地铁专用轨回流供电系统正极对地短路故障区间判断方法与流程

本发明涉及轨道交通，尤其涉及一种地铁专用轨回流供电系统正极对地短路故障区间判断方法。

背景技术：

1、在国内，随着城镇化进程的不断推进和城市居民的急剧增加，市区路面交通拥挤问题成为制约大中型城市经济与社会发展的主要障碍。为早日扭转这一被动局面，一线城市、省会城市和沿海中心城市陆续增上城市轨道交通线路。截止目前，大陆地区城市轨道交通的营运总里程已接近7500公里，且这一数字不断被刷新。目前，国内城市轨道交通大多采用基于走行轨回流的低压直流供电方式，但这种供电方式的最大缺点是钢轨对地泄露的杂散电流会对地铁隧道以及附近建筑物钢筋、金属管道形成电化学腐蚀。为解决此问题，国内学者提出专用轨回流供电技术，即供电回流不通过走行轨而通过专用轨(第四轨)回流至牵引变电所。

2、虽然专用轨回流供电方式解决了杂散电流这个大问题，但其自身也存在缺点。即当正极(线路)发生对地短路(正、负极对地绝缘水平相同)时，由于短路电流很小，常规的直流保护无法切除故障。传统弥补直流保护的方法是将负极串联5ω电阻后，再与二级管接地，如图1所示。其原理是，正极接地会在5ω电阻产生漏电电压，64d装置通过整定此电压值来判断正极是否发生短路故障。然而，由于短路点处存在阻值不定的电弧电阻而导致对地电压的整定值难以确定，倘若取最小对地电压为整定值，难免引起故障点及临近变电所保护同时动作，即造成多个非故障供电区段也同时失电，因此该弥补方法选择性较差。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够解决现有牵引变电所无法获知正极对地短路时的短路区间而失去选择性技术问题的地铁专用轨回流供电系统正极对地短路故障区间判断方法。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种地铁专用轨回流供电系统正极对地短路故障区间判断方法，其特征在于包括如下步骤：

3、s1：直流接地保护装置采集本变电所对地电压，并判断本变电所对地电压ue是否大于故障判定电压定值uset；如果满足条件，则说明有故障，并转入步骤s2；否则说明无故障，并返回步骤s1；

4、s2：获取相邻几个所的数据和本站数据进行分析比较，判断故障发生区间；

5、s3：确定故障区间后，由故障区间两侧的接地保护装置动作切除故障；

6、s4：接地保护装置对于末端所故障单独判断；

7、s5：切除故障后，对被跳闸所进行后续处理，保证故障可以被真正切除并保证发生二次短路故障后可靠跳闸。

8、进一步的技术方案在于：当正极对地短路时，由于大地电位抬升导致二极管导通，短路电流流过接地电阻形成可检出的对地电压ue。由电路原理可知，短路点处的对地电位最高，且沿线路两侧电位逐渐降低。uset是故障判定对地电压定值，即故障时最小可检出的对地电位。若ue>uset，则变电站保护装置通过goose网络获知相邻左右两所的64d对地电压uel1、uer1。若ue>uel1且ue>uer1，即本所对地电压均高于相邻两所的对地电压，则认为故障区间在本所左右区间段其中之一。

9、进一步的技术方案在于：对于末端所，即线路两端某侧不存在邻所的情况，设置左右两个末端所标志位，对其故障检测会有所不同。当左侧末端所标志位置位时，若检测到ue>uset且ue>uer1，即本所对地电压高于判断故障最小电压定值且高于右邻所电压，则认为故障区间位于本所和右邻所之间；若在延时时间tset内依然满足条件，则跳开本所故障侧断路器，并发goose命令联跳右邻所断路器。当右侧末端所标志位置位时，若检测到若ue>uset且ue>uel1，即本所对地电压高于判断故障最小电压定值且高于左邻所电压，则认为故障区间在本所和左邻所之间；若在延时时间tset内依然满足条件，则跳开本所故障侧断路器，并发goose命令联跳左邻所断路器。

10、进一步的技术方案在于：对于线路中间的变电所，分三种情况处理：

11、case1：本所左右侧存在3个及以上的邻所

12、保护装置通过goose网络读取左右3个邻所的对地电压和本所距3个邻所的距离。取本所位置为坐标原点、邻所距本所间距为x轴，则认为本所右侧为x正向；取对地电压为y轴，可使用二次插值拟合左右两侧电压下降梯度曲线。以右侧为例，本所保护装置通过goose网络读取右侧三个所的对地电压uer1、uer2、uer3，读取右侧三个所距本所距离lr1、lr2、lr3，则右侧基于拉格朗日的二次插值多项式fr(x)可描述为

13、

14、同理，左侧的基于拉格朗日的二次插值多项式fl(x)可写为

15、

16、式中，uel1、uel2、uel3为本所左侧三个所的对地电压，ll1、ll2、ll3为本所左侧三个所距本所距离。

17、令fl(x)＝fr(x)，可解出拟合故障点x值。由于本所为原点，若解出x大于0，则认定故障点在本所右侧；若解出x小于0，则认定故障点在本所左侧。

18、case2：本所左右某侧只存在2个邻所

19、以左侧仅存在2个邻所为例：保护装置通过goose网络读取左侧2个邻所的对地电压和本所距左侧2个邻所的距离。通过goose网络读取右侧3个邻所的对地电压和本所距右侧3个邻所的距离。取本所作为坐标原点、邻所距本所间距为x轴，则本所右侧为x正向；取对地电压为y轴，可使用一次插值拟合左侧电压下降梯度线、使用二次插值拟合右侧电压下降梯度线。

20、具体原理为：本所保护装置使用goose读取右侧3个所的对地电压uer1、uer2、uer3，读取右侧2个所距本所距离lr1、lr2、lr3，则右侧基于拉格朗日的二次插值多项式fr(x)可描述为

21、

22、同理，本所保护装置通过goose网络读取左侧2个所的对地电压uel1、uel2，读取右侧2个所距本所距离ll1、ll2，则基于拉格朗日的一次插值多项式fl(x)可写为：

23、

24、令fl(x)＝fr(x)，可解出拟合故障点x值。由于本所为原点，若解出x大于0，则认定故障点在本所右侧；若解出x小于0，则认定故障点在本所左侧。

25、case3：本所左右某侧只存在1个邻所

26、若左侧仅存在1个邻所，则直接认定故障发生在本所右侧。同理，若右侧仅存在1个邻所，直接认定故障发生在本所左侧。以左侧仅存在1个变电所为例，因为其右侧变电所很多，各个变电所间64d装置均可看为并联，其总电阻要小于左侧很多，导致左侧电压下降梯度要远小于右侧电压下降梯度，则在本所电压最高的情况下，右侧发生短路故障的概率要远大于左侧故障发生概率。即使出错，本方法的后续补偿操作依旧可以保证故障可以被可靠切除。

27、进一步的技术方案在于：构建已跳闸及被联跳所同时置位末端所标志位的条件，以防止出现因线路电阻不均匀和所间距过大而引发的拟合失真问题，即防止出现因无法切除故障而导致对地电压依然存在的特殊情况。因为即使由于判断错误导致对地电压依然存在，但由于末端所标志位被置位，保护装置检测到本所对地电压高于邻所后即可立即判断本所和邻所之间存在故障，可保证故障被可靠切除。

28、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法解决了目前传统的依靠定值判定故障的办法无法定位短路故障点区间导致故障范围扩大的问题，具有故障范围定位准确等优点。