专利名称：一种电气化铁道at牵引网故障判别与保护方法
技术领域：
本发明涉及一种电气化铁道AT牵引网故障判别与保护方法。
背景技术：
电气化铁路牵引供电系统由牵引变电所和牵引网构成，牵引网由接触网、列车、钢轨(和地)构成。牵引网一般采用结构简单的直接供电方式。为适应高速铁路大功率列车的运行需求，日本、法国和我国的高速铁路牵引网都采用了自耦变压器(AT)供电方式。为进一步增强供电能力，我国还在近10，000km高速铁路上全部采用了上下行在自耦变压器(AT)处并联的供电方式，称为全并联AT供电方式。但是，必须看到，由于AT牵引网所构成的电力网络的复杂性、从牵引母线看进的牵引网电抗-距离特性的非线性、多值性以及既有技术的限制，使得牵引网故障的查找、定位、切除、隔离变得困难和不准，同时，全并联AT牵引网的任何一处故障将导致整条牵引网停运，又大大降低了本来就薄弱的牵引网的可靠性，反而影响、制约高速铁路的良好运行。
发明内容
本发明的目的就是提供一种电气化铁道AT牵引网故障判别与保护方法，该方法能及时、快速、准确地反映牵引网的故障类型和位置，并能迅速切除、隔离和排除故障，缩小事故及影响范围，提高牵引供电的可靠性。本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为:一种电气化铁道AT牵引网故障判别与保护方法，其步骤是:A、测控中心实时同步采集每一自耦变压器ATn处的接触网T对地电压互感器检测出的接触网电压值、负馈线F对地电压互感器检测出的负馈线电压值，其中n为自耦段的序号，n=l，2，3，...，N;当所有的接触网电压值、负馈线电压值均大于等于规定值时，则判定牵引网未发生短路故障，不对牵引网采取保护动作；否则，进行以下步骤的操作；B、测控中心实时同步采集每一自耦段n内接触网T近、远端的电流互感器检测出的接触网T的近、远端电流值ITna、ITnb,实时同步采集每一自耦段n内负馈线F的近、远端的电流互感器检测出的负馈线F的近、远端电流值IFna、IFnb ;根据各个自耦段接触网T的近、远端电流值ITna、ITnb,各个自稱段负馈线F的近、远端电流值IFna、IFnb,测控中心实时判断出各个自耦段n接触网T近、远端和负馈线F近、远端的潮流方向，并将流入方向的潮流符号值标定为1、流出方向的潮流符号值标定为-1、空载的潮流符号值标定为0 ;C、若有自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，但该自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值小于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生接触网T对地短路故障，令该自耦段n'两端的接触网断路器KTn' a、KTn/ b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合失败，则令该自耦段n'近、远端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a、KFn' b—起分闸；同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AT(n' +1)处的接触网电压值与接触网的该端电流值计算出短路电抗，及该自耦段Y的接触网T与钢轨回路的总电抗，再用短路电抗与该总电抗的比值乘以该自耦段η的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或ΑΤ(η' +1)的距离；D、若有自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，但该自耦段Y内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的小于1，则测控中心判定该自耦段Y内发生负馈线F对地短路故障，令该自耦段n'两端的负馈线断路器KFn' a、KFn' b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合失败，则令该自耦段n'近、远端的负馈线断路器KFn' a、KFn' b和接触网断路器KTn' a、KTn' b—起分闸；同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AW +1)处的负馈线电压值与负馈线的该端电流值计算出短路电抗，及该自耦段n'的负馈线F与钢轨回路的总电抗，再用短路电抗与该总电抗的比值乘以该自耦段η的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或ΑΤ(η' +1)的距离；F、若有自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的大于等于I且该自耦段V内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值也大于等于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生接触网T对负馈线F短路故障，或发生接触网T和负馈线F同时对地的短路故障；测控中心令该自耦段η两端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a、KFn' b均分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合失败，则令该自耦段n'近、远端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a、KFn' b再次分闸；同时，同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AW +1)处的接触网电压值、负馈线电压值与与接触网的该端电流值计算出短路电抗计算出短路电抗，及该自耦段n'内接触网T与负馈线F回路的总电抗，再用短路电抗与该总电抗的比值乘以该自耦段n'的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或AW +1)的距离。本发明的工作原理是:通过采集每一自耦段η的自耦变压器ATn处接触网T和负馈线F对地电压值，当有接触网电压值、负馈线电压值小于等于规定值，表明牵引网发生了短路故障，需判定其位置并采取保护动作。此时，测控中心实时同步采集每一自耦(AT)段η内的接触网T近、远两端的接触网电流值、负馈线F近、远两端的电流值，并据以判断出各个自耦段η接触网T近、远端和负馈线F近、远端的潮流方向，并将流入方向的潮流符号值标定为1、流出方向的潮流符号值标定为-1、空载的潮流符号值标定为O ;由于自耦段内接触网或负馈线两端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于I时，表明在该段线路上流入与流出的电流不匹配，有大电流的泄漏，据此确定在该段线路上发生了短路故障，从而确定出发生短路故障所在的自耦段及其故障类型(接触网对地短路、负馈线对地短路、接触网对负馈线短路)，并令相应的断路器分闸和重合闸，如是瞬间短路或干扰所致，则会重合闸成功；重合闸失败，则表明短路故障为永久性故障，测控中心令该自耦段的所有断路器永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；并进而通过短路回路的电抗得出故障点的具体位置。与现有技术相比，本发明的有益效果是:一、本发明引入自耦变压器ATn处接触网T和负馈线F的对地电压值，每一自耦段两端的电流潮流符号值的和值作为判据，可方便、可靠地判断出故障的类型和具体位置，并及时断开故障所在自耦段两端的所有断路器，增强了继电保护的选择性、速动性和可靠性，更有效、准确地切除、隔离、排除故障，避免故障影响的扩大化，保证牵引网中非故障段的继续运行，减少停电范围，进而提高牵引供电的可靠性。另一方面，值班人员通过变电所或调度室的测控中心，可在供电发生故障状态下，及时、准确了解、掌握牵引网中故障的类型和具体位置，指引维修人员准确赴现场维修、排除故障，保证列车迅速恢复正常运行，也减少了供电发生故障的损失。二、本发明可进一步与行车调度信息结合使用，增强牵引网运行方式的可控性和灵活性。三、本发明实施起来投资较少，既可用于新线建设和也适用于旧线改造。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的描述。
图1是本发明实施例的示意图。
具体实施例方式实施例1图1示出，本发明的一种具体实施方式
为:一种电气化铁道AT牵引网故障判别与保护方法，其步骤是:A、测控中心实时同步采集每一自耦变压器ATn处的接触网T对地电压互感器检测出的接触网电压值、负馈线F对地电压互感器检测出的负馈线电压值，其中η为自耦段的序号，η=1，2，3，...，Ν;当所有的接触网电压值、负馈线电压值均大于等于规定值时，则判定牵引网未发生短路故障，不对牵引网采取保护动作；否则，进行以下步骤的操作；B、测控中心实时同步采集每一自耦段η内接触网T近、远端的电流互感器检测出的接触网T的近、远端电流值ITna、ITnb,实时同步采集每一自耦段η内负馈线F的近、远端的电流互感器检测出的负馈线F的近、远端电流值IFna、IFnb ;根据各个自耦段接触网T的近、远端电流值ITna、ITnb,各个自稱段负馈线F的近、远端电流值IFna、IFnb,测控中心实时判断出各个自耦段η接触网T近、远端和负馈线F近、远端的潮流方向，并将流入方向的潮流符号值标定为1、流出方向的潮流符号值标定为-1、空载的潮流符号值标定为O ;C、若有自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，但该自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值小于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生接触网T对地短路故障，令该自耦段n'两端的接触网断路器KTn' a、KTn' b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合失败，则令该自耦段n'近、远端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a、KFn' b—起分闸；同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AT(n' +1)处的接触网电压值与接触网的该端电流值计算出短路电抗，及该自耦段n'的接触网T与钢轨回路的总电抗，再用短路电抗与该总电抗的比值乘以该自耦段n的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或AT(n' +1)的距离。如:图1中，自耦段n' = 2即自耦段2内接触网T近、远端的潮流符号值的和值等于2，自耦段2内负馈线近、远端的潮流符号值的和值为零，其他自耦段n(n = 1，3，4，...，N)的接触网T近、远端以及负馈线F近、远端的潮流符号值的和值均为零。测控中心则判定自耦段2内发生接触网T对地短路故障，令自耦段2近、远两端的接触网断路器KT2a、KT2b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常。重合失败，则令自耦段2近、远两端的接触网断路器KT2a、KT2b和负馈线断路器KF2a、KF2b —起分闸；同时，测控中心对比发现自耦段2接触网T近端的短路电流IT2a大于接触网T远端的的短路电流IT2b，则选择与自耦段2接触网T近端最近的自耦变压器AT2处(即自耦段2的自耦变压器)的接触网电压值与该端的接触网电流值IT2a计算出短路电抗，及自耦段2的接触网T与钢轨回路的总电抗，用短路电抗与总电抗的比值乘以自耦段2的长度得出短路故障点距自耦变压器AT2的距离。又如图1中，若自耦段n' =2即自耦段2内接触网T近端的潮流符号值为1、而远端的潮流符号值为0，其和值的绝对值等于I ;自耦段2内负馈线近、远端的潮流符号值的和值为零，其他自耦段n (n = I，3，4，...，N)的接触网T以及负馈线F近端和远端的潮流符号值的和值均为零；测控中心则判定自耦段2内的接触网T发生对地短路故障。同时，由于自耦段2内接触网T近端的潮流符号值为1、而远端的潮流符号值为0，也即近端有电流流入、远端没有电流流过测控中心可进一步判定:靠近自耦变压器AT2接触网T的近端发生对地短路故障，远端则发生断线故障。测控中心对比发现自耦段2接触网T近端的短路电流IT2a远大于接触网T远端的的断路电流IT2b，则选择与自耦段2接触网T近端最近的自耦变压器AT2处的接触网电压值与该端的接触网电流值IT2a计算出短路电抗，及自耦段2的接触网T与钢轨回路的总电抗，用短路电抗与总电抗的比值乘以自耦段2的长度得出短路故障点距自耦变压器AT2的距离。D、若有自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，但该自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的小于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生负馈线F对地短路故障，令该自耦段n'两端的负馈线断路器KFn' a、KFn' b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合失败，则令该自耦段n'近、远端的负馈线断路器KFn' a、KFn' b和接触网断路器KTn' a、KTn' b—起分闸；同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AW +1)处的负馈线电压值与负馈线的该端电流值计算出短路电抗，及该自耦段n'的负馈线F与钢轨回路的总电抗，再用短路电抗与回路总电抗的比值乘以该自耦段n的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或AT(n' +1)的距离。如:图1中，自耦段n' = 2即自耦段2内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值等于2，自耦段2内接触网T近、远端的潮流符号值的和值为零，其他自耦段n(n= 1，3，4，...，N)的接触网T近、远端以及负馈线近、远端的潮流符号值的和值均为零。测控中心则判定自耦段2内发生负馈线F对地短路故障，令自耦段2近、远两端的负馈线断路器KT2a、KT2b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常。重合失败，则令自耦段2近、远两端的负馈线断路器KF2a、KF2b和接触网断路器KT2a、KT2b —起分闸；同时，测控中心对比发现自耦段2负馈线F近端的短路电流IF2a大于负馈线F远端的的短路电流IF2b，则选择与自耦段2负馈线F近端最近的自耦变压器AT2处的负馈线电压值与负馈线F该端的电流值IF2a计算出短路电抗，及自耦段2的负馈线F与钢轨的回路的总电抗，用短路电抗与总电抗的比值乘以自耦段2的长度得出短路故障点距自耦变压器AT2的距离。F、若有自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的大于等于I且该自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值也大于等于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生接触网T对负馈线F短路故障，或发生接触网T和负馈线F同时对地的短路故障；测控中心令该自耦段n两端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a、KFn' b均分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合失败，则令该自耦段n'近、远端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a、KFn' b再次分闸；同时测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AW +1)处的接触网电压值、负馈线电压值与与接触网的该端电流值计算出短路电抗计算出短路电抗，及该自耦段n'内接触网T与负馈线F的回路总电抗，再用短路电抗与该回路总电抗的比值乘以该自耦段n'的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或AW +1)的距离。如:图1中，若自耦段n' = 3即自耦段3内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的绝对值为2，自耦段3内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值也为2 ;其他自耦段n(n = 1，2，4，...，N)的接触网T近、远端以及负馈线近、远端的潮流符号值的和值均为零。测控中心则判定自耦段3内发生接触网T和负馈线F之间的短路故障，令自耦段3两端的接触网断路器KT3a、KT3b和负馈线断路器KF3a、KF3b均分闸，再重合，重合成功，则恢复正常。重合失败，则令自耦段3近、远端的接触网断路器KT3a、KT3b和负馈线断路器KF3a、KF3b均再次分闸；同时，测控中心对比发现自耦段3接触网T近端的短路电流IT3a(等于负馈线F近端的的短路电流IF3a)大于远端的接触网T的短路电流IT3b (等于负馈线F远端的短路电流IF3b)，则选择与自耦段3接触网T近端最近的自耦变压器AT3 (即自耦段3的自耦变压器)处接触网电压值和负馈线电压值与该端的接触网断路器KT3a中的电流值IT3a计算短路电抗，及自耦段3接触网T与负馈线F回路的总电抗，用短路电抗与总电抗的比值乘以自耦段3的长度得出短路故障点距自耦段3的自耦变压器AT3的距离。显然，本发明中的n'为n的特定具体值，是接触网T(或负馈线F)发生了短路故障的自耦段的序号，如图1中，n' =2或3。本发明的方法还可以对牵引网各个自耦段n中既发生短路也发生断路的复合故障进行判定和定位。对判定为发生短路故障的自耦段n的接触网或负馈线F，如其一端的潮流符号值为0 (即该端没有电流流过)，则可判定接触网T或负馈线F在该端发生断线故障，而在另一端发生短路故障。显然，本例的操作方法和步骤既能适用于图1的单线AT牵引网情形，也能适用于复线AT牵引网末端并联及复线全并联AT牵引网的情形。
权利要求
1.一种电气化铁道AT牵引网故障判别与保护方法，其步是: A、测控中心实时同步采集每一自耦变压器ATn处的接触网T对地电压互感器检测出的接触网电压值、负馈线F对地电压互感器检测出的负馈线电压值，其中n为自耦段的序号，n=1，2，3，...，N ;当所有的接触网电压值、负馈线电压值均大于等于规定值时，则判定牵引网未发生短路故障，不对牵引网采取保护动作；否则，进行以下步骤的操作； B、测控中心实时同步采集每一自耦段n内接触网T近、远端的电流互感器检测出的接触网T的近、远端电流值ITna、ITnb，实时同步采集每一自耦段n内负馈线F的近、远端的电流互感器检测出的负馈线F的近、远端电流值IFna、IFnb ;根据各个自耦段接触网T的近、远端电流值ITna、ITnb，各个自耦段负馈线F的近、远端电流值IFna、IFnb，测控中心实时判断出各个自耦段n接触网T近、远端和负馈线F近、远端的潮流方向，并将流入方向的潮流符号值标定为1、流出方向的潮流符号值标定为-1、空载的潮流符号值标定为O ; C、若有自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，但该自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值小于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生接触网T对地短路故障，令该自耦段n'两端的接触网断路器KTn' a、KTn/ b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常； 重合失败，则令该自耦段n'近、远端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a, KFn/ b—起分闸；同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AT(n' +1)处的接触网电压值与接触网的该端电流值计算出短路电抗，及该自耦段n'的接触网T与钢轨回路的总电抗，再用短路电抗与该总电抗的比值乘以该自耦段n的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或AT (n/ +1)的距离； D、若有自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，但该自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的小于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生负馈线F对地短路故障，令该自耦段n'两端的负馈线断路器KFn' a、KFn' b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常； 重合失败，则令该自耦段n'近、远端的负馈线断路器KFn' a、KFn' b和接触网断路器KTn' a、KTn' b—起分闸；同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AW +1)处的负馈线电压值与负馈线的该端电流值计算出短路电抗，及该自耦段n'的负馈线F与钢轨回路的总电抗，再用短路电抗与该总电抗的比值乘以该自耦段n的长度得出短路故障点距该自耦变压器ATn'或AT (n/ +1)的距离； F、若有自耦段n'内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的大于等于I且该自耦段n'内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值也大于等于1，则测控中心判定该自耦段n'内发生接触网T对负馈线F短路故障，或发生接触网T和负馈线F同时对地的短路故障；测控中心令该自耦段n两端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn' a、KFn' b均分闸，再重合，重合成功，则恢复正常； 重合失败，则令该自耦段n'近、远端的接触网断路器KTn' a、KTn' b和负馈线断路器KFn/ a、KFn' b再次分闸；同时，测控中心选择出该自耦段n'近、远端中短路电流较大的一端，并通过与该端最近的自耦变压器ATn'或AW +1)处的接触网电压值、负馈线电压值与接触网的该端电流值计算出短路电抗计算出短路电抗，及该自耦段V内接触网T与负馈线F回路的总电抗，再用短路电抗与该总电抗的比值乘以该自耦段n'的长度得出短路故障点距该自耦变压 器ATn'或AW +1)的距离。
全文摘要
一种电气化铁道AT牵引网故障判别与保护方法，当网压低于规定值时，将各自耦段中接触网T和负馈线F近、远端的空载潮流符号值标为0，流入的潮流符号值为1，流出的潮流符号值为-1；若有自耦段内接触网T两端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，或者负馈线F两端的故障潮流符号值的和值的绝对值大于等于1，或者接触网T支路和负馈线F支路两端的故障潮流符号值的和值的绝对值均大于等于1；则分别判定该自耦段内发生接触网T对地短路故障、或者负馈线F对地短路故障、或者接触网T对负馈线F短路故障；并断开该自耦段两端的所有断路器；故障位置由该自耦段两端的相应电压和短路电流计算的短路电抗和所对应的自耦段的长度确定。
文档编号G01R31/02GK103151763SQ20121045358
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年9月28日
发明者李群湛, 贺建闽, 黄彦全, 陈民武, 陈维荣, 吴积钦, 李子晗, 李亚楠, 刘炜, 郭锴, 南晓强 申请人:西南交通大学