一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法，属于电 气化铁道牵引网故障区间定位研究技术领域。
【背景技术】
[0002] 牵引网主要承担铁道沿线的电能传输和电力机车频繁操作所带来的强大的电与 机械的冲击，并且牵引网是露天设置，其工作环境非常恶劣。因此牵引网故障时有发生，故 障频繁且没有备用，严重影响了电气化铁道的安全运行。而牵引网短路接地故障又是最容 易发生的。因此，对牵引网的故障区间定位的研究有利于缩小故障排查范围、降低停电时 间、提高牵引网的供电可靠性。
[0003] 目前对电气化铁道牵引网故障区间定位研究大多是基于阻抗法，该方法易受过度 电阻等外部条件的影响，很容易出现定位不准的情况，与此同时，我国目前已投入运行的电 气化铁道牵引供电系统，主要是通过牵引变压器的不同连接形式来实现三相交流到单相交 流的转换，因此，在牵引变电所出口处要设置电分相、分区所等环节，其内部的结线以及倒 闸操作都将对行波的传播造成一定影响。本文的贯通式同相牵引供电系统采用基于电力电 子技术的三相交流到单相交流的对称全变换，因此其出口处取消电分相环节，通常情况下 各分区所处于闭合状态，多所之间实现贯通同相供电，此系统不存在结线及倒闸操作对行 波的影响，其牵引网线路等同于普通的输电线路；利用发生故障时产生的行波信号进行故 障定位技术已在输电线路上获得成功应用。因此有必要研究具有更高可靠性牵引网故障区 间定位方法。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法，有利 于缩小故障排查范围、降低停电时间、提高牵引网的供电可靠性。
[0005] 本发明的技术方案是：一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方 法是这样实现的：由于贯通式同相牵引供电系统中牵引变电所和电力机车都是通过变压 器连接至牵引网。当牵引网发生故障时，在初始波过程中，因变压器绕组感抗很大，电流不 能突变，故认为变压器呈开路状态，故障电流行波只在牵引网上传播。利用牵引网故障发生 在不同位置处，各牵引变电所出口处的故障电流突变方向的不同，利用小波变换模极大值 极性的方法构造方向判据。对检测到的各牵引变电所出口处的故障初始电流信号利用小波 变换求出小波变换模极大值，比较模极大值极性关系，便可以准确实现贯通式同相牵引供 电系统的故障区间定位。
[0006] 所述贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法的具体步骤如下：
[0007] A、贯通式同相牵引供电系统牵引网上发生故障后，各牵引变电所数据采集装置采 集故障发生后l〇ms时窗内的电流；
[0008] B、求取各牵引变电所出口处的故障电流信号小波变换模极大值；
[0009] C、比较各出口处电流行波信号的模极大值极性；
[0010] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相反，则故障发生 在这两个牵引变电所之间；
[0011] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相同，则故障位置 不在这两个牵引变电所之间。
[0012] 所述步骤A中，数据采集装置采样频率为50kHz。
[0013] 所述步骤B中，故障电流采用二进制小波变换。
[0014] 本发明的原理是：
[0015] 假设信号或函数f(x)的小波函数是Wsf(x)，在尺度s下，在X。的某一邻域S，对一 切x有|Wsf(x) |彡|Wsf(x。）|，则称X。为小波变换的模极大值点，Wsf(x。）为小波变换的模 极大值。
[0016] 小波变换的模极大值点与信号或函数的突变点是一一对应的，其极性表示突变点 的变化方向，其大小表示突变点的变化强度。
[0017] 利用小波变换对各牵引变电所出口处的故障电流波形进行小波变换，比较三个牵 引变电所出口处的故障电流行波小波模极大值的极性关系。假设故障发生在图1中紧邻的 牵引变电所1、2之间，则如图4,图5,图6所示，变电所1、2电流的极性相反，变电所2、3电 流的极性相同。同理可得，若图1中紧邻的牵引变电所2、3出口处故障电流行波的小波变 换模极大值极性相反，则可以判断出故障发生在牵引变电所2、3之间。
[0018] 本发明的有益效果是：
[0019] 本发明利用了牵引网发生故障后各牵引变电所检测到的故障电流行波信号可以 实现贯通式同相牵引供电系统的故障区间定位，并有较强的耐受过渡电阻的能力。
【附图说明】
[0020] 图1为牵引网故障发生在紧邻两牵引变电所之间的原理图；
[0021] 图2为贯通式同相牵引供电系统故障区间定位示意图；
[0022] 图3为利用本发明形成的故障区间定位方法流程图；
[0023] 图4为牵引变电所1故障电流行波信号；
[0024] 图5为牵引变电所2故障电流行波信号；
[0025] 图6为牵引变电所3故障电流行波信号。
[0026] 图1-2中各标号：1_三相交流系统：三相电网，为牵引网供电；
[0027] 2-三相交流一单相交流牵引变电所：电力牵引的专用变电所；
[0028] 3-牵引变电所出口处信息采集装置：采集故障后，线路电流信息的装置；
[0029] 4-分区所：接触网的供电臂分区；
[0030] 5-牵引网：接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线组成的整体；
[0031] 6-机车：牵引网负荷；
[0032]7-回流线：电流回流线路，与牵引网形成回路；
[0033] 8-钢轨
【具体实施方式】
[0034] 实施例1 :如图1-6所示，一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位 方法，所述方法的具体步骤为：
[0035] A、贯通式同相牵引供电系统牵引网上发生故障后，各牵引变电所数据采集装置采 集故障发生后l〇ms时窗内的电流；
[0036] B、求取各牵引变电所出口处的故障电流信号小波变换模极大值；
[0037] C、比较各出口处电流行波信号的模极大值极性；
[0038] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相反，则故障发生 在这两个牵引变电所之间；
[0039] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相同，则故障位置 不在这两个牵引变电所之间。
[0040] 实施例2 :如图1-6所示，一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位 方法，所述方法的具体步骤为：
[0041] A、贯通式同相牵引供电系统牵引网上发生故障后，各牵引变电所数据采集装置采 集故障发生后l〇ms时窗内的电流；
[0042] B、求取各牵引变电所出口处的故障电流信号小波变换模极大值；
[0043] C、比较各出口处电流行波信号的模极大值极性；
[0044] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相反，则故障发生 在这两个牵引变电所之间；
[0045] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相同，则故障位置 不在这两个牵引变电所之间。
[0046] 所述步骤A中，数据采集装置采样频率为50kHz。
[0047] 所述步骤B中，故障电流采用二进制小波变换。
[0048] 实施例3 :如图1-6所示，一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位 方法，所述方法的具体步骤为：
[0049] A、贯通式同相牵引供电系统牵引网上发生故障后，各牵引变电所数据采集装置采 集故障发生后l〇ms时窗内的电流；
[0050] B、求取各牵引变电所出口处的故障电流信号小波变换模极大值；
[0051] C、比较各出口处电流行波信号的模极大值极性；
[0052] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相反，则故障发生 在这两个牵引变电所之间；
[0053] 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相同，则故障位置 不在这两个牵引变电所之间。
[0054] 所述步骤A中，数据采集装置采样频率为50kHz。
[0055] 所述步骤B中，故障电流采用二进制小波变换。
[0056] 接触网发生金属性接地故障及非金属性接地故障两种故障类型发生在距牵引变 电所1 :10km、20km、30km、60km、70km、80km的不同位置的牵引网接地故障仿真结果如表1所 示：
[0057] 表1仿真实验结果
[0058]
[0059] 由表1所示仿真结果可知，金属性和非金属性故障，在不同故障距离下，通过该方 法检测出的故障位置与实际故障位置一致。该贯通式同相牵引供电系统故障区间行波定位 方法准确可靠。
[0060] 上面结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述 实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。
【主权项】
1. 一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法，其特征在于：所述贯 通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法的具体步骤如下： A、 贯通式同相牵引供电系统牵引网上发生故障后，各牵引变电所数据采集装置采集故 障发生后IOms时窗内的电流； B、 求取各牵引变电所出口处的故障电流信号小波变换模极大值； C、 比较各出口处电流行波信号的模极大值极性； 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相反，则故障发生在这 两个牵引变电所之间； 若紧邻的两个牵引变电所出口处的故障电流行波模极大值极性相同，则故障位置不在 这两个牵引变电所之间。2. 根据权利要求1所述的贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法，其 特征在于：所述步骤A中，数据采集装置采样频率为50kHz。3. 根据权利要求1所述的贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法，其 特征在于：所述步骤B中，故障电流采用二进制小波变换。
【专利摘要】本发明涉及一种贯通式同相牵引供电系统牵引网故障区间行波定位方法，属于电气化铁道牵引网故障区间定位研究技术领域。本发明包括步骤：A、贯通式同相牵引供电系统牵引网上发生故障后，各牵引变电所数据采集装置采集故障发生后10ms时窗内的电流；B、求取各牵引变电所出口处的故障电流信号小波变换模极大值；C、比较各出口处电流行波信号的模极大值极性。若紧邻的两个牵引变电所的故障电流行波模极大值极性相反，则故障发生在这两个牵引变电所之间；否则，则故障位置不在这两个牵引变电所之间。本发明所述方法经仿真结果表明该贯通式同相牵引供电系统故障区间行波定位方法准确可靠。
【IPC分类】G01R31/08
【公开号】CN105203917
【申请号】CN201510567841
【发明人】陈仕龙, 黄钰淇, 李兴旺, 毕贵红, 李建平, 王燕武, 罗璐
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月9日