一种直供牵引网用电列车和高阻故障位置判别算法的制作方法

本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域。

背景技术

我国铁路建设举世瞩目，成绩斐然。截至2017年，我国铁路营业里程达到12.7万km，其中高速铁路运营里程增加到2.5万km。高速铁路一般采用at(autotransformer，自耦变压器)供电方式,但大量普速铁路，货运线路仍然采用dt(直接供电)方式，牵引供电系统的安全、良好运行不能不受到高度重视。

牵引网结构复杂，列车位置的识别虽然十分困难，但却很有意义，可以为牵引网安全运行和智能管理提供技术手段。

另外，牵引网没有备用，且暴露于大自然中，加之弓网高速接触，容易导致各类故障的发生，引起事故，影响正常运行。其中以非金属短路造成的高阻故障尤为突出，往往高阻故障发生时，牵引网电压仍在正常范围，且与牵引负荷(用电列车的负荷)难以区分，现有继电保护不能正常检测和动作，显然，如果高阻故障长期存在，造成的后果将是非常严重的。对高阻故障进行识别，对于运输效率的提高，故障的及时切除，牵引网的及时维修意义重大，以确保铁路的稳定和安全运行。

本发明提出电气化铁路直供牵引网分段用电列车位置和高阻故障位置及其判别方法，解决用电列车位置和高阻故障判别难的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种直供牵引网用电列车和高阻故障位置判别算法，它能有效地解决用电列车运行情况和直供牵引网供电状态的实时监控问题，有效地解决现有继电保护不能正常检测高阻故障并正确动作的技术问题。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设直供牵引网分段中只有一列列车取流，取流位置距离直供牵引网分段首端的长度，用x表示，距离直供牵引网分段末端的长度用d-x表示，则通过列写电路方程可求解得取流位置x，并由公式(1)、(2)计算；取流位置x在[0，d/2)间时，优先选用公式(2)计算结果，取流位置x在[d/2，d]间时，优先选用公式(1)计算结果。

式中：长度d、x的单位均为km，各种阻抗z单位均为ohm/km；各首端电压相量和末端电压相量的单位均为v，各首端电流相量和末端电流相量的单位均为a。

将直供牵引网分段两端电压在大于19kv的正常范围内的取流分为用电列车(牵引负荷)和高阻故障两种类型。若直供牵引网分段两端电压在大于19kv的正常范围内，经公式(1)、(2)计算获得的取流位置x是随时间单增或单减变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若经公式(1)、(2)计算获得的取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。

本发明的工作原理是：

设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设在距离直供牵引网分段首端x或距离直供牵引网分段末端d-xkm处取流，列写电路方程，解出距离直供牵引网分段首端取流位置x，即由公式(1)、(2)所示。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。在直供牵引网分段两端电压在大于19kv的正常范围内，将取流分为用电列车(牵引负荷)和高阻故障两种类型。若经公式(1)、(2)计算的取流位置x是随时间单增或单减变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若经公式(1)、(2)计算的取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，即躲过停站列车自用电的混淆，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。

与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：

一、有效识别用电列车在直供牵引网中的运行位置，上报给变电所综自和电调，有利于实时监测牵引网供电状态，提高牵引网运行与管理的自动化、智能化水平。

二、有效、及时判别高阻故障及其位置，并发出告警或跳闸命令，及时维护，防止高阻事故扩大，有利于安全运行。

三、用电列车和高阻故障位置的标定及其精度不受直供牵引网结构、运行方式等的影响，也考虑了上行t线与下行t线的互感影响。

四、通用性好，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首末端均不并联，用电列车情形示意图。

图2是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首末端均并联，用电列车情形示意图。

图3是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首端并联、末端不并联，用电列车情形示意图。

图4是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首端不并联、末端并联，用电列车情形示意图。

图5是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首末端均不并联，上行tr高阻故障情形示意图。

图6是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首末端均并联，上行tr高阻故障情形示意图。

图7是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首端并联、末端不并联，上行tr高阻故障情形示意图。

图8是本发明实施例的直供牵引网分段上、下行接触线首端不并联、末端并联，上行tr高阻故障情形示意图。

具体实施方式

如图1所示，设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上下行t线首末端均不并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设用电列车在距离直供牵引网分段首端xkm处，设该处上行接触线t1对钢轨r电压相量为取流相量为下行接触线t2对钢轨r电压相量为钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为列写电路方程，求解得用电列车位置：

式中：长度d、x的单位均为km，各种阻抗z单位均为ohm/km；各首端电压相量和末端电压相量的单位均为v，各首端电流相量和末端电流相量的单位均为a。

为了提高列车位置识别精度，列车位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，列车位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。

将识别到的用电列车at段中的运行位置及时上报给变电所综自和电调，并实时监测牵引网供电与状态。

如图2所示，设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上下行t线首末端均并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设用电列车在距离直供牵引网分段首端xkm处，x由公式(1)、(2)计算.为了提高列车位置识别精度，列车位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，列车位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。

如图3所示，设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，直供牵引网分段上下行t线首端并联、末端不并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设用电列车在距离直供牵引网分段首端xkm处，x由公式(1)、(2)计算.为了提高列车位置识别精度，列车位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，列车位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。

如图4所示，设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，直供牵引网分段上下行t线首端不并联、末端并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设用电列车在距离直供牵引网分段首端xkm处，x由公式(1)、(2)计算.为了提高列车位置识别精度，列车位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，列车位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。

如图5所示，设距离直供牵引网分段首端xkm处发生上行接触线t1和钢轨r的tr高阻短路,设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上下行t线首末端均不并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量设故障处上行接触线t1对钢轨r电压相量为取流相量为下行接触线t2对钢轨r电压相量为钢轨左侧的电流相量为钢轨右侧的电流相量为列写电路方程,求解得高阻故障位置计算公式如(1)(2)所示。为了提高定位精度，故障位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，故障位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。如果计算出的位置x随时间单增或单减变化，判为列车运行；如果计算出的位置x不随时间变化，判为高阻故障，计时时间到后发出告警或跳闸命令。

如图6所示，设距离直供牵引网分段首端xkm处发生上行接触线t1和钢轨r的tr高阻短路,设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上下行t线首末端均并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量高阻故障位置计算公式如(1)(2)所示。为了提高定位精度，故障位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，故障位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。如果计算出的位置x随时间单增或单减变化，判为列车运行；如果计算出的位置x不随时间变化，判为高阻故障，计时时间到后发出告警或跳闸命令。

如图7所示，设距离直供牵引网分段首端xkm处发生上行接触线t1和钢轨r的tr高阻短路,设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上下行t线首端并联、末端不并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量高阻故障位置计算公式如(1)(2)所示。为了提高定位精度，故障位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，故障位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。如果计算出的位置x随时间单增或单减变化，判为列车运行；如果计算出的位置x不随时间变化，判为高阻故障，计时时间到后发出告警或跳闸命令。

如图8所示，设距离直供牵引网分段首端xkm处发生上行接触线t1和钢轨r的tr高阻短路,设电气化铁路直供牵引网分段长度为d，上下行t线首端不并联、末端并联，上行接触线t1，下行接触线t2的自阻抗为zt，钢轨r的自阻抗为zr，上行接触线t1与下行接触线t2的互阻抗为ztt；同步测量直供牵引网分段两端电压相量和电流相量，包括上行接触线t1首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量下行接触线t2首端电压相量和首端电流相量末端电压相量和末端电流相量高阻故障位置计算公式如(1)、(2)所示。为了提高定位精度，故障位置在[0,d/2)区间时，优先选用公式(2)计算结果，故障位置在[d/2,d]区间时，优先选用公式(1)计算结果。如果计算出的位置x随时间单增或单减变化，判为列车运行；如果计算出的位置x不随时间变化，判为高阻故障，计时时间到后发出告警或跳闸命令。

将牵引网at段两端电压在大于19kv的正常范围内的取流分为用电列车(牵引负荷)和高阻故障两种类型。若牵引网at段两端电压在正常范围内，经公式(1)、(2)计算的取流位置x是随时间单增或单减变化的，则将取流位置x判别为用电列车位置，上报给变电所综自和电调，若经公式(1)、(2)计算的取流位置x不随时间变化，且不随时间变化的时段超过列车停站时间，则判别为高阻故障，将其位置上报给变电所综自，发出告警或跳闸命令。