一种电气化铁路贯通供电系统及其故障区段识别方法与流程

本发明属于交流电气化铁路牵引供电技术领域。

背景技术：

单相系统所具有的结构简单、建设成本低、运用和维护方便等优点，决定了在电气化铁路普遍采用单相工频交流电为铁路机车供电。而电力系统希望所有的负载都从电网取用三相对称的基波电流，以充分利用设备，线路的容量，减少无功电流和谐波电流对系统的危害。为满足该要求，电气化铁道采用相序轮换、分段分相供电的方案，在铁路沿线每20-25km作为一个供电区段，各个区段依次分别由电网中的不同相供电，各区段之间设置30m左右的分相区段，并由分相装置进行分相。当各相分别供电的区段上运行的机车负荷相同时，就可使电力系统在大的范围内三相负荷的平衡。

但是，由于各区段的牵引负荷的大小不可能随时相同，分相分段方案只是在一定程度上减轻了三相不平衡的影响，没有从根本上解决铁路负荷单相用电对整个公用电网的影响。电气化铁道由于影响电能质量的问题，被迫修改设计方案，增大投资，处境被动的情况时有发生。

同时,由于电分相装置的存在,当机车运行到一个供电区段末端时,必须经过退级、断电等一系列复杂的操作,滑行到下一个区段再逐项恢复正常运行,这既增加了机车操作的复杂程度,同时又严重制约了机车运行速度的提高和牵引力的发挥。

为此，有专家提出同相供电技术，在牵引变电所中加装同相供电装置，牵引变电所出口左右臂接触网采用同一电压供电，取消牵引所出口的分相。当一条铁路全线采用同相供电时，就实现了贯通同相供电，全线无分相，有利于列车维持高速前进，提高运力。贯通(双边)供电在外部电源薄弱的地方，牵引负荷不是特别大的铁路，比如青藏铁路，贯通(双边)供电可以使供电臂加长，极大节约外部电源和牵引变电所的投资，供电臂加长后，必须要对供电臂进行分段，以便故障后能够快速找到故障区段，进行隔离。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种电气化铁路贯通供电系统及其故障区段识别方法，它能有效地解决在双边供电接触网发生故障，牵引变电所既有保护装置跳闸切除故障的情况下，对故障区段进行识别，隔离故障的技术问题。

本发明的目的采用如下技术方案：

一种电气化铁路贯通供电系统，电气化铁路贯通供电系统包括至少两个牵引变电所以及两个牵引变所辖段内的接触网t、钢轨r，每个牵引变电所均分别与接触网t、钢轨r相连接，两牵引变电所从左至右标记为牵引变电所ss1,牵引变电所ss2；牵引变电所ss1和牵引变电所ss2之间的接触网分成n+1个供电区段，两个供电区段通过分段器隔离，依次标记为区段t1,区段t2,区段t3,…,区段tn,区段tn+1；区段t1与区段t2之间设有的分段器记为gj1,区段t2与区段t3之间设有的分段器记为gj2，…,区段tn与区段tn+1之间设有的分段器记为gjn，n≧2；与所述各分段器之间对应的供电区段中，分别并联电动隔离开关g1,电动隔离开关g2,…,电动隔离开关gn；正常运行时，所述电动隔离开关g1,电动隔离开关g2,…,电动隔离开关gn均闭合，构成贯通供电系统；其特征在于：在所述电动隔离开关g1,电动隔离开关g2,…,电动隔离开关gn回路中，分别串接电流互感器lh1,电流互感器lh2,…,电流互感器lhn；在所述各供电区段的电流互感器lh1,电流互感器lh2,…,电流互感器lhn中，分别接入分段采集装置rtu1,分段采集装置rtu2,…,分段采集装置rtun；它们分别采样各供电区段的二次侧电流，并通过光纤通道与牵引变电所贯通供电系统的接触网故障区段识别装置d1、接触网故障区段识别装置d2进行通信；在各分段器对应的右臂接触网t与钢轨r之间并接电压互感器yh1,电压互感器yh2,…,电压互感器yhn；并将它们接入各自对应的分段采集装置rtu1,分段采集装置rtu2,…,分段采集装置rtun中；接触网故障区段识别装置d1连接牵引变电所ss1的右供电臂馈线断路器dl12的位置信号，接触网故障区段识别装置d2连接牵引变电所ss2的左供电臂馈线断路器dl21的位置信号；各贯通供电系统接触网故障区段识别装置和各分段采集装置均分别通过光纤通道进行信息指令传输。

一种电气化铁路贯通供电系统故障区段识别方法，在贯通供电系统接触网发生故障，牵引变电所ss1或牵引变电所ss2在既有保护装置跳闸切除故障的情况下，贯通供电系统的接触网故障区段识别装置d1或接触网故障区段识别装置d2向各分段的分段采集装置同时发送读取数据命令，并记住发送命令时刻t1；各分段的分段采集装置收到读取数据命令后记住当前时刻t，并将当前时刻t之前一个时间段tm内记录的电压、电流有效值及电流、电压相角差上传给贯通供电系统的接触网故障区段识别装置。贯通供电系统接触网故障区段识别装置d1或接触网故障区段识别装置d2收全各分段的分段采集装置数据后，用电流有效值突增和电压有效值的突降发生时刻后两个周波的电压、电流有效值和相角差判断发生故障的区段：

(1)相角差判断方法:发生故障的区段两端的分段采集装置测得的电流电压相角差符号相反，比如故障发生在区段t2，则区段t2两端的分段采集装置rtu1和分段采集装置rtu2测得的相角差符号相反，分段采集装置rtu12测得的相角差符号与分段采集装置rtu1相同；分段采集装置rtu3、…、分段采集装置rtun、分段采集装置rtu21测得的相角差符号与分段采集装置rtu2相同；

(2)电压有效值判别法：在大多数情况下，发生故障的区段两端的分段采集装置测得的电压有效值为所有测得电压中最小的两个，比如故障发生在区段t2，则区段t2的分段采集装置rtu12测得的电流有效值大于分段采集装置rtu1测得的电压有效值；分段采集装置rtu21测得的电压有效值大于分段采集装置rtun测得的电压有效值,分段采集装置rtun测得的电压有效值大于分段采集装置rtun-1测得的电压有效值,…,分段采集装置rtu3测得的电压有效值大于分段采集装置rtu2测得的电压有效值。

(3)电流有效值判别法：在大多数情况下，发生故障的区段两端分段采集装置测得的电流有效值不一样大，比如故障发生在区段t2，则区段t2的分段采集装置rtu1和分段采集装置rtu2测得的电流有效值不一样大，分段采集装置rtu12测得的电流有效值与分段采集装置rtu1相同；分段采集装置rtu3、…、分段采集装置rtun、分段采集装置rtu21测得的电流有效值与分段采集装置rtu2相同；

(4)上述(1)、(2)、(3)的结果互相验证，如果一样，则可信度高；如果(2)、(3)均不能判出结果，则以(1)的结果为结论。

优选地，所述时间段tm具体为[t-tp,t]秒，其中t为分段采集装置收到接触网故障区段识别装置信号的时刻，tp为供电臂继电保护最长动作时间。

优选地，所述该时刻t1具体为贯通供电系统接触网故障区段识别装置d1或接触网故障区段识别装置d2检测的对应变电所馈线断路器断开时刻，接触网故障区段识别装置d1检测断路器dl12的断开时刻，接触网故障区段识别装置d2检测断路器dl21的断开时刻。进一步优选地，所述的识别双边供电牵引网故障区段方法，其特征在于，所述电压、电流有效值及电流电压相角差具体为各分段采集装置均每隔5ms(1/4周期)计算一次电压电流有效值和相位，电流电压相角差等于所计算的电流相位减去电压相位的差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明采集接触网分段处设置的电流、电压互感器电流进行接触网故障区段识别和故障定位，快速隔故障，避免故障影响的扩大化，进一步提高牵引网供电的可靠性。

二、本发明通过识别电压突降和电流突增位置同步各采集装置数据，简单可靠，操作性强。

三、本发明的方法适用于单线直供或at电气化铁路、复线直供或at电气化铁路。

附图说明

图1是本发明实施例一所述的基本流程示意图。

图2是本发明实施例二所述的系统结构示意图。

具体实施方式

本发明的工作原理是：在双边供电接触网发生故障，牵引变电所既有保护装置跳闸切除故障的情况下，双边供电牵引网故障区段识别装置向各分段采集装置同时发送读取数据命令，并记住发送命令时刻t1；各分段采集装置收到读取数据命令后记住当前时刻t，并将当前时刻到当前时刻t之前一个时间段tm内记录的电压、电流有效值及电流电压相角差上传给双边供电牵引网故障区段识别装置。双边供电牵引网故障区段识别装置收全各分段采集装置数据后，用电流有效值突增和电压有效值的突降发生时刻后两个周波的电压、电流有效值和相角差判断发生故障的区段。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路贯通供电系统故障区段识别方法，在贯通供电系统接触网发生故障，牵引变电所ss1或牵引变电所ss2在既有保护装置跳闸切除故障的情况下，贯通供电系统的接触网故障区段识别装置d1或接触网故障区段识别装置d2向各分段的分段采集装置同时发送读取数据命令，并记住发送命令时刻t1；各分段的分段采集装置收到读取数据命令后记住当前时刻t，并将当前时刻t之前一个时间段tm内记录的电压、电流有效值及电流、电压相角差上传给贯通供电系统的接触网故障区段识别装置。贯通供电系统接触网故障区段识别装置d1或接触网故障区段识别装置d2收全各分段的分段采集装置数据后，用电流有效值突增和电压有效值的突降发生时刻后两个周波的电压、电流有效值和相角差判断发生故障的区段：

(1)相角差判断方法:发生故障的区段两端的分段采集装置测得的电流电压相角差符号相反，比如故障发生在区段t2，则区段t2两端的分段采集装置rtu1和分段采集装置rtu2测得的相角差符号相反，分段采集装置rtu12测得的相角差符号与分段采集装置rtu1相同；分段采集装置rtu3、…、分段采集装置rtun、分段采集装置rtu21测得的相角差符号与分段采集装置rtu2相同；

(2)电压有效值判别法：在大多数情况下，发生故障的区段两端的分段采集装置测得的电压有效值为所有测得电压中最小的两个，比如故障发生在区段t2，则区段t2的分段采集装置rtu12测得的电流有效值大于分段采集装置rtu1测得的电压有效值；分段采集装置rtu21测得的电压有效值大于分段采集装置rtun测得的电压有效值,分段采集装置rtun测得的电压有效值大于分段采集装置rtun-1测得的电压有效值,…,分段采集装置rtu3测得的电压有效值大于分段采集装置rtu2测得的电压有效值。

(3)电流有效值判别法：在大多数情况下，发生故障的区段两端分段采集装置测得的电流有效值不一样大，比如故障发生在区段t2，则区段t2的分段采集装置rtu1和分段采集装置rtu2测得的电流有效值不一样大，分段采集装置rtu12测得的电流有效值与分段采集装置rtu1相同；分段采集装置rtu3、…、分段采集装置rtun、分段采集装置rtu21测得的电流有效值与分段采集装置rtu2相同；

(4)上述(1)、(2)、(3)的结果互相验证，如果一样，则可信度高；如果(2)、(3)均不能判出结果，则以(1)的结果为结论。

在本发明实施例中，所述时间段tm具体为[t-tp,t]秒，其中t为分段采集装置收到故障区段识别装置信号的时刻，tp为供电臂继电保护最长动作时间。所述该时刻t1具体为双边供电牵引网故障区段识别装置检测的对应变电所馈线断路器断开时刻，d1检测断路器dl12的断开时刻，d2检测断路器dl21的断开时刻。

所述电压、电流有效值及电流电压相角差具体为各分段采集装置均每隔5ms(1/4周期)计算一次电压电流有效值和相位，电流电压相角差等于所计算的电流相位减去电压相位的差。

因此，本发明实施例所述的采集接触网分段处设置的电流互感器电流进行接触网故障区段识别，快速隔故障，避免故障影响的扩大化，进一步提高牵引网供电的可靠性。通过识别电流突增和电压突降位置同步各采集装置数据，简单可靠，操作性强。方法适用于单线直供或at电气化铁路、复线直供或at电气化铁路。

实施例二

如图2所示，本发明实施例提供了所述电气化铁路贯通供电系统包括至少两个牵引变电所以及两个牵引变所辖内的接触网t、钢轨r，每个牵引变电所均分别与接触网t、钢轨r相连接，两牵引变电所从左至右标记为牵引变电所ss1,牵引变电所ss2；牵引变电所ss1和牵引变电所ss2之间的接触网分成n+1个供电区段，两个供电区段通过分段器隔离，依次标记为区段t1,区段t2,区段t3,…,区段tn,区段tn+1；区段t1与区段t2之间设有的分段器记为gj1,区段t2与区段t3之间设有的分段器记为gj2，…,区段tn与区段tn+1之间设有的分段器记为gjn，n≧2；与所述各分段器之间对应的供电区段中，分别并联电动隔离开关g1,电动隔离开关g2,…,电动隔离开关gn；正常运行时，所述电动隔离开关g1,电动隔离开关g2,…,电动隔离开关gn均闭合，构成贯通供电系统；其特征在于：在所述电动隔离开关g1,电动隔离开关g2,…,电动隔离开关gn回路中，分别串接电流互感器lh1,电流互感器lh2,…,电流互感器lhn；在所述各供电区段的电流互感器lh1,电流互感器lh2,…,电流互感器lhn中，分别接入分段采集装置rtu1,分段采集装置rtu2,…,分段采集装置rtun；它们分别采样各供电区段的二次侧电流，并通过光纤通道与牵引变电所贯通供电系统的接触网故障区段识别装置d1、接触网故障区段识别装置d2进行通信；在各分段器对应的右臂接触网t与钢轨r之间并接电压互感器yh1,电压互感器yh2,…,电压互感器yhn；并将它们接入各自对应的分段采集装置rtu1,分段采集装置rtu2,…,分段采集装置rtun中；接触网故障区段识别装置d1连接牵引变电所ss1的右供电臂馈线断路器dl12的位置信号，接触网故障区段识别装置d2连接牵引变电所ss2的左供电臂馈线断路器dl21的位置信号；各贯通供电系统接触网故障区段识别装置和各分段采集装置均分别通过光纤通道进行信息指令传输。因此，本发明实施例所述的电气化铁路贯通(双边)供电系统通过采集接触网分段处设置的电流互感器电流进行接触网故障区段识别，快速隔故障，避免故障影响的扩大化，进一步提高牵引网供电的可靠性。通过识别电流突增和电压突降位置同步各采集装置数据，简单可靠，操作性强。方法适用于单线直供或at电气化铁路、复线直供或at电气化铁路。