专利名称：地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距装置及方法
技术领域：
本发明涉及电カ系统故障测距领域，特别是城市轨道交通供电系统直流侧短路的故障测距。
背景技术：
鉄路接触网沿线有许多电动车组高速动态取流，使得接触网昼夜不停的处在振动、摩擦、电弧、伸縮的动态运行状态中，接触网与行走轨之间发生短路故障的可能性较ー般电カ线路的概率要大得多。地铁输电线路发生故障之后，需要尽快判断出故障位置，排除故障，及时恢复地铁正常供电。
输电线路故障分为瞬时性故障和永久性故障。瞬时性故障是通过重合闸可以恢复供电的故障类型，但是故障点往往是薄弱点，这些薄弱点需要尽快找到并加以处理，以免ニ次故障或发展成永久性故障。永久性故障时，重合闸不成功，电カ系统停止供电，此时必须快速查明故障并加以排除，保障地铁运输计划的正常运行。地铁牵引供电系统中，在一条地铁线路上一般分布有10多个牵引变电所及降压变电所，每个牵引变电所中的整流机组将35Kv或33Kv的交流电转变为1500V的直流电，整流机组引出4条供电支路分别为地铁轨道两边的上行接触网、下行接触网供电。图I显示的是两个变电所之间地铁牵引供电系统的供电原理图，每个变电所整流机组引出4条供电支路701、702、703、704，其中变电所I中的支路701为该区段中的上行接触网供电，支路702为该区段中的下行接触网供电；变电所2中的支路703为该区段中的上行接触网供电，704为该区段中的下行接触网供电。图中的F点表示在该处区段的下行接触网与下行走行轨发生短路。地铁接触网故障测距装置，能实现故障点的精确定位，可以减轻地铁供电维护部门的巡线负担；能够有效发现故障造成的安全隐患，采取相应措施提高地铁运输的可靠性；迅速排除故障，缩短停电时间，減少由于停电造成的损失。地铁接触网故障测距不仅有利于及时发现并排除故障，保证牵引网正常工作，而且对于地铁系统的安全、可靠和经济运行都是非常重要的，具有巨大的社会和经济综合效益。现有技术中电力系统中常用的故障测距方法主要是阻抗法和行波法。阻抗法根据故障时测量到的电压、电流量计算故障距离，假设线路长度和阻抗成正比，从而求出故障测距装置到故障点的距离。行波法根据行波传输理论进行故障测距，可以分为单端行波测距和双端行波测距。单端行波测距吋，当输电线路发生故障吋，从母线向故障点传播的行波经过一段时间之后，又从故障点反射回来，时间间隔与故障距离成正比，通过检测这个时间间隔即可以进行故障测距。双端行波测距算法利用故障点产生的行波第一次到达两端的时间差实现测距。行波法故障测距理论上不受线路类型、过渡电阻、两侧系统阻抗的影响，但是对硬件要求较高，采样速度快，并对大量数据的存储和分析提出了较高要求。然而电カ系统常用的阻抗法和行波法在地铁中直接应用难度很大，通常阻抗法是利用电气量的エ频分量进行故障测距，而地铁供电系统中使用直流供电；而行波通常以接近光速的速度传播，行波法测距更适用于高电压等级、长距离线路的故障测距，但是地铁供电臂只有数公里，额定电压1500V，应用行波法没有意义。
发明内容
本发明的目的是提供适用于鉄路尤其是地铁牵引供电系统短路故障测距装置及方法。本发明采用的技术方案是这样的一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距装置，包括上位机，在两个或两个以上的双边供电的牵引变电所分别设置有分流器、4个电流采样单元、I个电压采样单元、AD转换器组、控制处理单元、授时单元、无线信号发送单元;
在每个变电所处4个电流采样单元中有2个电流采样单元通过分流器分别采集该变电所A边轨道支路的上行接触网电流及下行接触网电流，另外2个电流采样单元通过分流 器分别采集该变电所B边轨道支路上行接触网电流及下行接触网电流；
所述电压采样单元采集该变电所A边轨道支路的上行接触网电压或者A边轨道支路的下行接触网电压或者B边轨道支路上行接触网电压或者B边轨道支路下行接触网电压；
AD转换器组具有5个独立的AD转换器，且每个AD转换器上具有ー个启动控制端；所述4个电流采样单元及I个电压采样单元的输出端分别对应连接所述AD转换器组中的5个独立AD转换器的输入端；AD转转器组中5个AD转换器的输出端均与控制处理单元具有信号连接，AD转换器组中5个AD转换器的启动控制端也均与控制处理单元具有信号连接；控制处理单元与授时单元有信号连接，接收授时单元输出的时间信息；控制处理单元与无线信号发送单元具有信号连接，无线信号发送单元用于接收控制处理单元输出的电流、电压信号并无线传输给所述上位机；
所述上位机用于接收各个变电所通过无线方式发送的各条轨道支路的上行接触网电流、电压信号或者下行接触网电流、电压信号计算短路故障发生的位置。优选地，所述控制处理单元为FPGA，所述FPGA与授时单元连接，接收授时单元输出的时间标志信息及秒脉冲；FPGA具有计数器与存储器，秒脉冲用于启动计数器计数，存储器用于存储时间标志信息。优选地，所述上位机数量至少为1，每台上位机与至少2个变电所的控制处理单元通信。一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距方法，包括以下步骤
步骤401 :各个变电所定时采集同一时刻时其A边轨道支路的上行接触网电流及下行接触网电流与B边轨道支路上行接触网电流及下行接触网电流；同吋，各个变电所采集A边轨道支路的上行接触网电压或者A边轨道支路的下行接触网电压或者B边轨道支路上行接触网电压或者B边轨道支路下行接触网电压；
步骤402 :各个变电所判断其A边、B边轨道支路的下行接触网的电流、上行接触网的电流是否大于设定阈值且大于设定阈值的維持时间小于设定的时间间隔；
步骤403 :当变电所判断出其A边轨道支路的下行接触网的电流或A边轨道支路的上行接触网的电流或B边轨道支路的下行接触网的电流或B边轨道支路上行接触网电流中至少ー个大于设定阈值且大于设定阈值的维持时间小于设定的时间间隔时，变电所则认为该电流异常；所述变电所为异常的电流及所述异常电流对应的电压数据加上轨道支路接触网馈线标识及采集时间标识后通过无线方式传输给上位机；
步骤404:上位机根据同一轨道支路上同一接触网上两端变电所传来的电流、电压信号计算短路故障发生的位置。
权利要求
1.一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距装置，其特征在于，包括上位机，在两个或两个以上的双边供电的牵引变电所分别设置有分流器、4个电流采样单元、I个电压采样单元、AD转换器组、控制处理单元、授时单元、无线信号发送单元； 在每个变电所处4个电流采样单元中有2个电流采样单元通过分流器分别采集该变电所A边轨道支路的上行接触网电流及下行接触网电流，另外2个电流采样单元通过分流器分别采集该变电所B边轨道支路上行接触网电流及下行接触网电流；所述电压采样单元采集该变电所A边轨道支路的上行接触网电压或者A边轨道支路的下行接触网电压或者B边轨道支路上行接触网电压或者B边轨道支路下行接触网电压； AD转换器组具有5个独立的AD转换器，且每个AD转换器上具有一个启动控制端；所述4个电流采样单元及I个电压采样单元的输出端分别对应连接所述AD转换器组中的5个独立AD转换器的输入端；AD转转器组中5个AD转换器的输出端均与控制处理单元具有信号连接，AD转换器组中5个AD转换器的启动控制端也均与控制处理单元具有信号连接；控制处理单元与授时单元有信号连接，接收授时单元输出的时间信息；控制处理单元与无线信号发送单元具有信号连接，无线信号发送单元用于接收控制处理单元输出的电流、电压信号并无线传输给所述上位机； 所述上位机用于接收各个变电所通过无线方式发送的各条轨道支路的上行接触网电流、电压信号或者下行接触网电流、电压信号计算短路故障发生的位置。
2.根据权利要求I所述的一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距装置，其特征在于，所述控制处理单元为FPGA，所述FPGA与授时单元连接，接收授时单元输出的时间标志信息及秒脉冲；FPGA具有计数器与存储器，秒脉冲用于启动计数器计数，存储器用于存储时间标志信息。
3.根据权利要求I或2所述的一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距装置，其特征在于，所述上位机数量至少为1，每台上位机与至少2个变电所的控制处理单元通信。
4.一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤401 :各个变电所定时采集同一时刻时其A边轨道支路的上行接触网电流及下行接触网电流与B边轨道支路上行接触网电流及下行接触网电流；同时，各个变电所采集A边轨道支路的上行接触网电压或者A边轨道支路的下行接触网电压或者B边轨道支路上行接触网电压或者B边轨道支路下行接触网电压； 步骤402 :各个变电所判断其A边、B边轨道支路的下行接触网的电流、上行接触网的电流是否大于设定阈值且大于设定阈值的维持时间小于设定的时间间隔； 步骤403 :当变电所判断出其A边轨道支路的下行接触网的电流或A边轨道支路的上行接触网的电流或B边轨道支路的下行接触网的电流或B边轨道支路上行接触网电流中至少一个大于设定阈值且大于设定阈值的维持时间小于设定的时间间隔时，变电所则认为该电流异常；所述变电所为异常的电流及所述异常电流对应的电压数据加上轨道支路接触网馈线标识及采集时间标识后通过无线方式传输给上位机； 步骤404:上位机根据同一轨道支路上同一接触网上两端变电所传来的电流、电压信号计算短路故障发生的位置。
5.根据权利要求4所述的一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距方法，其特征在于，在步骤404中，上位机利用差分方程
6.根据权利要求5所述的一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距方法，其特征在于，在所述步骤401中，各个变电所采用4个电流采样单元分别通过分流器分别采集所述变电所A边轨道支路的下行接触网的电流及上行接触网的电流、B边轨道支路的下行接触网的电流及上行接触网的电流；采用I个电压采样单元采集所述变电所A边轨道支路的下行接触网的电压或者A边轨道支路的上行接触网的电压或者B边轨道支路的下行接触网的电压或者B边轨道支路的上行接触网的电压；再利用5个独立的具有启动控制端的AD转换器对所述4个电流采样单元及所述的电压采样单元输出的信号进行AD转换；5个独立的AD转换器的输出接至FPGA，FPGA还与所述AD转换器的启动控制端、授时单元、无线信号发送单元均有信号连接；授时单元向FPGA输出时间标志信息及秒脉冲，FPGA收到秒脉冲后开始计数，当计数达到预设的采样间隔时同时启动5个AD转换器采样；同时FPGA存储启动AD转换器启动采样时的时间标识。
7.根据权利要求6所述的一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距方法，其特征在于，所述步骤402中，各个变电所中的FPGA判断其所在变电所A边、B边轨道支路的下行接触网的电流、上行接触网的电流是否大于设定阈值且大于设定阈值的维持时间小于设定的时间间隔。
8.根据权利要求7所述的一种地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距方法，其特征在于，所述步骤403中，所述FPGA将大于设定阈值且大于设定阈值的维持时间小于设定的时间间隔的电流及其对应的电压信号加上轨道支路接触网馈线标识及采样时间标识后，通过无线信号发送单元输出给上位机。
全文摘要
本发明公开了地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距装置及方法，涉及电力系统故障测距领域，目的是提供适用于铁路尤其是地铁牵引供电系统直流侧短路故障测距装置及方法。本发明的地铁牵引供电系统短路故障测距装置包括上位机，在两个或两个以上的双边供电牵引变电所分别设置有分流器、4个电流采样单元、1个电压采样单元、AD转换器组、控制处理单元、GPS授时单元、无线信号发送单元；地铁牵引供电系统短路故障测距方法各个变电所同时采集其两边上下行接触网的电流电压，根据电流大小判断是否出现短路故障，并将出现短路故障时的电流电压信号无线传输给上位机，上位机根据接收的电流电压信号进一步计算短路故障所在的位置。
文档编号G01R31/08GK102707190SQ20121000474
公开日2012年10月3日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者于龙, 周文卫, 池代臻, 闫祖顺, 马婷, 马金芳 申请人:成都唐源电气有限责任公司