铁路电力线路故障自动隔离系统和方法

摘要

本发明提供了一种铁路电力线路故障自动隔离系统和方法，该系统包括站控层设备、沿电力线路设置的多个线路间隔层设备以及与该多个线路间隔层设备一一对应设置在电力线路上的多个常闭开关，多个线路间隔层设备将所述电力线路分为多个区段；站控层设备用于获取关于故障位置的信息，并且根据该关于故障位置的信息向设置在包含所述故障位置的一区段的端点处的线路间隔层设备传送隔离指示信号；线路间隔层设备用于从站控层设备接收所述隔离指示信号，并且响应于接收到该隔离指示信号而控制该线路间隔层设备对应的开关断开。本发明提供的铁路电力线路故障自动隔离系统和方法，能够自动、快速隔离故障区段，节省了人力、物力，有利于快速恢复供电。

说明书

技术领域

本申请涉及铁路电力系统，尤其涉及一种铁路电力线路故障自动隔离系统和方法。

背景技术

随着电力技术的飞速发展，工业、农业、交通运输等各个方面均离不开电，因此电力线路的正常运营对于人类的正常生产生活具有极其重要的意义。随着重载、高车流密度铁路的运输能力的不断提升，对为其行车信号供电的铁路电力线路(如10kV铁路电力线路)供电可靠性，提出了更高的要求。

目前，在铁路电力线路出现故障时，常常需要维护人员亲自到现场将出现故障的区段隔离，以利于其他非故障区段的及时恢复供电。然而，电力线路通常分布范围较广，尤其是铁路电力线路，不仅线路长而且一般位于山区或交通不便的地方，在发生故障时，维护人员难以第一时间赶到现场，这使得故障区段隔离所需的时间较长，不利于电力线路的及时恢复供电；而且故障常常发生在天气恶劣的情况下，此时依靠线路维护人员到现场拉合开关进行故障区段的隔离尤为困难，而且存在安全上的隐患，难以适应现代铁路运输的要求。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种铁路电力线路故障自动隔离系统和方法，能够实现故障区段的自动隔离，减少了故障隔离所需的时间，提高了运行安全性，并且节省了人力、物力。

本发明提供了一种铁路电力线路故障自动隔离系统，该系统包括站控层设备、与该站控层设备通信并且沿配电所之间的电力线路设置的多个线路间隔层设备以及与该多个线路间隔层设备一一对应设置在电力线路上的多个常闭开关，所述多个线路间隔层设备将所述电力线路分为多个区段，所述多个线路间隔层设备中的每一个线路间隔层设备与其对应的开关相耦合；

所述站控层设备用于获取关于故障位置的信息，并且根据该关于故障位置的信息向设置在包含所述故障位置的一区段的端点处的线路间隔层设备传送隔离指示信号；以及

所述线路间隔层设备用于从站控层设备接收所述隔离指示信号，并且响应于接收到该隔离指示信号而控制该线路间隔层设备对应的开关断开。

本发明还提供了一种用于铁路电力线路故障自动隔离系统的铁路电力线路故障自动隔离方法，其中该电力线路故障自动隔离系统包括站控层设备、与该站控层设备通信并且沿配电所之间的电力线路设置的多个线路间隔层设备以及与该多个线路间隔层设备一一对应设置在电力线路上的多个常闭开关，所述多个线路间隔层设备将所述电力线路分为多个区段，所述多个线路间隔层设备中的每一个线路间隔层设备与其对应的开关相耦合；所述方法包括：

由所述站控层设备获取关于故障位置的信息，并且根据该关于故障位置的信息向设置在包含所述故障位置的一区段的端点处的线路间隔层设备传送隔离指示信号；

由所述线路间隔层设备从站控层设备接收所述隔离指示信号，并且响应于接收到该隔离指示信号而控制该线路间隔层设备对应的开关断开。

本发明提供的电力线路故障自动隔离系统和方法，由于该系统包括站控层设备、与该站控层设备通信并且沿配电所之间的电力线路设置的多个线路间隔层设备以及与该多个线路间隔层设备一一对应设置在电力线路上的多个常闭开关，站控层设备能够将隔离指示信号下达给故障区段内的线路间隔层设备，并由间隔层设备控制相应的电力线路上的开关断开，实现故障区段的自动隔离，而不再需要维护人员到现场作业，提高了作业安全性，节省了人力、物力，并且减少了故障区段隔离所需的时间，为实现快速恢复供电提供了可能。

附图说明

图1显示的是根据本发明的铁路电力线路故障自动隔离系统的示意图；

图2显示的是根据本发明的铁路电力线路故障自动隔离系统和方法的信号流示意图；

图3显示的是根据本发明提供的优选实施方式的铁路电力线路故障自动隔离系统和方法的信号流示意图；

图4显示的是本发明提供的铁路电力线路故障自动隔离系统中的站控层设备和间隔层设备采用3G通信时的示意图。

具体实施方式

如图1以及图2所示，本发明提供了一种铁路电力线路故障自动隔离系统和用于该铁路电力线路故障自动隔离系统的铁路电力线路自动隔离方法，所述铁路电力线路故障自动隔离系统包括站控层设备、与该站控层设备通信并且沿配电所之间的电力线路设置的多个线路间隔层设备以及与该多个线路间隔层设备一一对应设置在电力线路上的多个常闭开关，所述多个线路间隔层设备将所述电力线路分为多个区段，所述多个线路间隔层设备中的每一个线路间隔层设备与其对应的开关相耦合；所述站控层设备用于获取关于故障位置的信息，并且根据该关于故障位置的信息向设置在包含所述故障位置的一区段的端点处的线路间隔层设备传送隔离指示信号；以及所述线路间隔层设备用于从站控层设备接收所述隔离指示信号，并且响应于接收到该隔离指示信号而控制该线路间隔层设备对应的开关断开。

优选地，所述线路间隔层设备用于在控制其对应的开关断开之后，向所述站控层设备发送隔离完成信号，以使得站控层设备获知故障区段是否已经成功隔离。

优选地，在电力线路两端的配电所处还设置有配电所间隔层设备，所述站控层设备用于响应于接收到该隔离完成信号，向所述配电所间隔层设备传送合闸指示信号，所述配电所间隔层设备用于从所述站控层设备接收所述合闸指示信号，并且响应于接收到该合闸指示信号而控制该配电所处的断路器变为合位。这样，在成功隔离故障区段之后执行上述操作，能够实现自动快速恢复非故障区段的供电，减少了恢复供电所需的时间，并且节省了人力、物力。

图1中示出了根据本发明的一种实施方式的铁路电力线路故障自动隔离系统。在图1中两个配电所(图1中所示的主配电所和备配电所)之间形成的一条供电臂。通常在铁路电力线路上40km～60km可以设置一个配电所，配电所的电源进线取自地方电力系统，两个相邻配电所的出线构成一个供电臂，这样在整个铁路电力线路上可以分为多个供电臂，两个相邻配电所是可以互为主备供，优选地，在配电所处可以设置配电所间隔层设备。所述线路间隔层设备可以以任何间距沿着电力线路设置，优选地，每隔5km～7km设置一个线路间隔层设备，当然，如果条件不允许，可以设置间隔距离较大而数量较少的线路间隔层设备，如果条件允许，亦可以设置间隔距离较小而数量更多的线路间隔层设备。相邻线路间隔层设备之间的距离可以相等，也可以不相等。虽然图1中示例显示出了4个均匀分布的线路间隔层设备，但并不意味着本发明对线路间隔层设备之间的距离以及数量有任何限制。如图1所示，在电力线路上设置有与多个线路间隔层设备一一对应的多个常闭开关，这些常闭开关能够受线路间隔层设备的控制。

所述站控层设备获知关于故障位置的信息的方式可以通过接收外部输入的方式，亦或其他方式来实现。关于故障位置的信息可以是故障点信息，也可以是故障区段信息。所述站控层设备可以包括中央处理装置和无线收发装置，该中央处理装置用于根据关于故障位置的信息输出针对包含所述故障位置的一区段的端点处的线路间隔层设备的隔离指示信号，并将该隔离指示信号通过无线收发装置发送到相应的线路间隔层设备。中央处理装置可以采用诸如工业控制机等任何能够实现上述功能的软硬件结构来实现，本发明对此不作限制。

所述线路间隔层设备可以包括无线收发装置和处理装置，该线路间隔层设备中的无线收发装置从站控层设备接收隔离指示信号，并且将该隔离指示信号发送到处理装置，所述处理装置根据该隔离指示信号输出控制信号到相应的开关以控制该开关断开。所述配电所间隔层设备可以包括无线收发装置和处理装置，该配电所间隔层设备中的无线收发装置从站控层设备接收合闸指示信号，并且将该合闸指示信号发送到该配电所间隔层设备中的处理装置，所述处理装置根据该合闸指示信号输出控制信号到配电所内的断路器，以控制断路器变为合位。线路间隔层设备中的处理装置以及配电所间隔层设备中的处理装置可以采用任何能够实现上述功能的软硬件结构来实现。

所述开关可以是任何类型的适合安装在电力线路上能够控制电力线路的通断的各种受控开关，例如电控开关、磁控开关等。优选地，所述开关为真空断路器，真空断路器具有体积小、重量轻、适用于频繁操作等优点，在配电网中应用较为普及。所述开关与所述间隔层设备可以相互电连接或磁耦合。

所述每个线路间隔层设备以及配电所间隔层设备与站控层设备之间可以进行无线通信，两者通信所采用的通信协议可以是诸如GSM之类的任何通信协议。优选地，间隔层设备与站控层设备之间采用3G协议进行通信，如图4所示，站控层设备中具有一个上位3G通信模块，每个间隔层设备中均具有一个下位3G通信模块，上位3G通信模块可以与多个下位3G通信模块进行通信，这便形成1+N的组网方式，每个间隔层设备对应一个互不重复的接入点(APN)，并且每个间隔层设备采用APN专网固定IP。在电力线路上需增加线路间隔层设备时，只需使其与站控层设备进行通信即可。本发明提供的电力线路故障自动隔离系统易于接入新的间隔层设备，非常便于扩容。

在实际电力线路中，可能具有多个供电臂，在使用本发明提供的电力线路故障自动隔离系统时，可以在每个供电臂上各使用一套本发明提供的电力线路故障自动隔离系统，当然，为节省设备投入以及方便信息的汇总，可以多个供电臂共用一个站控层设备，而每个供电臂上均如上所述沿电力线路设置间隔层设备，每个供电臂上的间隔层设备作为一个逻辑单元，每个逻辑单元在站控层设备独立地进行故障区段的隔离。

根据本发明的一种优选实施方式，本发明提供的电力线路自动隔离系统可以由自身自动完成关于故障位置的信息的获取功能，而不需要从外部获取故障区段信息。如图3所示，在这一优选实施方式中，所述站控层设备通过以下方式来获取关于故障位置的信息：所述间隔层设备采集其所在的位置处的电力线路特性信号，并且当采集到的电力线路特性信号发生异常时，将该电力线路特性信号添加故障标识后传送到所述站控层设备；并且，所述配电所间隔层设备还用于采集主配电所和备配电所处的断路器状态信号，并且将该断路器状态信号发送到所述站控层设备；所述站控层设备响应于接收到带有故障标识的电力线路特性信号，而根据接收到的主配电所和备配电所处的断路器状态信号来判断所述电力线路是否发生永久性故障；以及所述站控层设备在判断所述电力线路发生永久性故障之后，以供电方向为基准，依次比较由相邻两个间隔层设备传送到该站控层设备的电力线路特性信号，如果出现来自相邻两个间隔层设备的电力线路特性信号相异的情况，则判断永久性故障发生在该相邻两个间隔层设备之间的位置。所述电力线路特性信号是电压信号和电流信号中的至少一者。

其中，当满足下列条件中的一者时，所述站控层设备判断所述电力线路发生永久性故障：

a)所接收到的断路器状态信号指示主配电所断路器由合位到分位再到合位再到分位，而备配电所断路器一直处于分位；或者

b)所接收到的断路器状态信号指示主配电所断路器由合位到分位，而备配电所断路器由分位到合位再到分位。

优选地，所述配电所间隔层设备还用于采集主配电所和备配电所处的继电保护动作信号，并将该继电保护动作信号传送到站控层设备；并且所述站控层设备在判断所述电力线路是否发生永久性故障时，除根据接收到的主配电所和备配电所处的断路器状态信号之外，还结合接收到的主配电所和备配电所处的继电保护动作信号来判断。这样由于在断路器状态变化信号作为判断永久性故障的依据的基础上，引入了继电保护动作信号作为判断永久性故障的另一复合依据，降低了系统判断永久性故障的风险，提高了系统的可靠性、准确性。

其中，当满足下列条件中的一者时，所述站控层设备判断所述电力线路发生永久性故障：

a)所接收到的断路器状态信号指示主配电所断路器由合位到分位再到合位再到分位，而备配电所断路器一直处于分位，并且接收到的继电保护动作信号指示继电保护装置已动作；或者

b)所接收到的断路器状态信号指示主配电所断路器由合位到分位，而备配电所断路器由分位到合位再到分位，并且接收到的继电保护动作信号指示继电保护装置已动作。

以上参考附图对本发明的技术方案进行了详细描述，需要理解的是，本发明的附图以及上述对附图所做的相应描述不应当看作对本发明保护范围的限制，而是提供了本发明技术方案的一种实施方式或者优选实施方式。例如，虽然本发明的优选实施方式中提供了一种特定的关于故障位置的信息的自身自动获取方式，但是并不意在表明本发明的电力线路故障自动隔离系统及方法在实现获取关于故障位置的信息时仅能采用上述特定的自动故障区段隔离方法，也并不意味着本发明的电力线路故障自动隔离系统及方法必须包括上述特定的故障位置信息的获取方式。本领域技术人员可以理解的是，多种对上述描述的特定特征的修改、替换、改变和等价形式均落入本发明的保护范围。

本发明提供的铁路电力线路自动隔离系统和方法，当电力线路发生故障时，能够实现对故障区段的自动、快速隔离，节省了人力物力，提高了操作安全性，便于电力线路的快速恢复供电。本发明的优选实施方式还能够实现故障区段的自动分析与判断，而无需从外部获取故障区段信息，在此基础上实现对故障区段的自动隔离，减少了对故障区段自动隔离所需要的时间，能够保证未发生故障的线路区段快速恢复供电，有利于确保电力线路的正常运营。