一种全并联AT牵引供电系统故障AT段短路点定位方法与流程

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。

技术实现要素：

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,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。

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：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ud，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ut1(v)和首端电流相量it1(a)、末端电压相量ut2(v)和末端电流相量it2(a)，上行负馈线f1首端电压相量uf1(v)和首端电流相量if1(a)、末端电压相量uf2(v)和末端电流相量if2(a)，下行接触线t2首端电流相量it3(a)，末端电流相量it4(a)，负馈线f2首端电流相量if3(a)，末端电流相量if4(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uk，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ut1(v)和首端电流相量it1(a)、末端电压相量ut2(v)和末端电流相量it2(a)，上行负馈线f1首端电压相量uf1(v)和首端电流相量if1(a)、末端电压相量uf2(v)和末端电流相量if2(a)，下行接触线t2首端电流相量it3(a)，末端电流相量it4(a)，负馈线f2首端电流相量if3(a)，末端电流相量if4(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un，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ut1(v)和首端电流相量it1(a)、末端电压相量ut2(v)和末端电流相量it2(a)，上行负馈线f1首端电压相量uf1(v)和首端电流相量if1(a)、末端电压相量uf2(v)和末端电流相量if2(a)，下行接触线t2首端电流相量it3(a)，末端电流相量it4(a)，负馈线f2首端电流相量if3(a)，末端电流相量if4(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ud，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ut1(v)和首端电流相量it1(a)、末端电压相量ut2(v)和末端电流相量it2(a)，上行负馈线f1首端电压相量uf1(v)和首端电流相量if1(a)、末端电压相量uf2(v)和末端电流相量if2(a)，下行接触线t2首端电流相量it3(a)，末端电流相量it4(a)，负馈线f2首端电流相量if3(a)，末端电流相量if4(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uk,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ut1(v)和首端电流相量it1(a)、末端电压相量ut2(v)和末端电流相量it2(a)，上行负馈线f1首端电压相量uf1(v)和首端电流相量if1(a)、末端电压相量uf2(v)和末端电流相量if2(a)，下行接触线t2首端电流相量it3(a)，末端电流相量it4(a)，负馈线f2首端电流相量if3(a)，末端电流相量if4(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un，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ut1(v)和首端电流相量it1(a)、末端电压相量ut2(v)和末端电流相量it2(a)，上行负馈线f1首端电压相量uf1(v)和首端电流相量if1(a)、末端电压相量uf2(v)和末端电流相量if2(a)，下行接触线t2首端电流相量it3(a)，末端电流相量it4(a)，负馈线f2首端电流相量if3(a)，末端电流相量if4(a)，列写回路方程，得到公式(2)，求解得短路故障位置ykm。