单线AT双边供电接触网的故障定位系统及方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种单线AT双边供电接触网的故障定位系统及方法。

背景技术

我国铁路建设举世瞩目，成绩斐然。截至2019年末，我国铁路营业里程达到13.9万km，其中高速铁路运营里程增加到2.9万km，占世界三分之二，稳居世界第一。高速铁路无一例外地采用电力牵引。随着高速铁路里程的增加，牵引供电系统的安全、良好运行不能不受到高度重视。

AT(Auto Transformer，自耦变压器)供电方式具有更长的供电区段、更大的供电能力之优势，能够更好地满足高速铁路行车密度较大、运行速度高、供电容量大的要求，成为了我国高速铁路在现阶段的主流供电方式。

牵引网没有备用，且暴露于大自然中，加之弓网高速接触，容易导致故障的发生，引起断电，影响正常运行。高速电气化铁路AT牵引网结构复杂，故障定位困难，如果不能及时准确发现和排除故障，将延长停电时间，干扰正常运输。因此，AT牵引网故障的精确定位对于铁路的高效、安全运行意义重大，并能够带来巨大的经济和社会效益。

目前，针对AT牵引网的故障定位(测距)方法容易受到线路结构、牵引网的运行方式及供电方式等因素的影响，降低其稳定性和精度。

在我国西部地区，由于地广人稀，电力用户少，新修建的铁路在初期往往是单线电气铁路，为了提供铁路供电能力，降低一次成本投入，采用双边供电是一种较好的选择，在这种情况下，铁路供电区段加长，气候恶劣，地形复杂，故障定位显得尤其重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种单线AT双边供电接触网的故障定位系统及方法，能有效排除单线AT牵引网供电臂加长、双边供电方式以及过渡电阻等因素的影响，解决单线AT双边供电牵引网发生短路故障时精确定位的技术问题。

本发明所采用的技术方案为：

单线AT双边供电接触网的故障定位系统，其特征在于：

所述系统包括牵引网电源和多个自耦变压器；

相邻自耦变压器间通过接触线、钢轨、负馈线连接，构成一个AT段；

牵引网电源通过系统阻抗Z

牵引网电源为单线电气化铁路AT牵引网电源E，自耦变压器为AT1、AT2、AT3、AT4、AT5，每一AT段长8到20km间；

接触线T1、钢轨R1、负馈线F1连接AT1、AT2；接触线T、钢轨R、负馈线F连接AT2、AT3；接触线T3、钢轨R3、负馈线F3连接AT3、AT4；接触线T4、钢轨R4、负馈线F4连接AT4、AT5。

基于所述系统实施的单线AT双边供电接触网故障定位方法，其特征在于：

AT2和AT3间的AT段长度为D，接触线T自阻抗为Z

同步测量该AT段接触线T首端电压U

当AT段接触线T差流大于预先设定的定值，且该AT段负馈线F差流也大于预先设定的定值时，判为TF故障；当AT段接触线T差流大于预先设定的定值，但该AT段负馈线F差流小于预先设定的定值时，判为TR故障；当AT段负馈线F差流大于预先设定的定值，但该AT段接触线T差流小于预先设定的定值时，判为FR故障。

当该AT段发生接触线T和钢轨R的TR短路故障时，设故障位置x为短路故障位置距离AT段首端的长度，D-x短路故障位置为距离AT段末端的长度，则故障位置x和D-x分别由公式(1)和(2)进行计算：

当该AT段发生负馈线F和钢轨R的FR短路故障时，设故障位置x为短路故障位置距离AT段首端的长度，D-x短路故障位置为距离AT段末端的长度，则故障位置x和D-x分别由公式(3)和(4)进行计算：

当该AT段发生接触线T和负馈线F的TF短路故障时，设故障位置x为短路故障位置距离AT段首端的长度，D-x短路故障位置为距离AT段末端的长度，则故障位置x和D-x分别由公式(5)和(6)进行计算：

本发明具有以下优点：

一、利用AT段两端电压、电流进行故障距离计算，适用于金属性短路和非金属性(有较大过渡电阻)短路，且均具有较高的准确性。

二、故障定位及其精度考虑了T线与F线的互感影响。

三、易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例的TR故障测距示意图。

图2是本发明实施例的FR故障测距示意图。

图3是本发明实施例的TF故障测距示意图。

图4是本发明实施例的故障测距流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种单线AT双边供电接触网的故障定位系统及方法，系统包括单线电气化铁路AT牵引网电源E，还包含5个自耦变压器AT1、AT2、AT3、AT4、AT5，相邻编号每两个自耦变压器AT间通过接触线、钢轨、负馈线连接，构成一个AT段，每一AT段长8到20km间，具体为：接触线T1、钢轨R1、负馈线F1连接AT1、AT2；接触线T、钢轨R、负馈线F连接AT2、AT3；接触线T3、钢轨R3、负馈线F3连接AT3、AT4；接触线T4、钢轨R4、负馈线F4连接AT4、AT5。牵引网电源E通过系统阻抗Z

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U

AT段发生负馈线F和钢轨R的FR短路故障时，设故障位置x为短路故障位置距离AT段首端的长度，D-x短路故障位置为距离AT段末端的长度，则故障位置x，D-x分别由公式(3)(4)进行计算。

AT段发生接触线T和负馈线F的TF短路故障时，设故障位置x为短路故障位置距离AT段首端的长度，D-x短路故障位置为距离AT段末端的长度，则故障位置x，D-x分别由公式(5)(6)进行计算。

若AT段内发生短路，故障位置在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)(4)(6)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(1)(3)(5)计算。

本发明的工作原理是：单线AT双边供电电气化铁路牵引网电源为E，AT段的接触线T自阻抗为Z

当AT段接触线T差流大于预先设定的定值，且该AT段负馈线F差流也大于预先设定的定值时，判为TF故障；当AT段接触线T差流大于预先设定的定值，但该AT段负馈线F差流小于预先设定的定值时，判为TR故障；当AT段负馈线F差流大于预先设定的定值，但该AT段接触线T差流小于预先设定的定值时，判为FR故障。

如图1所示，单线AT双边供电电气化铁路牵引网电源为E，AT牵引网AT段长度为D，同步测量AT段接触线T首端电压U

为了提高定位精度，故障位置x在[0,D/2)区间时，优先选用公式(2)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(1)计算。故障测距流程如图4所示。

如图2所示，设距离AT段首端x(距离AT短末端D-x)km处发生FR短路，同步测量AT段接触线T首端电压U

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(4)计算，故障位置在[D/2,D]区间时，优先选用公式(3)计算。

如图3所示，设AT距离段首端x(距离AT短末端D-x)km处发生TF短路，同步测量AT段接触线T首端电压U

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。