一种全并联AT牵引供电系统故障AT段短路点定位方法论文和设计-王帅

全文摘要

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。

主设计要求

1.一种全并联AT牵引供电系统故障AT段短路点定位方法，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ZT，钢轨R的自阻抗ZR，上行负馈线F1与下行负馈线F2的自阻抗为ZF，上行接触线T1与钢轨R的互阻抗为ZT1R，上行接触线T1与上行负馈线F1的互阻抗为ZT1F1，上行接触线T1与下行接触线T2的互阻抗ZT1T2，上行接触线T1与下行负馈线F2的互阻抗ZT1F2，上行负馈线F1与下行接触线T2的互阻抗ZF1T2，上行负馈线F1与下行负馈线F2的互阻抗ZF1F2，上行负馈线F1与钢轨R的互阻抗ZF1R，下行接触线T2与下行负馈线F2的互阻抗ZT2F2，下行接触线T2与钢轨R的互阻抗ZT2R，下行负馈线F2与钢轨R的互阻抗ZF2R，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UT1和首端电流相量IT1、末端电压相量UT2和末端电流相量IT2，负馈线F1首端电压相量UF1和首端电流相量IF1、末端电压相量UF2和末端电流相量IF2,同步测量牵引网下行AT段接触线T2首端电流相量IT3，末端电流相量IT4，负馈线F2首端电流相量IF3，末端电流相量IF4,其特征在于：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＝(ZF1ZR-ZF1ZT1R-ZF1R2+ZF1RZT1F1+ZF1RZT1R-ZRZT1F1)，Z2＝(ZF1RZT1-ZF1RZT1R-ZRZT1+ZRZT1F-ZT1F1ZT1R+ZT1R2)Z3＝(ZR-ZF1R)，Z4＝(ZR-ZT1R)；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＝(ZF2ZR-ZF2ZT2R-ZF2R2+ZF2RZT2F2+ZF2RZT2R-ZRZT2F2)，Z6＝(ZF2RZT2-ZF2RZT2R-ZRZT2+ZRZT2F-ZT2F2ZT2R+ZT2R2)Z7＝(ZR-ZF2R)，Z8＝(ZR-ZT2R)；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UT1和末端电压相量UT2，负馈线F1首端电压相量UF1和末端电压相量UF2的单位均为V，各接触线和负馈线首端电流相量IT1、IF1、IT3、IF3和各接触线和负馈线末端电流相量IT2、IF2、IT4、IF4的单位均为A。

设计方案

1.一种全并联AT牵引供电系统故障AT段短路点定位方法，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<\/sub>，钢轨R的自阻抗ZR<\/sub>，上行负馈线F1与下行负馈线F2的自阻抗为ZF<\/sub>，上行接触线T1与钢轨R的互阻抗为ZT1R<\/sub>，上行接触线T1与上行负馈线F1的互阻抗为ZT1F1<\/sub>，上行接触线T1与下行接触线T2的互阻抗ZT1T2<\/sub>，上行接触线T1与下行负馈线F2的互阻抗ZT1F2<\/sub>，上行负馈线F1与下行接触线T2的互阻抗ZF1T2<\/sub>，上行负馈线F1与下行负馈线F2的互阻抗ZF1F2<\/sub>，上行负馈线F1与钢轨R的互阻抗ZF1R<\/sub>，下行接触线T2与下行负馈线F2的互阻抗ZT2F2<\/sub>，下行接触线T2与钢轨R的互阻抗ZT2R<\/sub>，下行负馈线F2与钢轨R的互阻抗ZF2R<\/sub>，由各导线自\/互阻抗，得上行阻抗的平方项计算参数Z1<\/sub>和Z2<\/sub>，阻抗项计算参数Z3<\/sub>和Z4<\/sub>，下行阻抗平方项计算参数Z5<\/sub>和Z6<\/sub>，阻抗项计算参数Z7<\/sub>和Z8<\/sub>；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UT1<\/sub>和首端电流相量IT1<\/sub>、末端电压相量UT2<\/sub>和末端电流相量IT2<\/sub>，负馈线F1首端电压相量UF1<\/sub>和首端电流相量IF1<\/sub>、末端电压相量UF2<\/sub>和末端电流相量IF2<\/sub>,同步测量牵引网下行AT段接触线T2首端电流相量IT3<\/sub>，末端电流相量IT4<\/sub>，负馈线F2首端电流相量IF3<\/sub>，末端电流相量IF4<\/sub>,其特征在于：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：}

设计说明书

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<\/sub>，钢轨R的自阻抗ZR<\/sub>，上行负馈线F1与下行负馈线F2的自阻抗为ZF<\/sub>，上行接触线T1与钢轨R的互阻抗为ZT1R<\/sub>，上行接触线T1与上行负馈线F1的互阻抗为ZT1F1<\/sub>，上行接触线T1与下行接触线T2的互阻抗ZT1T2<\/sub>，上行接触线T1与下行负馈线F2的互阻抗ZT1F2<\/sub>，上行负馈线F1与下行接触线T2的互阻抗ZF1T2<\/sub>，上行负馈线F1与下行负馈线F2的互阻抗ZF1F2<\/sub>，上行负馈线F1与钢轨R的互阻抗ZF1R<\/sub>，下行接触线T2与下行负馈线F2的互阻抗ZT2F2<\/sub>，下行接触线T2与钢轨R的互阻抗ZT2R<\/sub>，下行负馈线F2与钢轨R的互阻抗ZF2R<\/sub>，由各导线自\/互阻抗，得上行阻抗的平方项计算参数Z1<\/sub>和Z2<\/sub>，阻抗项计算参数Z3<\/sub>和Z4<\/sub>，下行阻抗平方项计算参数Z5<\/sub>和Z6<\/sub>，阻抗项计算参数Z7<\/sub>和Z8<\/sub>；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UT1<\/sub>和首端电流相量IT1<\/sub>、末端电压相量UT2<\/sub>和末端电流相量IT2<\/sub>，负馈线F1首端电压相量UF1<\/sub>和首端电流相量IF1<\/sub>、末端电压相量UF2<\/sub>和末端电流相量IF2<\/sub>,同步测量牵引网下行AT段接触线T2首端电流相量IT3<\/sub>，末端电流相量IT4<\/sub>，负馈线F2首端电流相量IF3<\/sub>，末端电流相量IF4<\/sub>,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：

Z_{1<\/sub>＝(ZF1<\/sub>ZR<\/sub>-ZF1<\/sub>ZT1R<\/sub>-ZF1R<\/sub>^{2<\/sup>+ZF1R<\/sub>ZT1F1<\/sub>+ZF1R<\/sub>ZT1R<\/sub>-ZR<\/sub>ZT1F1<\/sub>)，Z2<\/sub>＝(ZF1R<\/sub>ZT1<\/sub>-ZF1R<\/sub>ZT1R<\/sub>-ZR<\/sub>ZT1<\/sub>+ZR<\/sub>ZT1F<\/sub>-ZT1F1<\/sub>ZT1R<\/sub>+ZT1R<\/sub>2<\/sup>)}}

Z_{3<\/sub>＝(ZR<\/sub>-ZF1R<\/sub>)，Z4<\/sub>＝(ZR<\/sub>-ZT1R<\/sub>)；}

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：

Z_{5<\/sub>＝(ZF2<\/sub>ZR<\/sub>-ZF2<\/sub>ZT2R<\/sub>-ZF2R<\/sub>^{2<\/sup>+ZF2R<\/sub>ZT2F2<\/sub>+ZF2R<\/sub>ZT2R<\/sub>-ZR<\/sub>ZT2F2<\/sub>)，Z6<\/sub>＝(ZF2R<\/sub>ZT2<\/sub>-ZF2R<\/sub>ZT2R<\/sub>-ZR<\/sub>ZT2<\/sub>+ZR<\/sub>ZT2F<\/sub>-ZT2F2<\/sub>ZT2R<\/sub>+ZT2R<\/sub>2<\/sup>)}}

Z_{7<\/sub>＝(ZR<\/sub>-ZF2R<\/sub>)，Z8<\/sub>＝(ZR<\/sub>-ZT2R<\/sub>)；}

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<\/sub>和末端电压相量UT2<\/sub>，负馈线F1首端电压相量UF1<\/sub>和末端电压相量UF2<\/sub>的单位均为V，各接触线和负馈线首端电流相量IT1<\/sub>、IF1<\/sub>、IT3<\/sub>、IF3<\/sub>和各接触线和负馈线末端电流相量IT2<\/sub>、IF2<\/sub>、IT4<\/sub>、IF4<\/sub>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<\/sub>，钢轨R的自阻抗ZR<\/sub>，上行负馈线F1与下行负馈线F2的自阻抗为ZF<\/sub>，上行接触线T1与钢轨R的互阻抗为ZT1R<\/sub>，上行接触线T1与上行负馈线F1的互阻抗为ZT1F1<\/sub>，上行接触线T1与下行接触线T2的互阻抗ZT1T2<\/sub>，上行接触线T1与下行负馈线F2的互阻抗ZT1F2<\/sub>，上行负馈线F1与下行接触线T2的互阻抗ZF1T2<\/sub>，上行负馈线F1与下行负馈线F2的互阻抗ZF1F2<\/sub>，上行负馈线F1与钢轨R的互阻抗ZF1R<\/sub>，下行接触线T2与下行负馈线F2的互阻抗ZT2F2<\/sub>，下行接触线T2与钢轨R的互阻抗ZT2R<\/sub>，下行负馈线F2与钢轨R的互阻抗ZF2R<\/sub>，由各导线自\/互阻抗，得上行阻抗的平方项计算参数Z1<\/sub>和Z2<\/sub>，阻抗项计算参数Z3<\/sub>和Z4<\/sub>，下行阻抗平方项计算参数Z5<\/sub>和Z6<\/sub>，阻抗项计算参数Z7<\/sub>和Z8<\/sub>；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UT1<\/sub>和首端电流相量IT1<\/sub>、末端电压相量UT2<\/sub>和末端电流相量IT2<\/sub>，负馈线F1首端电压相量UF1<\/sub>和首端电流相量IF1<\/sub>、末端电压相量UF2<\/sub>和末端电流相量IF2<\/sub>,同步测量牵引网下行AT段接触线T2首端电流相量IT3<\/sub>，末端电流相量IT4<\/sub>，负馈线F2首端电流相量IF3<\/sub>，末端电流相量IF4<\/sub>,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<\/sub>，钢轨左侧的电流相量为I1<\/sub>,钢轨右侧的电流相量为I2<\/sub>,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UT1<\/sub>(V)和首端电流相量IT1<\/sub>(A)、末端电压相量UT2<\/sub>(V)和末端电流相量IT2<\/sub>(A)，上行负馈线F1首端电压相量UF1<\/sub>(V)和首端电流相量IF1<\/sub>(A)、末端电压相量UF2<\/sub>(V)和末端电流相量IF2<\/sub>(A)，下行接触线T2首端电流相量IT3<\/sub>(A)，末端电流相量IT4<\/sub>(A)，负馈线F2首端电流相量IF3<\/sub>(A)，末端电流相量IF4<\/sub>(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<\/sub>，钢轨左侧的电流相量为设计图}

相关信息详情

申请码:申请号:CN201910588854.9

申请日:2019-07-02

公开号:CN110221181A

公开日:2019-09-10

国家:CN

国家/省市:90(成都)

授权编号:授权时间:主分类号:G01R 31/08

专利分类号:G01R31/08

范畴分类:31F;

申请人:西南交通大学

第一申请人:西南交通大学

申请人地址:610031 四川省成都市二环路北一段111号

发明人:王帅;李群湛;易东;陈民武

第一发明人:王帅

当前权利人:西南交通大学

代理人:葛启函

代理机构:51232

代理机构编号:成都点睛专利代理事务所(普通合伙)

优先权:关键词:当前状态:审核中

类型名称:外观设计

标签：定位设计论文;  计算电流论文;  短路阻抗论文;  阻抗电压论文;  钢轨论文;