一种对铁路供电线路故障进行精确定位的方法及装置与流程

1.本发明属于电力系统领域，涉及铁路供电线路的故障精确定位方法，具体涉及一种对铁路供电线路故障进行精确定位的方法及装置。


背景技术：

2.铁路自闭/贯通供电线路沿铁路线进行分布，当供电线路发生接地故障、两相短路及三相短路等故障时需要及时进行故障定位以进行修复。目前常用的故障定位方法有如下几种。
3.(1)二分法。当发生供电故障时，先将供电区间中间的某个开关打开，再从一个配电所送电。如果送电成功说明故障位于另一半供电区间；如果送电不成功说明故障存在于本一半供电区间。但该方法的缺点是需要不断变化开关并进行供电尝试来确定故障位置，效率较低，并且只能锁定故障位置区间，不能准确定位故障点。
4.(2)主站法。该方法在每个开关上安装监测装置，监测流过此开关的故障电流，并把故障电流信息通过通信信道送到监控主站。由主站根据各个开关的电流信息进行综合判断，判断出故障位于哪两个开关之间。但该方法的缺点是只能锁定故障位置区间，不能准确定位故障点。
5.(3)故障监测设备法。通过在供电线路上加装故障监测设备，监测正常供电时的电流方向和发生故障后的电流方向及过电流次数来综合判断故障点位置。但该方法的缺点是定位的故障点位置精度不够高。
6.(4)行波测距法。当供电线路发生故障时，会从故障点产生电压行波和电流行波沿着线路向两端传播。通过捕获线路上行波传播的波形、时间等数据，可以计算出故障点在线路上的位置。申请号为201510280164.9的专利公开了一种高速铁路高压全电缆贯通线的在线故障定位系统和方法。该方法采集发生故障时的工频电压和行波数据确定故障位置。该方法的缺点是获取行波波形时容易受到伪波头的干扰，造成定位误差。


技术实现要素：

7.为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的是一种对铁路供电线路故障进行精确定位的方法及装置，能够根据供电线路发生故障时产生的行波波形传播过程来计算故障点的位置。由于行波在传播过程中会发生衰减和畸变，会对行波波形的准确捕获造成影响。已有的故障定位方法在获取行波波形时容易受到伪波头的干扰，从而造成定位误差。本发明提供的方法和装置希望通过采用先锁定故障区间再捕获行波数据和多点行波数据校正的途径对已有方法进行改进和提高。
8.一种对铁路供电线路故障进行精确定位的方法，具体步骤如下：步骤1：在供电线路上安装n台本发明所提供监测设备，将整个供电线路划分为n+1个区间；步骤2：所有检测设备在运行期间定期进行时钟校准，保证所有设备的时钟处于同
步状态；步骤3：监测设备根据供电线路电流方向是否改变来判断是否发生故障，并在故障发生时，根据电流方向改变情况以及过电流次数可以确定故障点所在的区间；步骤4：发生故障后，所有监测设备立即捕获故障点传播出来的电压行波和电流行波数据；步骤5：由步骤3确定的故障所在区间两端的检测设备将首先捕获行波数据，可依据这两个监测设备捕获的行波数据计算故障点位置；步骤6：对除了上述两个监测设备之外的其他监测设备所捕获的行波数据进行分析，根据分析结果对步骤5计算出的故障点位置进行修正，从而得到精确的故障点位置。
9.本发明提出的供电线路故障定位装置包括但不限于以下组成部分：(1)安装在供电线路上的监测设备；(2)控制监测设备和进行故障定位计算的主控机；(3)监测设备中包括数据采集模块，数据传输模块，时钟同步模块；(4)数据采集模块包括电压采集单元、电流采集单元、行波采集单元；(5)数据传输模块包括有线传输单元和无线传输单元；(6)主控机包括数据接收模块，数据存储模块，设备控制模块，故障定位模块；(7)故障定位模块包括故障区间计算单元，行波数据处理单元，故障位置计算及修正单元。
10.与已有的铁路供电线路行波测距故障定位方法相比较，本发明提出的故障定位方法和装置在以下两个方面有改进和提高(1)本方法首先根据供电线路的电流方向改变情况以及过电流次数来锁定故障所在区间，然后从该区间两端的检测设备捕获故障行波数据。由于行波在传播过程中会发生衰减和畸变，距离故障点越近的捕获设备所获取的行波信号越稳定，对于计算故障点位置越有利。所以先锁定故障区间，再通过故障区间两端设备所捕获的行波数据具有更加优质的波形信息，有利于计算出更高精确度的故障位置。
11.(2)本方法除了根据故障区间两端监测设备捕获行波数据计算故障位置之外，也会对供电线路上的其他监测设备所捕获的故障行波数据进行分析，根据分析结果对上述计算出的故障点位置进行进一步修正。通过多点校正的方式得到更精确的故障点位置。
附图说明
12.图1是一种对铁路供电线路故障进行精确定位的方法流程图图2是某供电线路发生故障时的示意图图3是故障定位装置结构图
具体实施方式
13.下面结合附图和实例对本发明的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.一种对铁路供电线路故障进行精确定位的方法其流程图见附图1具体，步骤如下：步骤1：在供电线路上安装n台本发明所提供监测设备，将整个供电线路划分为n+1个区间，附图2所示为某供电线路发生故障时的示意图。在主供配电所和备供配电所之间，安装 5台监测设备，将该供电线路划分为6个区间。每个区间线路的长度在9
‑
12公里之间。线路采用架空和电缆混合形式，架空长度8公里左右，其余的长度为电缆连接。所有监测在运行期间每分钟通过gps对时芯片进行时钟校准，保证所有设备的时钟处于同步状态。
15.步骤2：所有检测设备在运行期间定期进行时钟校准，保证所有设备的时钟处于同步状态。
16.步骤3：监测设备根据供电线路电流方向是否改变来判断是否发生故障，并在故障发生时，根据电流方向改变情况以及过电流次数可以确定故障点所在的区间。
17.如附图2所示，当供电线路未发生故障正常运行时，假设每个监测设备中监测到的电流方向都是从左向右的(从主供配电所指向备供配电所的方向)。如果在线路区间3发生了线路短路，则监测设备1和监测设备2会检测到一次过电流次数，而监测设备3、监测设备4和监测设备5不会检测到过电流次数。反之，当供电线路未发生故障正常运行时，如果电流方向是从备供配电所指向主供配电所的方向，那么在线路区间3发生了线路短路时，则监测设备1和监测设备2不会检测到过电流次数，而监测设备3、监测设备4和监测设备5 会检测到一次过电流次数。从而可以根据电流方向和过电流次数来锁定故障点的位置位于监测设备2和监测设备3之间，即线路区间3。
18.步骤4：发生故障后，所有监测设备立即捕获故障点传播出来的电压行波和电流行波数据。当供电线路发生故障时，会从故障点产生电压行波和电流行波分别向故障点两侧传播，此时所有监测设备都会捕获从故障点传播出来的电压行波和电流行波数据。
19.步骤5：由步骤3确定的故障所在区间两端的检测设备将首先捕获行波数据，如附图2所示，由于监测设备2和监测设备3距离故障点最近，这两个设备捕获的行波数据是最为准确的，可依据这两个监测设备捕获的行波数据计算故障点位置。
20.步骤6：对除了上述两个监测设备之外的其他监测设备所捕获的行波数据进行分析，根据分析结果对步骤5计算出的故障点位置进行修正，从而得到精确的故障点位置。
21.如附图2所示，定义线路区间3的长度为l，行波到达监测设备2和监测设备3的时间分别为t
a
和t
b
，行波的传播速度为v，则可以通过式(1)计算出故障点相对于监测设备2 的距离x。
22.除了通过监测设备2和监测设备3捕获的行波数据计算出故障点相对于监测设备2的距离，还可以基于其他监测设备捕获的行波根据上述原理计算出故障点相对于监测设备2的距离。对于这些计算得到的距离，可以通过加权平均计算方法或其他的计算模型进行结果修正，得到最终的故障点位置。以加权平均计算方法为例，由于行波在传播过程中会发生衰减和畸变，距离故障点越近的捕获设备所获取的行波信号衰减和畸变越小，特征量越明显。
23.可以将监测设备2和监测设备3计算出的故障点位置设定最高的权值，其他距离故障点越远的设备计算出的位置设定越小的权值，来进行加权平均计算。在本实施例中，将监
测设备2和监测设备3计算出的故障点位置权值设定为80％，将其他监测设备计算出的故障点位置权值设定为20％，对于这些故障点位置数据进行加权计算修正后的故障位置为监测设备2右侧6.624km处。
24.本发明提出的供电线路故障定位装置结构如附图3所示，其包括但不限于以下组成部分：(1)安装在供电线路上的监测设备；(2)控制监测设备和进行故障定位计算的主控机；(3)监测设备中包括数据采集模块，数据传输模块，时钟同步模块；(4)数据采集模块包括电压采集单元、电流采集单元、行波采集单元；(5)数据传输模块包括有线传输单元和无线传输单元；(6)主控机包括数据接收模块，数据存储模块，设备控制模块，故障定位模块；(7)故障定位模块包括故障区间计算单元，行波数据处理单元，故障位置计算及修正单元。