一种列车地面自动过分相电阻故障检测方法及系统与流程

本发明涉及电阻故障检测的，更具体地，涉及一种列车地面自动过分相电阻故障检测方法及系统。

背景技术：

1、我国电气化铁路采用单相工频交流27.5kv供电制式，即将110kv或220kv电压从电网引入，然后降压为27.5kv并通过接触网输送给列车。然而，电气化铁路单相牵引负荷在三相电力系统侧会产生严重的负序电流，负序电流的增加会影响发电厂发电机正常运行，并且降低电力网的输送能力。

2、为了治理上述问题，目前通常是将相邻牵引变电所换相连接，由于不同供电区段的供电臂相位不同，需要设置分相绝缘器，电分相由此产生，即由于电气化铁路单相供电的特殊性，造成两供电臂之间必然存在一段中性区用于供电臂之间的电气隔离。电分相通常设置于变电所出口处和不同牵引变电所之间的分区处，一般情况下，国内铁路每隔20～30km就会存在一处电分相。

3、目前，主要有车载自动过分相和地面自动过分相两种方案。其中，采用车载自动过分相方案时，列车需要提前分断车载断路器，惰行通过中性段，会造成列车的牵引力丧失及速度损失，特别在一些高坡度(如坡度大于30％)区段，影响尤为严重，由于列车动力丢失明显，车载自动过分相方案不能有效地压缩运行时间。地面自动过分相方案通过安装在地面的装备给中性段供电，利用换相开关跨接两供电臂，在列车运行于中性段时，由地面装置控制换相开关完成供电臂切换，列车不需要任何操作，完全由地面自动过分相装置自动完成，降低了司机工作量和操作疲劳度，避免司机误操作造成列车带电闯过分相，且换相时间短、列车速度损失小，安全可靠性高，可以适用于各类列车实现过分相。

4、列车地面自动过分相系统的电路结构可参见图1，在图1中，采用晶闸管阀作为换相开关，两处供电臂分别为供电臂a和供电臂b，g1、g2、g3均为钢轨上的传感器，用于检测列车是否到达各自对应的所在段，在两处供电臂接触网分相处设置有中性段，中性段与两个供电臂之间分别使用锚段关节jy1、锚段关节jy2(为满足供电、机械方面的分段要求，将接触网分成若干一定长度且相互独立的分段，每一分段叫锚段。两个相邻锚段衔接部分称为锚段关节)进行电气隔离，在锚段关节jy1、锚段关节jy2上分别跨接一个换相开关k1和换相开关k2，中性段的供电由两个换相开关完成切换，换相开关k1、换相开关k2和中性段接入分别串接断路器qf1、qf2、qf3进行保护和隔离，整个控制过程包括：(1)在没有列车经过时，中性段无电，当传感器g1检测列车到达时，控制换相开关k1闭合，由供电臂a为中性段供电；(2)当列车进入中性段到达传感器g2时且整列车进入中性段之后，换相开关k1断开、换相开关k2闭合，由供电臂b给为中性段供电；(3)当列车运行至传感器g3时，列车进入供电臂b供电区域，换相开关k2断开，中性段断电，等待下次列车进入。

5、换相开关采用晶闸管阀，使用寿命长并可满足上述控制过程的可靠性要求。晶闸管阀的导通条件不仅需要正向电压，还需要使得阳极电流达到维持通态所需要的最小阳极电流以上。如图1所示，将电阻r作为空载时换相开关的导通负载，电阻是地面自动过分相的重要组成部件，在列车未进入中性段前，需要通过电阻将晶闸管阀提前导通，使得锚段关节锚段关节jy1或锚段关节jy2的两侧等电位，避免列车进入中性段时由于电位差而产生电弧，因此，作为导通负载的电阻应可靠安全，对电阻的故障检测也显得至关重要。目前，对电阻仅有定值过电流保护，主要依靠在电阻支路引入电流互感器，通过电流互感器采集实时电流，将实时电流与固定设置的保护定值进行比较实现电阻故障检测，但存在两方面的主要问题，包括：1)电阻支路电流与中性区电压有关，而中性区电压波动范围较大(中性区电压随接触网电压波动，允许范围17.5kv至31.5kv)，采用固定设置的保护定值不能在全电压范围内保持高灵敏性。2)过电流保护虽然能检测出电阻短路故障，对于开路故障无法检测，因此，存在检测盲点，严重影响地面自动过分相系统和牵引供电系统的安全。

技术实现思路

1、为解决当前列车地面过分相中电阻故障的检测方式灵敏性低、可靠性差的问题，本发明提出一种列车地面自动过分相电阻故障检测方法，根据地面自动过分相的工作状态，无盲点对电阻故障进行检测，实时判别出电阻是否存在故障及其类型，灵敏性好，可靠性佳；本发明还提出一种列车地面自动过分相电阻故障检测系统，有利于现场操作，进一步保障地面自动过分相的控制和牵引供电系统的安全。

2、本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

3、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

4、一种列车地面自动过分相电阻故障检测方法，所述方法包括以下步骤：

5、s1:将n个相同阻值的子电阻并联，构成一个子电阻单元，将m个子电阻单元依次串联，形成中性段电阻单元，以作为列车地面自动过分相系统的导通负载；

6、s2:采集中性段电阻单元的实时电压和中性段电阻单元上流过的实时电流；

7、s3:判断列车自动过分相系统是否处于工作状态，若是，开启中性段电阻单元故障检测，执行步骤s4；否则，闭锁中性段电阻单元故障检测；

8、s4:利用实时电压和实时电流进行比较计算，根据计算结果，确定电阻是否存在故障及其故障类型。

9、优选地，中性段电阻单元对应的电阻额定值为：

10、

11、其中，rz表示中性段电阻单元对应的电阻额定值，r1表示子电阻单元中每一个子电阻的额定阻值。

12、根据上述技术手段，以多个相同阻值的子电阻并联，构成子电阻单元后再串联，提高了检测的灵敏性和应用的可靠性。

13、优选地，在步骤s2中，利用电压互感器pt与电流互感器ct分别采集中性段电阻单元的实时电压和中性段电阻单元上流过的实时电流。

14、优选地，设地面自动过分相系统网压保护跳闸的下限定值为umin，地面自动过分相系统网压保护跳闸的上限定值为umax，设采集的中性段电阻单元的实时电压为u，若中性段电阻单元的实时电压u满足：

15、umin≤u≤umax

16、则可判定列车自动过分相系统处于工作状态。

17、在上述技术方案中，列车自动过分相系统处于工作状态时，允许故障信号输出，若列车自动过分相系统未处于工作状态，闭锁故障信号输出，列车自动过分相系统处于工作状态的判定，是进行电阻故障检测的前提。

18、优选地，若m个子电阻单元中的某个子电阻单元的任一个电阻发生短路故障，则短路故障后列车地面自动过分相系统换相开关的导通负载的电阻值r′z为：

19、

20、将短路故障后列车地面自动过分相系统换相开关的导通负载的电阻值r′z与中性段电阻单元的电阻额定值rz比较，阻值变化δr1为：

21、δr1小于0，当发生短路故障时，短路故障后列车地面自动过分相系统换相开关的导通负载的电阻值r′z变小，阻值变化的绝对值为

22、若m个子电阻单元中的某个子电阻单元的任一个电阻发生开路故障，则开路故障后列车地面自动过分相系统换相开关的导通负载的电阻值r″z为：

23、

24、将开路故障后列车地面自动过分相系统换相开关的导通负载的电阻值r″z与中性段电阻单元的电阻额定值rz比较，阻值变化δr2为：

25、δr2大于0，当发生开路故障时，开路故障后列车地面自动过分相系统换相开关的导通负载的电阻值r″z变大，且阻值变化的绝对值为

26、优选地，在步骤s4中，利用实时电压和实时电流进行的比较计算为电阻值比较计算，根据计算结果，确定电阻故障类型的过程为：

27、设采集的中性段电阻单元上流过的实时电流为i，根据实时电压和实时电流计算中性段电阻单元的实时电阻值rs，表达式为：

28、

29、将中性段电阻单元的实时电阻值rs与电阻额定值rz进行比较：

30、当rs＜rz，阻值变化(rs-rz)的绝对值≥x*r1/n，x表示灵敏系数，且阻值变化持续时间≥检测延时时间tset时，则中性段电阻单元发生短路故障；

31、当rs＞rz，阻值变化(rs-rz)的绝对值≥x*r1/n(n-1)，x表示灵敏系数，且阻值变化持续时间≥检测延时时间tset时，则中性段电阻单元发生开路故障。

32、根据上述技术手段，通过中性段电阻单元的电压和中性段电阻单元上流过的电流，计算出中性段电阻单元的实时阻值，并与额定阻值进行实时比较，不采用固定设置的保护定值电流，能够在全电压范围内保持高灵敏性，从而判别出电阻故障类型，灵敏性好，可靠性高。

33、优选地，根据地面自动过分相系统中换相开关的状态反馈触点的状态，确定地面自动过分相系统中换相开关的导通情况，从而确定地面自动过分相系统的工作状态。

34、优选地，确定地面自动过分相系统的工作状态后，在步骤s4中，利用实时电压和实时电流进行的比较计算为电流值比较计算，根据计算结果，确定电阻故障类型的过程为：

35、根据实时电压u和中性段电阻单元对应的电阻额定值，计算中性段电阻单元上应流过的电流iu，表达式为：

36、

37、将中性段电阻单元上应流过的电流iu与实时电流i进行比较：

38、当i＜x*iu，x表示灵敏系数，且电流iu持续时间≥检测延时时间tset时，则中性段电阻单元发生开路故障；

39、当i＞x*iu，x表示灵敏系数，且电流iu持续时间≥检测延时时间tset时，则中性段电阻单元发生短路故障。

40、根据上述技术手段，在确定地面自动过分相系统的工作状态后，结合实时电压u和电阻额定值，计算出中性段电阻单元在未发生故障时应流过的电流，然后将该电流与采集的实时电流进行比较，相当于将中性段电阻单元在未发生故障时应流过的电流作为“变化”的电流保护定值，能够在全电压范围内保持高灵敏性，从而判别出电阻故障类型，灵敏性好，可靠性高。

41、优选地，在中性段电阻单元发生短路或开路故障后，列车地面自动过分相系统发出报警信号或动作于断路器进行跳闸。

42、本技术还提出一种列车地面自动过分相电阻故障检测系统，包括：

43、中性段电阻构建单元，用于将n个相同阻值的子电阻并联，构成一个子电阻单元，将m个子电阻单元依次串联，形成中性段电阻单元，以作为列车地面自动过分相系统的导通负载；

44、电压采集单元，用于采集中性段电阻单元的实时电压；

45、电流采集单元，用于采集中性段电阻单元上流过的实时电流；

46、工作状态判断单元，用于判断列车自动过分相系统是否处于工作状态；

47、电阻故障检测单元，在列车自动过分相系统处于工作状态时，利用实时电压和实时电流进行比较计算，根据计算结果，确定电阻故障类型。

48、与现有技术相比，本发明所采用的技术方案的有益效果为：

49、本发明提出一种列车地面自动过分相电阻故障检测方法，首先形成中性段电阻单元，将中性段电阻单元作为列车地面自动过分相系统的导通负载，然后根据地面自动过分相的工作状态，结合中性段电阻单元的实时电压和中性段电阻单元上流过的实时电流，无盲点对电阻故障进行检测，判别出电阻故障类型，灵敏性好，可靠性佳，本发明还提出一种列车地面自动过分相电阻故障检测系统，有利于现场操作，进一步保障地面自动过分相的控制和牵引供电系统的安全。