一种全并联AT牵引供电系统故障AT段短路点定位方法

摘要

本发明公开了一种全并联AT牵引供电系统故障AT段的短路点定位方法，涉及电气化铁路牵引供电技术领域。所述牵引网AT段的上行接触线T1与下行接触线T2的首端、末端均为并联；所述牵引网AT段的上行负馈线F1与下行负馈线F2的首端、末端均为并联，它们均通过钢轨R接地，通过同步测量上下行AT段接触线和负馈线首端电压相量、电流相量、末端电压相量和电流相量，求解回路方程，得到短路故障点位置，该算法考虑上下行互感的影响，克服AT漏抗影响，较既有方法，有效的提高了测距精度。测距完成后，测距装置将故障点位置上报综自和电调。

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域。

背景技术

截至2018年底，中国高铁营业里程达到2.9万公里以上，超过世界高铁总里程的三分之二，成为世界上高铁里程最长、运输密度最高、成网运营场景最复杂的国家。为适应高速铁路大功率列车的运行需求，高速铁路广泛采用全并联AT供电方式，其具有输送功率大、供电距离长、接触网电压损失低等优点。

全并联AT供电系统作为高速铁路的重要组成部分，由于其工作环境特性，规模庞大且直接暴露在自然环境中，易受到自然因素与人为因素的侵扰从而导致各种故障。同时，因为全并联AT牵引网本身的结构较复杂，故障发生时，准确的故障测距存在一定难度。

在此背景下，通过对全并联AT供电系统的电气特性分布进行研究，构建新型故障测距算法具有重要的理论和现实意义，这不仅能提高继电保护的性能，而且能带来较大的经济价值和社会效益。

本发明提出全并联AT牵引供电系统故障AT段短路点定位算法，实现了全并联AT供电系统故障定位，算法考虑上下行互感对测距影响，克服了AT变压器漏抗对测距的精度影响，有效的提高故障测距的精度。

发明内容

本发明的目的就是提供一种全并联AT供电系统故障AT段短路点定位算法，它能有效地解决AT段中TR短路，TF短路，FR短路故障定位问题。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种全并联AT供电系统故障AT段短路点定位算法，包括电气化铁路AT牵引网AT段，所述牵引网AT段的上行接触线T1与下行接触线T2的首端、末端均为并联；所述牵引网AT段的上行负馈线F1与下行负馈线F2的首端、末端均为并联，它们均通过钢轨R接地，设牵引网AT段长度为D，上行接触线T1与下行接触线T2的自阻抗为Z_T，钢轨R的自阻抗Z_R，上行负馈线F1与下行负馈线F2的自阻抗为Z_F，上行接触线T1与钢轨R的互阻抗为Z_T1R，上行接触线T1与上行负馈线F1的互阻抗为Z_T1F1，上行接触线T1与下行接触线T2的互阻抗Z_T1T2，上行接触线T1与下行负馈线F2的互阻抗Z_T1F2，上行负馈线F1与下行接触线T2的互阻抗Z_F1T2，上行负馈线F1与下行负馈线F2的互阻抗Z_F1F2，上行负馈线F1与钢轨R的互阻抗Z_F1R，下行接触线T2与下行负馈线F2的互阻抗Z_T2F2，下行接触线T2与钢轨R的互阻抗Z_T2R，下行负馈线F2与钢轨R的互阻抗Z_F2R，由各导线自/互阻抗，得上行阻抗的平方项计算参数Z₁和Z₂，阻抗项计算参数Z₃和Z₄，下行阻抗平方项计算参数Z₅和Z₆，阻抗项计算参数Z₇和Z₈；同步测量牵引网上行AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T1首端电压相量U_T1和首端电流相量I_T1、末端电压相量U_T2和末端电流相量I_T2，负馈线F1首端电压相量U_F1和首端电流相量I_F1、末端电压相量U_F2和末端电流相量I_F2,同步测量牵引网下行AT段接触线T2首端电流相量I_T3，末端电流相量I_T4，负馈线F2首端电流相量I_F3，末端电流相量I_F4,根据上述定义，上行故障AT段中的短路点距离AT段首端的长度用x表示，由如下公式(1)计算：

式中：

Z₁＝(Z_F1Z_R-Z_F1Z_T1R-Z_F1R²+Z_F1RZ_T1F1+Z_F1RZ_T1R-Z_RZ_T1F1)，Z₂＝(Z_F1RZ_T1-Z_F1RZ_T1R-Z_RZ_T1+Z_RZ_T1F-Z_T1F1Z_T1R+Z_T1R²)

Z₃＝(Z_R-Z_F1R)，Z₄＝(Z_R-Z_T1R)；

下行故障AT段中的短路点距离AT段首端的长度用y表示，由如下公式(2)计算：

式中：

Z₅＝(Z_F2Z_R-Z_F2Z_T2R-Z_F2R²+Z_F2RZ_T2F2+Z_F2RZ_T2R-Z_RZ_T2F2)，Z₆＝(Z_F2RZ_T2-Z_F2RZ_T2R-Z_RZ_T2+Z_RZ_T2F-Z_T2F2Z_T2R+Z_T2R²)

Z₇＝(Z_R-Z_F2R)，Z₈＝(Z_R-Z_T2R)；

式中：AT段长度D、上行短路点位置x和下行短路点位置y的单位均为km，各类阻抗Z单位均为Ohm/km；接触线T1首端电压相量U_T1和末端电压相量U_T2，负馈线F1首端电压相量U_F1和末端电压相量U_F2的单位均为V，各接触线和负馈线首端电流相量I_T1、I_F1、I_T3、I_F3和各接触线和负馈线末端电流相量I_T2、I_F2、I_T4、I_F4的单位均为A。

本发明的工作原理是：

设牵引网AT段长度为D，上行接触线T1与下行接触线T2的自阻抗为Z_T，钢轨R的自阻抗Z_R，上行负馈线F1与下行负馈线F2的自阻抗为Z_F，上行接触线T1与钢轨R的互阻抗为Z_T1R，上行接触线T1与上行负馈线F1的互阻抗为Z_T1F1，上行接触线T1与下行接触线T2的互阻抗Z_T1T2，上行接触线T1与下行负馈线F2的互阻抗Z_T1F2，上行负馈线F1与下行接触线T2的互阻抗Z_F1T2，上行负馈线F1与下行负馈线F2的互阻抗Z_F1F2，上行负馈线F1与钢轨R的互阻抗Z_F1R，下行接触线T2与下行负馈线F2的互阻抗Z_T2F2，下行接触线T2与钢轨R的互阻抗Z_T2R，下行负馈线F2与钢轨R的互阻抗Z_F2R，由各导线自/互阻抗，得上行阻抗的平方项计算参数Z₁和Z₂，阻抗项计算参数Z₃和Z₄，下行阻抗平方项计算参数Z₅和Z₆，阻抗项计算参数Z₇和Z₈；同步测量牵引网上行AT段两端电压相量和电流相量，包括接触线T1首端电压相量U_T1和首端电流相量I_T1、末端电压相量U_T2和末端电流相量I_T2，负馈线F1首端电压相量U_F1和首端电流相量I_F1、末端电压相量U_F2和末端电流相量I_F2,同步测量牵引网下行AT段接触线T2首端电流相量I_T3，末端电流相量I_T4，负馈线F2首端电流相量I_F3，末端电流相量I_F4,其特征在于：假设上行故障AT段中的短路点距离AT段首端的长度用x表示，由公式(1)计算，下行故障AT段中的短路点距离AT段首端的长度用y表示，由公式(2)计算；所有电流、电压需用基波相量，电流、电压互感器极性需与图中标向要求一致。

与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：

一、精确定位故障AT段中的短路位置，上报给综自和电调，及时维护，缩短停电时间，有力保障铁路的安全运行。

二、短路故障位置的标定及其精度不受故障类型与AT变压器漏抗影响，且考虑了上下行导线之间的互感参数，提高测距精度。

三、算法通用性好，便于工程实践。

附图说明

图1是本发明实施例的上行TR短路故障情形示意图。

图2是本发明实施例的上行FR短路故障情形示意图。

图3是本发明实施例的上行TF短路故障情形示意图。

图4是本发明实施例的下行TR短路故障情形示意图。

图5是本发明实施例的下行FR短路故障情形示意图。

图6是本发明实施例的下行TF短路故障情形示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本发明实施例一种全并联AT供电系统上行TR短路故障AT段短路点定位算法，设上行AT段首端xkm处发生负馈线T和钢轨R的TR短路,接触线T对钢轨R电压相量为U_d，钢轨左侧的电流相量为I₁,钢轨右侧的电流相量为I₂,同样，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线T1首端电压相量U_T1(V)和首端电流相量I_T1(A)、末端电压相量U_T2(V)和末端电流相量I_T2(A)，上行负馈线F1首端电压相量U_F1(V)和首端电流相量I_F1(A)、末端电压相量U_F2(V)和末端电流相量I_F2(A)，下行接触线T2首端电流相量I_T3(A)，末端电流相量I_T4(A)，负馈线F2首端电流相量I_F3(A)，末端电流相量I_F4(A)，列写回路方程，得到如下公式(1)，求解得短路故障位置xkm。

实施例二

如图2所示，本发明实施例一种全并联AT供电系统上行FR短路故障AT段短路点定位算法，设上行AT段首端xkm处发生负馈线F和钢轨R的FR短路,设该处负馈线F对钢轨R电压相量为U_k，钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为同样，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线T1首端电压相量U_T1(V)和首端电流相量I_T1(A)、末端电压相量U_T2(V)和末端电流相量I_T2(A)，上行负馈线F1首端电压相量U_F1(V)和首端电流相量I_F1(A)、末端电压相量U_F2(V)和末端电流相量I_F2(A)，下行接触线T2首端电流相量I_T3(A)，末端电流相量I_T4(A)，负馈线F2首端电流相量I_F3(A)，末端电流相量I_F4(A)，列写回路方程，得到公式(1)，求解得短路故障位置xkm。

实施例三

如图3所示，本发明实施例一种全并联AT供电系统上行TF短路故障AT段短路点定位算法，设上行AT段首端xkm处发生负馈线F和接触线T的TF短路,设该处负馈线T对接触线F电压相量为U_n，钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为同样，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线T1首端电压相量U_T1(V)和首端电流相量I_T1(A)、末端电压相量U_T2(V)和末端电流相量I_T2(A)，上行负馈线F1首端电压相量U_F1(V)和首端电流相量I_F1(A)、末端电压相量U_F2(V)和末端电流相量I_F2(A)，下行接触线T2首端电流相量I_T3(A)，末端电流相量I_T4(A)，负馈线F2首端电流相量I_F3(A)，末端电流相量I_F4(A)，列写回路方程，得到公式(1)，求解得短路故障位置xkm。

实施例四

如图4所示，本发明实施例一种全并联AT供电系统下行TR短路故障AT段短路点定位算法，设下行AT段首端ykm处发生负馈线T和钢轨R的TR短路,接触线T对钢轨R电压相量为U_d，钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为同样，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线T1首端电压相量U_T1(V)和首端电流相量I_T1(A)、末端电压相量U_T2(V)和末端电流相量I_T2(A)，上行负馈线F1首端电压相量U_F1(V)和首端电流相量I_F1(A)、末端电压相量U_F2(V)和末端电流相量I_F2(A)，下行接触线T2首端电流相量I_T3(A)，末端电流相量I_T4(A)，负馈线F2首端电流相量I_F3(A)，末端电流相量I_F4(A)，列写回路方程，得到公式(2)，求解得短路故障位置ykm。

实施例五

如图5所示，本发明实施例一种全并联AT供电系统下行FR短路故障AT段短路点定位算法，设上行AT段首端ykm处发生负馈线F和钢轨R的FR短路,设该处负馈线F对钢轨R电压相量为U_k,钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为同样，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线T1首端电压相量U_T1(V)和首端电流相量I_T1(A)、末端电压相量U_T2(V)和末端电流相量I_T2(A)，上行负馈线F1首端电压相量U_F1(V)和首端电流相量I_F1(A)、末端电压相量U_F2(V)和末端电流相量I_F2(A)，下行接触线T2首端电流相量I_T3(A)，末端电流相量I_T4(A)，负馈线F2首端电流相量I_F3(A)，末端电流相量I_F4(A)，列写回路方程，得到公式(2)，求解得短路故障位置ykm。

实施例六

如图6所示，本发明实施例一种全并联AT供电系统下行TF短路故障AT段短路点定位算法，设上行AT段首端ykm处发生负馈线F和接触线T的TF短路,设该处负馈线T对接触线F电压相量为U_n，钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为同样，同步测量牵引网AT段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线T1首端电压相量U_T1(V)和首端电流相量I_T1(A)、末端电压相量U_T2(V)和末端电流相量I_T2(A)，上行负馈线F1首端电压相量U_F1(V)和首端电流相量I_F1(A)、末端电压相量U_F2(V)和末端电流相量I_F2(A)，下行接触线T2首端电流相量I_T3(A)，末端电流相量I_T4(A)，负馈线F2首端电流相量I_F3(A)，末端电流相量I_F4(A)，列写回路方程，得到公式(2)，求解得短路故障位置ykm。