一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统及方法与流程

本发明涉及一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统及方法。

背景技术：

电气化铁路AT供电方式就是将若干台变比为2:1的自耦变压器(AT)按一定的间距(通常为10几公里)并联在接触线(T)与正馈线(F)之间，其中点直接接钢轨(R)。该供电方式具有供电臂长、输送功率大、对相邻通信线干扰小等优点。为了进一步减小牵引网单位长度阻抗，提高供电臂末端电压，在每个AT处将复线牵引网的上、下行并联起来，称为全并联AT供电方式。由于自耦变压器的影响，AT供电方式下的测量阻抗与故障点位置之间不再是线性关系，传统的阻抗法测距原理不再适用，而且，传统的测距需占用铁路专用网络(如E1通道)，装置硬件和通讯成本较高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统及方法，无需专用通讯线路，解决了牵引变电所及AT所、分区所无专用通讯线路或专用通讯线路故障时无法进行故障测距的问题，节约了通讯网络建设成本。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统，包括设置在牵引变电所内的测距装置主机，其特征在于，还包括设置在各个AT所和分区所内的测距装置从机，所述测距装置主机和测距装置从机均内置有工业级无线通讯模块并通过无线网络进行通信和数据交换，所述测距装置主机和测距装置从机均通过对时模块进行对时。

优选，所述对时模块是GPS或北斗。

一种基于无线通讯方式的铁路故障测距方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、测距装置主机和测距装置从机接收对时信号对时；

步骤2、测距装置主机和测距装置从机采集本站内的接触网电压、馈线电流并打上时标存入缓存；

步骤3、当线路上发生故障后，测距装置主机记录下故障时刻时标，从缓存中找到时标对应时刻的采集数据，并把时标通过工业级无线通讯模块发给AT所和分区所内的测距装置从机；

步骤4、测距装置从机接收到时标后从缓存中找到本所时标对应时刻的采集数据，通过工业级无线通讯模块发回给测距装置主机；

步骤5、测距装置主机根据牵引所及AT所、分区所的采集数据，使用测距公式计算出故障距离。

优选，对于单线、复线的AT供电方式下接触网或者回流线与铁轨之间的故障，测距公式为：

$X_n=\frac{L_n}{100-Q_n-Q_{n+1}}(\frac{100K_{n+1}{I}_{R,n+1}}{K_n{I}_{R,n}+K_{n+1}{I}_{R,n+1}}-Q_n)$

式中，X_n为故障点到故障点前一个AT所的牵引馈线长度，L_n为故障点所在AT段的长度，I_R,n和I_R,n+1分别为故障点两侧AT中性点的吸上电流，Q_n和Q_n+1为考虑AT漏抗和线路阻抗不均匀时的修正值，K_n和K_n+1分别为故障点两侧的电流分布系数。

优选，对于全并联AT供电方式的故障，测距公式为：

$X_n=\left|\frac{I_{FH2}-I_{TH2}}{I_{FH1}+I_{FH2}-I_{TH1}-I_{TH2}}\right|\·D$

式中，X_n为故障点到故障点前一个AT所的牵引馈线长度，D为故障点所在AT段的长度，I_FH1、I_FH2分别为故障点两侧馈线横联线电流，I_TH1、I_TH2分别为故障点两侧接触网横联线电流。

本发明的有益效果是：上述方案无需专用通讯线路，保证主机获得和从机同一时刻的采样数据用于测距计算。解决了牵引变电所及AT所、分区所无专用通讯线路或专用通讯线路故障时无法进行故障测距的问题，节约了通讯网络建设成本。用RTDS(实时数字仿真仪)对电铁故障测距系统进行了模拟测试，试验结果表明采用无线通讯方式的铁路故障测距方法和测距装置具有很好的同步采样准确性和测距精度，能够满足AT供电方式下的故障测距的要求。

附图说明

图1是本发明一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统的结构示意图；

图2是本发明测距时刻计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种基于无线通讯方式的铁路故障测距系统，如图1所示，包括设置在牵引变电所内的测距装置主机、设置在各个AT所和分区所内的测距装置从机，一般的，系统包括1个牵引变电所、多个AT所和1个分区所。所述测距装置主机和测距装置从机均内置有工业级无线通讯模块并通过无线网络进行通信和数据交换，所述测距装置主机和测距装置从机均通过对时模块进行对时。

常用的对时模块是GPS或北斗，所有的测距装置都接收GPS或北斗对时信号，图1中，测距装置主机和测距装置从机均通过GSM天线与移动运营商网络进行通讯。

对应的，一种基于无线通讯方式的铁路故障测距方法，包括如下步骤：

步骤1、测距装置主机和测距装置从机接收对时信号对时，铁路沿线的测距装置都接收对时模块信号对时，对时误差小于1毫秒；

步骤2、测距装置主机和测距装置从机采集本站内的接触网电压、馈线电流作为故障测距的电气量并打上时标存入缓存；

测距装置采用带时标的缓存记录历史时刻数据，能够保证在通讯延时较大的情况下，算法所使用的牵引所及AT所的采样数据都是同一时刻的。

步骤3、当线路上发生故障后，测距装置主机记录下故障时刻时标，从缓存中找到时标对应时刻的采集数据，并把时标通过工业级无线通讯模块发给AT所和分区所内的测距装置从机。

装置内置工业级无线通讯模块，应用其成熟的标准接口，只要有移动运营商信号的场合即可进行通讯，不依赖铁路E1等专用网络即可完成测距功能。当接触网、正馈线以及铁轨之间发生短路故障时，测距装置整组启动，其它继电保护设备动作跳闸切除故障，供电臂的电流消失。

步骤4、测距装置从机接收到时标后从缓存中找到本所时标对应时刻的采集数据，通过工业级无线通讯模块发回给测距装置主机；

步骤5、测距装置主机根据牵引所及AT所、分区所的采集数据，使用测距公式计算出故障距离。

对于单线、复线的AT供电方式下接触网或者回流线与铁轨之间的故障，测距公式为：

$X_n=\frac{L_n}{100-Q_n-Q_{n+1}}(\frac{100K_{n+1}{I}_{R,n+1}}{K_n{I}_{R,n}+K_{n+1}{I}_{R,n+1}}-Q_n)$

式中，X_n为故障点到故障点前一个AT所的牵引馈线长度，L_n为故障点所在AT段的长度，I_R,n和I_R,n+1分别为故障点两侧AT中性点的吸上电流，Q_n和Q_n+1为考虑AT漏抗和线路阻抗不均匀时的修正值，可通过现场实验获得或者根据经验整定，K_n和K_n+1分别为故障点两侧的电流分布系数。由于AT中性点吸上电流比原理只关注故障点两侧AT中性点的吸上电流，因此该原理可以适用于单线或复线AT供电方式接触网或回流线对铁轨短路的故障测距。

对于全并联AT供电方式(如图1所示)的故障，其对应的测距公式为：

$X_n=\left|\frac{I_{FH2}-I_{TH2}}{I_{FH1}+I_{FH2}-I_{TH1}-I_{TH2}}\right|\·D$

式中，X_n为故障点到故障点前一个AT所的牵引馈线长度，D为故障点所在AT段的长度，I_FH1、I_FH2分别为故障点两侧馈线横联线电流，I_TH1、I_TH2分别为故障点两侧接触网横联线电流。由于横联线电流比原理只关注故障点两侧横联线电流，不受AT漏抗、过渡电阻、线路互感等因素的影响，具有很高的测距精度，因此该原理可以适用于全并联AT供电方式的任何故障类型的故障测距。

优选，当测距装置主机计算牵引馈线电流低于设置的门槛时，则判断为电流消失时刻，取电流消失前40ms的时刻作为故障时刻。比如，牵引馈线发生故障后，继电保护设备动作跳闸切除故障，供电臂的电流消失，取电流消失前40ms的时刻作为测距数据读取时刻，比如此时刻为2016年1月9日12时30分15秒500毫秒，则测距装置主机将时标2016-01-09 10:30:15:500发给所有测距装置从机，测距装置从机收到数据以后，在缓存中搜索时标为2016-01-09 10:30:15:500时刻的采样数据发送给测距装置主机，测距装置主机收到所有测距装置从机的数据后按大小排序，取电流最大值与次大值用于测距计算。

牵引变电所测距装置采用自启动或外部启动方式，无需专用通讯线路，保证主机获得和从机同一时刻的采样数据用于测距计算。解决了牵引变电所及AT所、分区所无专用通讯线路或专用通讯线路故障时无法进行故障测距的问题，节约了通讯网络建设成本。用RTDS(实时数字仿真仪)对电铁故障测距系统进行了模拟测试，试验结果表明采用无线通讯方式的铁路故障测距方法和测距装置具有很好的同步采样准确性和测距精度，能够满足AT供电方式下的故障测距的要求。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。