铁路贯通线路电缆运行状态监测方法与流程

本发明属于铁路贯通线路在线监测领域，具体说是一种铁路贯通线路电缆运行状态监测方法

背景技术：

铁路上的贯通线用来直接为铁路各车站电气集中设备及区间自闭信号点提供可靠、不间断电源的电力线路，是铁路电力系统的重要组成部分，其供电可靠性不仅直接影响到铁路机车的安全运行，同时还影响到铁路内部的供电和配电工作，是关乎铁路运输的重要事项。

铁路运输正在向高速度、高密度方向发展，保证供电线路的可靠供电，是保障列车运行安全正点的基本条件。传统的线路监测方式采用人工巡检的方式，其投资巨大，并且在发生故障时，故障不容易查找，排除费时费力，准确性、实时性差，往往给铁路运输带来重大的损失。随着目前铁路线路提速和自动化水平提高，对供电线路的安全性和可靠性提出了更高的要求，如何正确有效地判断、查找、处理电力线路故障，缩短停电时间，及时恢复供电尤为关键。

目前高速铁路贯通电缆在发生永久性接地故障之前，发生的多次在极短时间内由于主绝缘裂化造成的击穿现象，击穿后主绝缘能迅速恢复，使得一般检测装置难以监控。铁路贯通线路电缆运行状态监测方法，是在铁路贯通线电缆运行状态下，在上述电缆瞬时性暂态故障发生时，对贯通线电缆的电压行波以及故障区段电缆的、金属屏蔽层的暂态电流波形进行监测，实现铁路贯通线电缆故障预警，确定故障线路区段以及指示故障点距离。

技术实现要素：

根据以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种针对高速铁路贯通线电缆的瞬时性暂态故障的在线预警方法，对电缆损毁之前的瞬时性暂态故障，实施在线预警，便于供电部门提前或有计划检修，避免因电缆突发故障造成停电，减少因停电所造成的经济损失以及对企业生产和人民生活带来的不利影响，提高供电可靠性的铁路贯通线路电缆运行状态监测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：铁路贯通线路电缆运行状态监测方法，包括高速铁路贯通线路电缆，其特征在于：通过检测高速铁路贯通线路电缆母线PT零序电压暂态信号是否产生，来判断高速铁路贯通线路电缆是否发生瞬时性暂态故障，通过监测和记录高速铁路贯通线路电缆产生的流经金属屏蔽层的电磁暂态信号，对铁路贯通线路电缆进行故障预警，并且指示故障点距离。

所述的监测和记录高速铁路贯通线路电缆产生的流经金属屏蔽层的电磁暂态信号，是指利用若干个高速铁路贯通线路运行状态监测装置的电流传感器对铁路贯通线路本段变电站母线下的每个箱变和/或通号所内电力电缆线路的电缆接地点金属屏蔽层的暂态电流信号进行实时在线采集和记录。

所述的对高速铁路贯通线路电缆进行故障预警，并且指示故障点距离，是指利用电压传感器监测到零序电压信号出现瞬时性扰动，并满足触发条件时，判断为高速铁路贯通线路发生瞬时性暂态故障，提取此时刻每个箱变和/或通号所的金属屏蔽层的暂态电流信号，将该多组信号上传给铁路供电上位机系统平台，铁路供电上位机系统平台利用暂态电流信号的波形进行分析和处理，确定故障区段，并通过暂态电流信号的行波反射信息对故障点进行测距。

高速铁路贯通线路电缆上的信号十分复杂，至少包括控制信号、合闸操作、暂态信号、真接地稳态信号等，为了准确判断是否发生瞬时性暂态故障，对采集到的波形进行分析时，需要对所采集的波形进行辨别，因此辨别条件的设定非常重要。根据高速铁路贯通线电缆实际情况设定，所述的触发条件是指零序电压信号经过波形分析，其波形满足：

1)变化趋势达到经验值；即波形上升角度大于等于经验值。根据需要，经验值可以是30°-80°，经过设置，便于显示，便于肉眼观察区分即可。也可是，所显示波形变化速度或者上升速度，单位时间的取样点，第一个点和第四个点数据差值大于50。

2)工频波形上叠加暂态信号；暂态信号的波形宽度大于等于7/64K。

3)能量的RMS值达到50。也可以根据需要设置为17-100。

或者所述的触发条件是指零序电压信号经过波形分析，脉冲上升速度达到3μs内上升1.465V，并且在7μs内持续大于5.859V。

所述的分析和处理，包括对瞬时电磁暂态信号

(1)进行信号调理和模数转换，并且存储；

(2)利用多组瞬时电磁暂态信号的波形形态和能量值，过滤误动作信号，找到故障区间，确定由哪一个箱变和/或通号所的高速铁路贯通线路电缆发出的故障暂态电流信号；

(3)通过该故障暂态电流信号的行波反射信息对故障点进行测距。

所述的电压传感器采集零序电压暂态信号采样频率为≥500kHz。

所述的电流传感器监测和记录高速铁路贯通线电缆产生的金属屏蔽层的电磁暂态信号采样频率为≥2MHz。

本发明铁路贯通线路电缆运行状态监测方法所具有的有益效果是：与原有电缆运行状态监测方法相比，可针对电缆损毁之前发生瞬时性暂态接地故障实施预警，可过滤火车过车、投合闸等非故障扰动信号，有效减少扰动带来的系统误报，提高报警准确性，减少误报率。具体上：通过在被测铁路贯通线路电缆的母线零序电压信号监测以及金属屏蔽层接地导体暂态电流监测，本方法可以：

1、可以实现铁路贯通线路电缆在线故障预警，并且能明确指示故障点距离；

2、可以监测供电变压器零序电压变化，提高报警准确性，减少故障误报率；

3、不改变电缆运行方式和结构，不占用现有系统资源，安全可靠；

附图说明

图1为本发明的电气原理图；

图2为本发明的高速铁路贯通线路运行状态监测装置的原理方框图；

图3为本发明的零序电压监测装置的原理方框图；

图4为本发明的实测零序电压信号波形图；

图5为本发明的实测暂态电流信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1-3所示，铁路贯通线路电缆运行状态监测方法，包括高速铁路贯通线路电缆、箱变和/或通号所以及变电站，在变电站的高速铁路贯通线路电缆母线PT上设置电压传感器采集零序电压暂态信号，在每个箱变和/或通号所设置电流传感器采集每一段高速铁路贯通线路电缆的流经金属屏蔽层的电磁暂态信号。

电流传感器采集到的电磁暂态信号通过高速铁路贯通线路运行状态监测装置输送到铁路供电上位机系统平台。高速铁路贯通线路运行状态监测装置包括电路联接的信号调理器A、高速A/D转换器、高速比较器、FPGA1、时钟解码A、动态存储器A和处理器A，处理器A通过以太网芯片A连接上位机，即铁路供电上位机系统平台。电流传感器监测和记录高速铁路贯通线电缆产生的金属屏蔽层的电磁暂态信号采样频率为≥2MHz。

电压传感器采集到的零序电压暂态信号通过零序电压监测装置输送到铁路供电上位机系统平台。零序电压监测装置包括电路联接的信号调理器B、低速A/D转换器、FPGA2、时钟解码B、动态存储器B和处理器B，处理器B通过以太网芯片B也连接上位机，即铁路供电上位机系统平台。电压传感器采集零序电压暂态信号采样频率为≥500kHz。

具体方法是：通过检测高速铁路贯通线路电缆母线PT零序电压暂态信号是否产生，来判断高速铁路贯通线路电缆是否发生瞬时性暂态故障，通过监测和记录高速铁路贯通线路电缆产生的流经金属屏蔽层的电磁暂态信号，对铁路贯通线路电缆进行故障预警，并且指示故障点距离。

监测和记录高速铁路贯通线路电缆产生的流经金属屏蔽层的电磁暂态信号，是指利用高速铁路贯通线路运行状态监测装置的电流传感器对铁路贯通线路本段变电站母线下的每个箱变和/或通号所内电力电缆线路的电缆接地点金属屏蔽层的暂态电流信号进行实时在线采集和记录。

对高速铁路贯通线路电缆进行故障预警，并且指示故障点距离，是指利用电压传感器监测到零序电压信号出现瞬时性扰动，并满足触发条件时，判断为铁路贯通线路发生瞬时性暂态故障，提取此时刻每个箱变和/或通号所的金属屏蔽层的暂态电流信号，将该多组信号上传给铁路供电上位机系统平台，铁路供电上位机系统平台利用暂态电流信号的波形进行分析和处理，确定故障区段，并通过暂态电流信号的行波反射信息对故障点进行测距。

根据高速铁路贯通线电缆实际情况设定，触发条件是指零序电压信号经过波形分析，其波形满足：

1)变化趋势达到经验值；即波形上升角度大于等于经验值。根据需要，经验值可以是30°-80°，经过设置，便于显示，便于肉眼观察区分即可。

2)工频波形上叠加暂态信号；暂态信号的波形宽度大于等于7/64K。

3)能量的RMS值达到50。

分析和处理，包括对瞬时电磁暂态信号

(1)进行信号调理和模数转换，并且存储；

(2)利用多组瞬时电磁暂态信号的波形形态和能量值，过滤误动作信号，找到故障区间，确定由哪一个箱变和/或通号所的高速铁路贯通线路电缆发出的故障暂态电流信号；

(3)通过该故障暂态电流信号的行波反射信息对故障点进行测距。

实施例2：

在实施例1的基础上，根据高速铁路贯通线电缆实际情况设定，触发条件是指零序电压信号经过波形分析，其波形满足的变化趋势达到经验值；所显示波形变化速度或者上升速度，单位时间的取样点，第一个点和第四个点数据差值大于50。

实施例3：

以上实施例的基础上，触发条件修改为零序电压信号经过波形分析，脉冲上升速度达到3μs内上升1.465V，并且在7μs内持续大于5.859V。

实验证明：

如图4、图5所示，横轴为时间，纵轴为幅值。零序电压信号波形图4中，在0.001秒内产生向上的凸起，表示零序电压信号出现瞬时性扰动，满足触发条件，判断为铁路贯通线路发生瞬时性暂态故障。

调取此时刻每个箱变和/或通号所的金属屏蔽层的暂态电流信号，将该多组信号上传给铁路供电上位机系统平台，铁路供电上位机系统平台利用暂态电流信号的波形进行分析和处理，确定故障区段，然后通过图5所示的波形，找到反射波，并计算从故障时刻的运行时间，通过波速*时间计算故障点距离为946.05米。