通线路在线故障识别技术领域，尤其涉及基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统。

背景技术

我国普速铁路的电力供电系统一般采用经调压器的架空电力贯通线路供电方式，其系统接地方式为中性点不接地、经消弧线圈接地等小电流接地方式。该接线方式发生单相接地故障后可继续运行，从而大大提高了电力线路的供电可用性。但是由于发生单相接地后其非故障相对地电压升高至1.73倍，其线路绝缘将承受较高电压，所以当故障超过2小时后无法排除，仍然需要进行停电，待故障排除后再送电投运。

目前，架空电力贯通线路单相接地故障的定位方法多采用远程遥控方式，人工进行定位和隔离，并通过人工巡线确定故障点。这种方法操作步骤繁琐，故障排查耗时多，无法适应铁路电力供电系统对供电安全适用、供电可靠、经济合理、使用维护方便的要求。当前，尚无有效的方法进行小电流接地系统的单相接地故障定位，铁路架空电力贯通线路的在线单相接地故障定位尚属空白。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供了一种基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，大大缩短了故障查找时间，实现了快速抢修，减少了故障停电时间，满足铁路电力供电可靠、经济合理、使用维护方便的要求。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，包括信号激励装置，所述信号激励装置在架空电力贯通线路上加载激励信号，架空电力贯通线路上还设有多个故障定位RTU装置，故障定位RTU装置通过通信通道与后台工作站进行通信，后台工作站根据故障定位RTU装置采集的信号确定故障区段。

所述信号激励装置发送脉冲宽度小于50mS的正弦特征波形激励信号。

采用铁路专用光纤通信网或移动通信网络实现通信。

所述信号激励装置包括第一处理器，所述第一处理器与第一通信模块、第一存储模块进行通信，所述信号激励装置的输出端连接激励信号控制输出模块，零序电压互感器通过第一工频信号采集模块与所述第一处理器的输入端连接，第一电源模块为第一处理器供电。

所述故障定位RTU装置包括第二处理器，所述第二处理器与第二通信模块、第二存储器进行通信，电流互感器通过第二工频信号采集模块与所述第二处理器的输入端连接。

所述故障定位RTU装置每隔2～11公里安装一个。

所述故障定位RTU装置安装于线路箱式开关柜内或悬挂于线路上。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提出的基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，能够应用信号激励法、半周积分算法，通过故障定位RTU装置，实时准确的检测到故障信号并实时准确的实现铁路架空电力贯通线路在线故障定位，大大缩短了故障查找时间，实现了快速抢修，减少了故障停电时间，满足铁路电力供电可靠、经济合理、使用维护方便的要求。

附图说明

图1为本实用新型系统的结构示意图；

图2为信号激励装置的结构示意图；

图3为故障定位RTU装置的结构示意图；

图4为半周积分算法原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，包括信号激励装置，所述信号激励装置在架空电力贯通线路上加载激励信号，架空电力贯通线路上还设有多个故障定位RTU装置，故障定位RTU装置通过通信通道与后台工作站进行通信，后台工作站根据故障定位RTU装置采集的信号确定故障区段。

线路上只有一个激励源，有多个故障定位RTU装置。线路长度一般在40至50公里，故障定位RTU装置一般可10公里设置一处，也可根据需要2至3公里设置一处。

安装方式：1)安装于线路箱式开关柜内，通过像是开关内的CT、PT取样；2)RTU小型化设计，悬挂于线路上。

本系统采用铁路专用光纤通信网或移动通信网络实现通信，故障定位RTU装置将数据上送至后台工作站，后台工作站可以是调度中心的计算机，计算机通过计算显示故障数据和故障点位置。

如图2所示，所述信号激励装置包括第一处理器，所述第一处理器与第一通信模块、第一存储模块进行通信，所述信号激励装置的输出端连接激励信号控制输出模块，零序电压互感器通过第一工频信号采集模块与所述第一处理器的输入端连接，第一电源模块为第一处理器供电。

信号激励装置加上零序电压互感器可以实时采集配电所母线PT零序开口电压值，以判断配电所母线和馈出回路是否单相接地。一旦发现零序开口电压超过设定门槛值，即可自动投入激励信号，从而实现自动故障定位。

如图3所示，所述故障定位RTU装置包括第二处理器，所述第二处理器与第二通信模块、第二存储器进行通信，电流互感器通过第二工频信号采集模块与所述第二处理器的输入端连接。

第一处理器和第二处理器都采用ARM处理器。

当架空电力线路发生故障时，通过信号激励装置在架空电力贯通线路上加载激励信号。信号激励装置发送脉冲宽度小于50mS的正弦特征波形激励信号。激励信号沿架空电力贯通线路传播，并由接地点返回信号激励装置。位于信号激励装置与故障点之间的故障定位RTU装置，将检测到该波形。故障点其他区段，没有激励信号通过，检测不到激励信号波形。检测到波形的故障定位RTU装置与相邻未检测到故障波形的故障定位RTU装置之间为架空电力贯通线路故障点所在区间。

如图1所示，假设A点发生故障，激励信号沿架空电力贯通线路传播，并且在到达故障点后返回信号激励装置，所以该故障点左边的RTU1-RTU4都能收到反馈的信号，而右边的RTU5不能收到信号，所以故障点位于收到反馈信号的RTU4和没有收到激励信号的RTU5之间。

所述故障定位RTU装置可以采用半周积分算法判定线路短路故障。如图4所示，半周积分算法的原理是一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为一常数。半周积分法需要的数据窗长度为10ms，算法本身有一定的滤波能力。偶次高频分量的正负半周在工频半周积分中完全相互抵消，奇次谐波未能完全抵消，但其影响也小多了，但它不能抑制直流分量，故必要时可另配简单的差分滤波器或用电抗变换器来削弱电流中非周期分量的影响。对于运算精度要求不高的保护而言，使用该算法可以提高保护在严重故障情况下的动作速度。

半周积分算法的依据是一个正弦量在任意半个周期内绝对值的积分为常数s，且与采样的起始角度无关。

$S={\∫}_0^{\frac{T}{2}}{U}_m\sin \mathrm{\ω}tdt=-\frac{U_m}{\mathrm{\ω}}cos\mathrm{\ω}t{|}_0^{\frac{T}{2}}=\frac{2}{\mathrm{\ω}}{U}_m=\frac{T}{\mathrm{\π}}{U}_m---\left(1\right)$

即正弦函数半周积分与其幅值成正比。

式(1)的积分可以用梯形法则近似求出：

$S\≈\[\frac{1}{2}\left|u_0\right|+\underset{k=1}{\overset{N/2-1}{\Σ}}\left|u_k\right|+\frac{1}{2}\left|u_{N/2}\right|\]T_s---\left(2\right)$

式中u_k——第K次采样值；

N——一周期T内的采样点数；

u_k——k＝0时的采样值；

u_N/2——k＝N/2时的采样值。

求出积分值S后，应用式(1)可求得幅值。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，其特征是，包括信号激励装置，所述信号激励装置在架空电力贯通线路上加载激励信号，架空电力贯通线路上还设有多个故障定位RTU装置，故障定位RTU装置通过通信通道与后台工作站进行通信，后台工作站根据故障定位RTU装置采集的信号确定故障区段。

2.如权利要求1所述的基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，其特征是，所述信号激励装置发送脉冲宽度小于50mS的正弦特征波形激励信号。

3.如权利要求1所述的基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，其特征是，采用铁路专用光纤通信网或移动通信网络实现通信。

4.如权利要求1所述的基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，其特征是，所述信号激励装置包括第一处理器，所述第一处理器与第一通信模块、第一存储模块进行通信，所述信号激励装置的输出端连接激励信号控制输出模块，零序电压互感器通过第一工频信号采集模块与所述第一处理器的输入端连接，第一电源模块为第一处理器供电。

5.如权利要求1所述的基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，其特征是，所述故障定位RTU装置包括第二处理器，所述第二处理器与第二通信模块、第二存储器进行通信，电流互感器通过第二工频信号采集模块与所述第二处理器的输入端连接。

6.如权利要求1或5所述的基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，其特征是，所述故障定位RTU装置每隔2～11公里安装一个。

7.如权利要求1或5所述的基于有源信号的铁路架空电力贯通线路在线故障定位系统，其特征是，所述故障定位RTU装置安装于线路箱式开关柜内或悬挂于线路上。