全并联AT供电方式下的分支直接供电牵引网故障测距方法与流程

全并联at供电方式下的分支直接供电牵引网故障测距方法
技术领域
1.本发明涉及分支直接供电牵引网故障测距，具体涉及一种全并联at供电方式下的分支直接供电牵引网故障测距方法。


背景技术：

2.我国的电气化铁路主要有at供电方式和直接供电方式，at供电方式具有载流大、供电能力强、供电距离长、电压损失小等优点，高速铁路主要采用全并联at供电方式，就是在复线at牵引网末端并联的基础上，在有at所的地方，通过联络开关将上下行牵引网对应的接触网、正馈线并联起来，保证高速动车组取流的需要。在全并联at供电方式下，故障测距方法是at中性点吸上电流比法、横联线电流比法、上下行电流比法和电抗法的综合应用：全并联at供电方式采用吸上电流比或横联线电流比原理；在单线at直接供电方式下，发生t
‑
r、f
‑
r短路故障采用吸上电流比原理，发生t
‑
f短路故障采用电抗距离查表法；末端并联复线at供电牵引网主要采用变电所上下行馈线电流比原理；在单线直接供电方式下，基于变电所测量电抗采用电抗距离查表法。
3.在一些特殊供电区段，如正线间的联络线、变电所上网点、站场、电力机车整备线等，为了节约建设成本或方便维护，通过在邻近的正线供电区间上“t”接出分支直接供电线路，获取电能，分支线路不安装断路器及保护设备。对本发明所提的全并联at供电方式区间带分支直接供电牵引网，前述的故障测距综合方法不能满足测距需要，主要原因是测距装置不能判别故障是在正线还是分支线路上。所以当带有分支线路的牵引网区段发生故障时，需要对整个分支直接供电牵引网进行人工查找，这样大大延缓了故障排除时间，严重的会影响行车。
4.现有文献针对直接供电方式下的枢纽站场接触网和变电所上网带分支接触网线路，采用在分支线路的承力索上安装电流采集装置，当故障发生在分支线路上时，采集到分支线路承力索故障电流，从而判断故障发生在分支线路。由于需要在承力索上增加电流采集传感器和在接触网支柱上安装故障数据传输设备，增加了设备和维护成本，甚至影响行车安全性。
5.当前，对分支线路的牵引网故障定位分为两种：1）在分支点处增加电流测量设备，此方法对线路造成较大的改动，增加了设备和维护成本，影响列车的安全运行。2）无测量设备，当故障发生时，只有通过对整条分支线路进行人工巡查，费时费力，延长故障查找时间，严重影响了行车安全。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种全并联at供电方式下的分支直接供电牵引网故障测距方法。
7.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种全并联at供电方式下的分支直接供电牵引网故障测距方法，包括以下步骤：
s1、采集牵引网故障时变电所、at所和分区所的故障数据；s2、根据步骤s1采集的故障数据进行t
‑
f和t
‑
r故障判定；若属于t
‑
r故障，则执行步骤s3；否则执行步骤s5；s3、根据步骤s1采集的故障数据计算电流比，判断计算结果是否满足分支直接供电牵引网故障发生条件；若是，则执行步骤s4；否则执行步骤s5；s4、根据步骤s1采集的故障数据计算变电所电抗，基于分支直接供电牵引网电抗
‑
距离对应关系计算分支直接供电牵引网故障距离；s5、采用at中性点吸上电流比或横联线电流比故障测距原理计算全并联at供电牵引网故障距离。
8.进一步地，所述步骤s1具体包括：采集牵引网故障时变电所馈线侧的t线电压、f线电压，下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流；采集牵引网故障时at所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流、at中性点吸上电流；采集牵引网故障时分区所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流、at中性点吸上电流。
9.进一步地，所述步骤s2具体包括以下分步骤：s21、根据步骤s1采集的变电所的故障数据，计算变电所吸上电流；s22、判断变电所、at所和分区所的吸上电流的有效值之一是否大于t
‑
f故障判断的电流整定值；若是，则判定故障不是t
‑
f故障，执行步骤s23；否则执行步骤s5；s23、判断吸上电流的最大有效值所在的所的4路馈线电流的有效值的最大值是否为t线电流；若是，则判定故障为t
‑
r故障，执行步骤s3；否则执行步骤s5。
10.进一步地，所述步骤s21中变电所吸上电流的计算方式为：所述步骤s21中变电所吸上电流的计算方式为：其中，为变电所吸上电流，、、、分别为变电所馈线的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流。
11.进一步地，所述步骤s3具体包括以下分步骤：s31、根据变电所、at所和分区所的最大吸上电流或横联线电流和该最大吸上电流或横联线电流所在所的相邻所中的次大吸上电流或横联线电流确定故障区段，若故障区段包含分支直接供电牵引网接入点，则执行步骤s32；否则执行步骤s5；s32、根据步骤s31确定的故障区段两端所的吸上电流或横联线电流计算电流比；s33、判断电流比和电流比整定值的差值绝对值是否小于预设判断阈值；若是，则判定故障发生在分支直接供电牵引网上，执行步骤s4；否则执行步骤s5。
12.进一步地，所述步骤s4具体包括以下分步骤：s41、根据变电所馈线侧的t线电压、下行t线电流及下行f线电流计算变电所电抗；s42、根据变电所电抗所在的预先建立的电抗
‑
距离关系表确定对应的两个距离
点，计算分支直接供电牵引网故障距离。
13.进一步地，所述步骤s41中变电所电抗的计算方式为：其中，x为变电所电抗，为变电所馈线侧的t线电压，为变电所的下行t线电流，为变电所的下行f线电流，im表示取虚部函数。
14.进一步地，所述步骤s42中故障距离的计算方式为：其中，l为故障距离，、分别为变电所电抗、对应的两个距离点，、分别为电抗
‑
距离关系表对应的两个电抗值，且。
15.本发明的有益效果是：本发明基于按供电臂为单元的全并联at牵引网测距系统采集的各所故障电量数据，通过综合分析，自主识别故障在at供电牵引网正线还是在“t”接的分支线路上，当判断为故障在分支线路上，则通过电抗
‑
距离查表法实现测距，解决了全并联at供电方式下的分支直接供电牵引网故障测距的不足，大大减轻了分支直接供电牵引网故障的巡查工作量，提高了故障查找速度，减少了影响行车的可能；相对在分支直接供电牵引网增加硬件（线路分支电流感应传感器、通信转发设备、变电所测距装置接收模块）的故障测距方法，本发明可以基于既有的测距装置实现，节约了改造成本，不需要增加额外设备，更好了确保了接触网的安全性。
附图说明
16.图1为本发明的全并联at供电方式下的分支直接供电牵引网故障测距方法流程示意图；图2为本发明实施例中全并联at供电方式牵引网结构示意图；图3为本发明实施例中全并联at供电方式下带分支直接供电牵引网结构示意图。
具体实施方式
17.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。
18.如图1所示，本发明实施例提供了一种全并联at供电方式下的分支直接供电牵引
网故障测距方法，包括以下步骤：s1、采集牵引网故障时变电所、at所和分区所的故障数据；在本实施例中，全并联at供电方式牵引网结构如图2所示，在必要的情况下也可以解列为两个独立的单线at供电运行方式或者at所解列分区所末端并联的运行方式。全并联at供电牵引网常见的故障类型有t
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r、f
‑
r、t
‑
f短路故障，故障方向有上行故障、下行故障。
19.图2中at1、at2分别为at所、分区所的自耦变压器，、为变电所馈线侧的t线电压、f线电压，t、r、f分别为接触网、钢轨、正馈线，t1、r1、f1分别为下行接触网、下行钢轨、下行正馈线，t2、r2、f2分别为上行接触网、上行钢轨、上行正馈线，、、、分别为变电所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流，分别为at所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流、at中性点吸上电流，分别为分区所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流、at中性点吸上电流，cb1、cb3、cb5分别为变电所、at所和分区所的下行侧馈线断路器，cb2、cb4、cb6分别为变电所、at所和分区所的上行侧馈线断路器。
20.根据牵引网实际设计需要，直接从全并联at牵引网的接触网“t”接出分支直接供电牵引网，如图3所示，变电所
‑
at所之间的k点即为分支点，其中t3代表接触网，r3代表钢轨。
21.从分支点k到分支直接供电牵引网末端任何一点发生t
‑
r故障时，故障电流必然流过分支点k，相当于变电所
‑
at所区段在分支点k发生t
‑
r短路故障，这样可以将分支直接供电牵引网上的故障看成一个在k点取流的t
‑
r故障。
22.本发明首先采集全并联at供电方式下的牵引网故障时变电所、at所和分区所的故障数据，具体包括：当牵引网发生故障时，利用变电所测距装置采集变电所馈线侧的t线电压、f线电压、下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流；当牵引网发生故障时，利用at所测距装置采集at所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流、at中性点吸上电流；当牵引网发生故障时，利用分区所测距装置采集分区所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流、at中性点吸上电流。
23.s2、根据步骤s1采集的故障数据进行t
‑
f和t
‑
r故障判定；若属于t
‑
r故障，则执行步骤s3；否则执行步骤s5；在本实施例中，牵引网故障后变电所测距装置接收远方at所和分区所故障数据，结合变电所的故障数据进行故障判断。
24.步骤s2具体包括以下分步骤：s21、根据步骤s1采集的变电所的故障数据，计算变电所吸上电流，计算方式为：其中，为变电所吸上电流，、、、分别为变电所的下行t线电流、下行f线电流、上行t线电流、上行f线电流。
25.s22、判断变电所、at所和分区所的吸上电流、、的有效值之一是否大于t
‑
f故障判断的电流整定值，若是，则判定故障不是t
‑
f故障，执行步骤s23；否则判定故障是t
‑
f故障，执行步骤s5；其中t
‑
f故障电流整定值根据现场经验数据设定，一般取1200a；m为所编号，变电所、at所、分区所编号分别为0、1、2。
26.s23、判断吸上电流的最大有效值所在的所的4路馈线电流、、、的有效值的最大值是否为t线电流或；若是，则判定故障为t
‑
r故障，执行步骤s3；否则判定故障不是t
‑
r故障，执行步骤s5。
27.s3、根据步骤s1采集的故障数据计算电流比，判断计算结果是否满足分支直接供电牵引网故障发生条件；若是，则执行步骤s4；否则执行步骤s5；在本实施例中，步骤s3具体包括以下分步骤：s31、根据变电所、at所和分区所的最大吸上电流或横联线电流和该最大吸上电流或横联线电流所在所的相邻所中的次大吸上电流或横联线电流确定故障区段为变电所
‑
at所区段或at所
‑
分区所区段，若故障区段包含分支直接供电牵引网接入点，则执行步骤s32；否则执行步骤s5；s32、根据步骤s31确定的故障区段两端所的吸上电流或横联线电流计算电流比；具体而言，当采用横联线电流比时，根据分支直接供电牵引网的分支点所在区段，即当分支点在变电所
‑
at所区段，m=1，当分支点在at所
‑
分区所区段，m=2，变电所横联线电流有效值，at所横联线电流有效值，分区所横联线电流有效值；从而由故障区段两端的所的横联线电流
有效值计算横联线电流比，、分别为故障区段始端所、末端所的横联线电流有效值。
28.当采用at中性点吸上电流比时，根据分支直接供电牵引网的分支点所在区段，即当分支点k在变电所
‑
at所区段，m=1，当分支点k在at所
‑
分区所区段，m=2，故障区段始端所的at中性点吸上电流有效，故障区段末端所的at中性点吸上电流有效值；从而由故障区段两端的所的吸上电流有效值计算at中性点吸上电流比。
29.s33、判断电流比和电流比整定值的差值绝对值是否小于预设判断阈值；若是，则判定故障发生在分支直接供电牵引网上，执行步骤s4；否则执行步骤s5。
30.具体而言，本发明中电流比整定值的设置方式为：当分支点k发生故障时，横联线电流比整定值，吸上电流比整定值。
31.其中，、分别为分支点k发生故障时故障区段始端所、末端所的横联线电流有效值，、分别为分支点k发生故障时故障区段始端所、末端所的吸上电流有效值。
32.本发明设定判断阈值为0.01以判断电流比和电流比整定值是否基本相等，即判断电流比是否满足，若是，则判定故障发生在分支直接供电牵引网上，执行步骤s4；否则执行步骤s5。
33.s4、根据步骤s1采集的故障数据计算变电所电抗，基于分支直接供电牵引网电抗
‑
距离对应关系计算故障距离；在本实施例中，本发明根据全并联at供电方式的短路特性，当牵引网上任何一点发生故障时，通过变电所、at所和分区所的故障数据综合分析得到的故障段at中性点吸上电流比、横联线电流比是一个恒定的值。如果是at所解列分区所末端并联的运行方式下的故障，则变电所馈线上下行电流比是一个恒定的值。当k点发生故障，变电所测量电抗是一
个确定的值，随着故障点在分支线路方向逐渐远离分支点k，变电所测量电抗是单调增长的，因此本发明采用变电所测量电抗与故障点距离的关系实现测距。
34.步骤s4具体包括以下分步骤：s41、根据变电所馈线侧的t线电压、下行t线电流及下行f线电流计算变电所电抗，计算方式为：其中，x为变电所电抗，为变电所馈线侧的t线电压，为变电所的下行t线电流，为变电所的下行f线电流，im表示取虚部函数。
35.s42、根据变电所电抗所在的预先建立的电抗
‑
距离关系表确定对应的两个距离点，计算分支直接供电牵引网故障距离。
36.具体而言，本发明通过预先建立分支直接供电牵引网电抗与距离点的电抗
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距离关系表进行测距，其中电抗
‑
距离表为8个点，表中数据点表示距离变电所的点发生故障时，变电所测量电抗为，n=0,...,7，、是一一对应、单调增长的。
37.本发明根据变电所电抗x所在电抗
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距离关系表中的两个电抗值、之间，确定两个电抗值、对应的距离值分别为、,从而计算故障距离，计算方式为：其中，l为故障距离，、分别为变电所电抗、对应的两个距离点，、分别为电抗
‑
距离关系表对应的两个电抗值，且。
38.s5、采用at中性点吸上电流比或横联线电流比故障测距原理计算全并联at供电牵引网故障距离。
39.如图3所示，分支点k在变电所
‑
at所之间，当分支直接供电牵引网d点发生短路故障时，按传统的基于at中性点吸上电流比或横联线电流比故障测距原理的故障测距方法确定故障是t
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r故障、下行故障，当变电所故障测距装置依据变电所横联线电流、at所横联线电流计算得到的横联线电流比约等于k点发生故障时的电流比，则判断故障发生分支直接供电牵引网上。此时通过变电所测量到的故障电抗，基于分支直接供电牵引网的电抗
‑
距离表查表测距，确定故障点位置。仿真和短路试验均表明，本测距方法的合理性、准确性。
40.本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
41.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。
42.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。
43.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
44.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。