一种单线AT双边供电牵引网故障测距计算方法
文献发布时间:2023-06-19 11:16:08
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域。
背景技术
我国铁路建设举世瞩目,成绩斐然。截至2020年末,全国铁路营业里程达到14.6万公里,其中高速铁路3.8万公里,中西部地区铁路营业里程9万公里。铁路复线率和电化率分别达到60%和73%。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。为了减少设备数量,增加可靠性,节约人力物力,应尽量不在AT段中增加设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种单线AT双边供电牵引网故障测距计算方法,它能有效地解决单线AT双边供电牵引网故障测距的技术问题。
本发明解决其技术问题,所采用的技术方案为:
一种单线AT双边供电牵引网故障测距计算方法,包括单线AT双边供电方式的电气化铁路系统,公共电网变电所Sub,首端牵引变电所S1、尾端牵引变电所S2,三相电源进线L1两端分别连接公共电网变电所Sub和首端牵引变电所S1,三相电源进线L2两端分别连接公共电网变电所Sub和尾端牵引变电所S2;首端牵引变电所S1与尾端牵引变电所S2之间分段设有自耦变压器AT1、自耦变压器AT2、自耦变压器AT3、自耦变压器AT4、自耦变压器AT5,以自耦变压器AT1为首端,自耦变压器AT5为尾端构成四个AT段,四个AT段总长度为D,各AT段长度依次为:自耦变压器AT1与自耦变压器AT2之间的长度为D1,自耦变压器AT2与自耦变压器AT3之间的长度为D2,自耦变压器AT3与自耦变压器AT4之间的长度为D3,自耦变压器AT4与自耦变压器AT5的长度为D4;记第一个AT段的接触线T1、钢轨R1、正馈线F1,第二个AT段的接触线T2、钢轨R2、正馈线F2,第三个AT段的接触线T3、钢轨R3、正馈线F3,第四个AT段的接触线T4、钢轨R4、正馈线F4;自耦变压器AT1从首端牵引变电所S1取电,接触线电压相量为
单线AT双边供电牵引网发生短路故障时,设短路故障位置距离自耦变压器AT1的长度x,通过公式(1)、(2)计算得到初测值x
式中:长度D、x的单位均为km,各种阻抗Z单位均为Ohm/km;各电压相量
由于测距装置DA1和测距装置DA2之间包含多个自耦变压器,测量结果需要用公式(3)进行修正设定:
x=kx
k为变比修正系数,b为坐标平移修正系数,由于在不同AT段发生短路故障,包含的AT段的数量不同会引起变比修正系数k和坐标平移修正系数b的值在每一个AT段也不同;又由于牵引网接触线T、正馈线F的阻抗不同,所以对于发生在接触线T与正馈线F之间的TF短路故障、接触线T与钢轨之间的TR短路故障、正馈线F与钢轨之间的FR短路故障,其变比修正系数k和坐标平移修正系数b的值在每一个AT段也是不同,均需要分别设定。
所述的测量结果需要用公式(3)进行修正设定,公式(3)中的变比修正系数k和坐标平移修正系数b是通过在同一AT段的不同地点做两次同种类型短路试验得到的,具体为:在AT段任意取两个测试点d
所述的测距计算方法适用于单线AT双边供电牵引网中的接触线T与钢轨R之间的TR短路故障,钢轨R与正馈线F之间的RF短路故障,接触线T与正馈线F之间的TF短路故障测距计算。
所述单线AT双边供电牵引网中的一个或多个自耦变压器、或者全部自耦变压器退出运行,该测距方法仍然适用,但需要根据自耦变压器数量变化调整变比修正系数k和坐标平移修正系数b。
本发明的工作原理是:单线AT双边供电牵引网发生短路故障时,设短路故障位置距离自耦变压器AT1的长度为x,可通过公式(1)、(2)计算得到初测值x
由于计算结果包含自耦变压器AT,测量结果需要用公式(3)进行修正。所需的修正系数k和b,可以在同一AT段的不同地点做两次同种类型短路试验得到,具体为:在AT段取任意两个测试点d
本发明方法只在牵引所安装测距装置和互感器,不需要在每一AT段中增设互感器和测距装置,当故障在靠近某一自耦变压器AT时,该测距计算方法可用于单线AT双边供电牵引网TR短路故障,RF短路故障,TF短路故障。在多个AT段构成的单线AT双边供电牵引网,一个或多个自耦变压器AT或全部自耦变压器AT退出运行,该测距方法仍然适用,但需要根据自耦变压器AT数量变化调整变比修正系数k,和坐标平移修正系数b。
与现有技术相比,本发明技术的有益效果是:
一、减少设备数量,增加可靠性,节约人力物力,应尽量不在AT段中增加设备,能通过两次短路试验非常明晰的计算出修正系数。
二、如果结合列车行车信息,也可以对修正系数进行在线计算。
三、当修正系数发生较大变化大于20%,表示该AT段电气特性有异常,予以示警。
附图说明
图1是本发明接触线T与正馈线F之间的TF短路试验示意图。
图2是本发明接触线T与钢轨R之间的TR短路试验示意图。
图3是本发明正馈线F与钢轨R之间的FR短路试验示意图。
具体实施方式
如图1所示,单线AT双边供电方式的电气化铁路系统,
包括单线AT双边供电方式的电气化铁路系统,公共电网变电所Sub,首端牵引变电所S1、尾端牵引变电所S2,三相电源进线L1两端分别连接公共电网变电所Sub和首端牵引变电所S1,三相电源进线L2两端分别连接公共电网变电所Sub和尾端牵引变电所S2;首端牵引变电所S1与尾端牵引变电所S2之间分段设有自耦变压器AT1、自耦变压器AT2、自耦变压器AT3、自耦变压器AT4、自耦变压器AT5,以自耦变压器AT1为首端,自耦变压器AT5为尾端构成四个AT段,四个AT段总长度为D,各AT段长度依次为:自耦变压器AT1与自耦变压器AT2之间的长度为D1,自耦变压器AT2与自耦变压器AT3之间的长度为D2,自耦变压器AT3与自耦变压器AT4之间的长度为D3,自耦变压器AT4与自耦变压器AT5的长度为D4;记第一个AT段的接触线T1、钢轨R1、正馈线F1,第二个AT段的接触线T2、钢轨R2、正馈线F2,第三个AT段的接触线T3、钢轨R3、正馈线F3,第四个AT段的接触线T4、钢轨R4、正馈线F4;自耦变压器AT1从首端牵引变电所S1取电,接触线电压相量为
单线AT双边供电牵引网发生短路故障时,设短路故障位置距离自耦变压器AT1的长度x,通过公式(1)、(2)计算得到初测值x
式中:长度D、x的单位均为km,各种阻抗Z单位均为Ohm/km;各电压相量
由于测距装置DA1和测距装置DA2之间包含多个自耦变压器,测量结果需要用公式(3)进行修正设定:
x=kx
k为变比修正系数,b为坐标平移修正系数,由于在不同AT段发生短路故障,包含的AT段的数量不同会引起变比修正系数k和坐标平移修正系数b的值在每一个AT段也不同;又由于牵引网接触线T、正馈线F的阻抗不同,所以对于发生在接触线T与正馈线F之间的TF短路故障、接触线T与钢轨之间的TR短路故障、正馈线F与钢轨之间的FR短路故障,其变比修正系数k和坐标平移修正系数b的值在每一个AT段也是不同,均需要分别设定。
所述的测量结果需要用公式(3)进行修正设定,公式(3)中的变比修正系数k和坐标平移修正系数b是通过在同一AT段的不同地点做两次同种类型短路试验得到的,具体为:在AT段任意取两个测试点d
仿真计算实例,修正系数计算流程如图3所示:
接触网长度D=60km,每个AT段长度15km
接触线阻抗ZT=0.148534+j*0.586168(Ω/km)
钢轨阻抗ZR=0.083098+j*0.444793(Ω/km)
正馈线阻抗ZF=0.170248+j*0.716382(Ω/km)
接触线钢轨互阻抗ZTR=0.049348+j*0.304063(Ω/km)
接触线正馈线互阻抗ZTF=0.049348+j*0.342784(Ω/km)
正馈线钢轨互阻抗ZFR=0.049348+j*0.291514(Ω/km)
AT短路电压百分比0.5%
计算公式参考电流方向均为流向线路,为了便于直接代入计算,仿真计算时,IT2,IF2,IR2相位均是相对于(UT1相位+180度)。
第2个AT段TR短路故障,即自耦变压器AT2与自耦变压器AT3之间的仿真计算电流电压如表1,3,5所示,测距结果如表2,4,6所示,
表1第2个AT段TR短路故障时牵引所电压电流
表2在第2个AT段TR短路故障测距及修正结果
表3第2个AT段FR短路故障时牵引所电压电流
表4在第2个AT段FR短路故障测距及修正结果
表5第2个AT段TF短路故障时牵引所电压电流
表6在第2个AT段TF短路故障测距及修正结果
根据上表可见,表中实验数据证明本专利方法是可行的。
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