專利名稱：地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)故障測距領(lǐng)域，特別是城市軌道交通供電系統(tǒng)直流側(cè)短路的故障測距。
背景技術(shù)：
鉄路接觸網(wǎng)沿線有許多電動車組高速動態(tài)取流，使得接觸網(wǎng)晝夜不停的處在振動、摩擦、電弧、伸縮的動態(tài)運行狀態(tài)中，接觸網(wǎng)與行走軌之間發(fā)生短路故障的可能性較ー般電カ線路的概率要大得多。地鐵輸電線路發(fā)生故障之后，需要盡快判斷出故障位置，排除故障，及時恢復(fù)地鐵正常供電。
輸電線路故障分為瞬時性故障和永久性故障。瞬時性故障是通過重合閘可以恢復(fù)供電的故障類型，但是故障點往往是薄弱點，這些薄弱點需要盡快找到并加以處理，以免ニ次故障或發(fā)展成永久性故障。永久性故障時，重合閘不成功，電カ系統(tǒng)停止供電，此時必須快速查明故障并加以排除，保障地鐵運輸計劃的正常運行。地鐵牽引供電系統(tǒng)中，在一條地鐵線路上一般分布有10多個牽引變電所及降壓變電所，每個牽引變電所中的整流機組將35Kv或33Kv的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?500V的直流電，整流機組引出4條供電支路分別為地鐵軌道兩邊的上行接觸網(wǎng)、下行接觸網(wǎng)供電。圖I顯示的是兩個變電所之間地鐵牽引供電系統(tǒng)的供電原理圖，每個變電所整流機組引出4條供電支路701、702、703、704，其中變電所I中的支路701為該區(qū)段中的上行接觸網(wǎng)供電，支路702為該區(qū)段中的下行接觸網(wǎng)供電；變電所2中的支路703為該區(qū)段中的上行接觸網(wǎng)供電，704為該區(qū)段中的下行接觸網(wǎng)供電。圖中的F點表示在該處區(qū)段的下行接觸網(wǎng)與下行走行軌發(fā)生短路。地鐵接觸網(wǎng)故障測距裝置，能實現(xiàn)故障點的精確定位，可以減輕地鐵供電維護部門的巡線負(fù)擔(dān)；能夠有效發(fā)現(xiàn)故障造成的安全隱患，采取相應(yīng)措施提高地鐵運輸?shù)目煽啃裕谎杆倥懦收希s短停電時間，減少由于停電造成的損失。地鐵接觸網(wǎng)故障測距不僅有利于及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，保證牽引網(wǎng)正常工作，而且對于地鐵系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟運行都是非常重要的，具有巨大的社會和經(jīng)濟綜合效益。現(xiàn)有技術(shù)中電力系統(tǒng)中常用的故障測距方法主要是阻抗法和行波法。阻抗法根據(jù)故障時測量到的電壓、電流量計算故障距離，假設(shè)線路長度和阻抗成正比，從而求出故障測距裝置到故障點的距離。行波法根據(jù)行波傳輸理論進行故障測距，可以分為單端行波測距和雙端行波測距。單端行波測距吋，當(dāng)輸電線路發(fā)生故障吋，從母線向故障點傳播的行波經(jīng)過一段時間之后，又從故障點反射回來，時間間隔與故障距離成正比，通過檢測這個時間間隔即可以進行故障測距。雙端行波測距算法利用故障點產(chǎn)生的行波第一次到達兩端的時間差實現(xiàn)測距。行波法故障測距理論上不受線路類型、過渡電阻、兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的影響，但是對硬件要求較高，采樣速度快，并對大量數(shù)據(jù)的存儲和分析提出了較高要求。然而電カ系統(tǒng)常用的阻抗法和行波法在地鐵中直接應(yīng)用難度很大，通常阻抗法是利用電氣量的エ頻分量進行故障測距，而地鐵供電系統(tǒng)中使用直流供電；而行波通常以接近光速的速度傳播，行波法測距更適用于高電壓等級、長距離線路的故障測距，但是地鐵供電臂只有數(shù)公里，額定電壓1500V，應(yīng)用行波法沒有意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供適用于鉄路尤其是地鐵牽引供電系統(tǒng)短路故障測距裝置及方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距裝置，包括上位機，在兩個或兩個以上的雙邊供電的牽引變電所分別設(shè)置有分流器、4個電流采樣單元、I個電壓采樣單元、AD轉(zhuǎn)換器組、控制處理單元、授時單元、無線信號發(fā)送單元;
在每個變電所處4個電流采樣單元中有2個電流采樣單元通過分流器分別采集該變電所A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流，另外2個電流采樣單元通過分流 器分別采集該變電所B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流；
所述電壓采樣單元采集該變電所A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電壓或者A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路下行接觸網(wǎng)電壓；
AD轉(zhuǎn)換器組具有5個獨立的AD轉(zhuǎn)換器，且每個AD轉(zhuǎn)換器上具有ー個啟動控制端；所述4個電流采樣單元及I個電壓采樣單元的輸出端分別對應(yīng)連接所述AD轉(zhuǎn)換器組中的5個獨立AD轉(zhuǎn)換器的輸入端；AD轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器組中5個AD轉(zhuǎn)換器的輸出端均與控制處理單元具有信號連接，AD轉(zhuǎn)換器組中5個AD轉(zhuǎn)換器的啟動控制端也均與控制處理單元具有信號連接；控制處理單元與授時單元有信號連接，接收授時單元輸出的時間信息；控制處理單元與無線信號發(fā)送單元具有信號連接，無線信號發(fā)送單元用于接收控制處理單元輸出的電流、電壓信號并無線傳輸給所述上位機；
所述上位機用于接收各個變電所通過無線方式發(fā)送的各條軌道支路的上行接觸網(wǎng)電流、電壓信號或者下行接觸網(wǎng)電流、電壓信號計算短路故障發(fā)生的位置。優(yōu)選地，所述控制處理單元為FPGA，所述FPGA與授時單元連接，接收授時單元輸出的時間標(biāo)志信息及秒脈沖；FPGA具有計數(shù)器與存儲器，秒脈沖用于啟動計數(shù)器計數(shù)，存儲器用于存儲時間標(biāo)志信息。優(yōu)選地，所述上位機數(shù)量至少為1，每臺上位機與至少2個變電所的控制處理單元通信。一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距方法，包括以下步驟
步驟401 :各個變電所定時采集同一時刻時其A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流與B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流；同吋，各個變電所采集A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電壓或者A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路下行接觸網(wǎng)電壓；
步驟402 :各個變電所判斷其A邊、B邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流、上行接觸網(wǎng)的電流是否大于設(shè)定閾值且大于設(shè)定閾值的維持時間小于設(shè)定的時間間隔；
步驟403 :當(dāng)變電所判斷出其A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流或A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)的電流或B邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流或B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電流中至少ー個大于設(shè)定閾值且大于設(shè)定閾值的維持時間小于設(shè)定的時間間隔時，變電所則認(rèn)為該電流異常；所述變電所為異常的電流及所述異常電流對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)加上軌道支路接觸網(wǎng)饋線標(biāo)識及采集時間標(biāo)識后通過無線方式傳輸給上位機；
步驟404:上位機根據(jù)同一軌道支路上同一接觸網(wǎng)上兩端變電所傳來的電流、電壓信號計算短路故障發(fā)生的位置。
權(quán)利要求
1.一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距裝置，其特征在于，包括上位機，在兩個或兩個以上的雙邊供電的牽引變電所分別設(shè)置有分流器、4個電流采樣單元、I個電壓采樣單元、AD轉(zhuǎn)換器組、控制處理單元、授時單元、無線信號發(fā)送單元； 在每個變電所處4個電流采樣單元中有2個電流采樣單元通過分流器分別采集該變電所A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流，另外2個電流采樣單元通過分流器分別采集該變電所B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流；所述電壓采樣單元采集該變電所A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電壓或者A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路下行接觸網(wǎng)電壓； AD轉(zhuǎn)換器組具有5個獨立的AD轉(zhuǎn)換器，且每個AD轉(zhuǎn)換器上具有一個啟動控制端；所述4個電流采樣單元及I個電壓采樣單元的輸出端分別對應(yīng)連接所述AD轉(zhuǎn)換器組中的5個獨立AD轉(zhuǎn)換器的輸入端；AD轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器組中5個AD轉(zhuǎn)換器的輸出端均與控制處理單元具有信號連接，AD轉(zhuǎn)換器組中5個AD轉(zhuǎn)換器的啟動控制端也均與控制處理單元具有信號連接；控制處理單元與授時單元有信號連接，接收授時單元輸出的時間信息；控制處理單元與無線信號發(fā)送單元具有信號連接，無線信號發(fā)送單元用于接收控制處理單元輸出的電流、電壓信號并無線傳輸給所述上位機； 所述上位機用于接收各個變電所通過無線方式發(fā)送的各條軌道支路的上行接觸網(wǎng)電流、電壓信號或者下行接觸網(wǎng)電流、電壓信號計算短路故障發(fā)生的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距裝置，其特征在于，所述控制處理單元為FPGA，所述FPGA與授時單元連接，接收授時單元輸出的時間標(biāo)志信息及秒脈沖；FPGA具有計數(shù)器與存儲器，秒脈沖用于啟動計數(shù)器計數(shù)，存儲器用于存儲時間標(biāo)志信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距裝置，其特征在于，所述上位機數(shù)量至少為1，每臺上位機與至少2個變電所的控制處理單元通信。
4.一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟401 :各個變電所定時采集同一時刻時其A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流與B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電流及下行接觸網(wǎng)電流；同時，各個變電所采集A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)電壓或者A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電壓或者B邊軌道支路下行接觸網(wǎng)電壓； 步驟402 :各個變電所判斷其A邊、B邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流、上行接觸網(wǎng)的電流是否大于設(shè)定閾值且大于設(shè)定閾值的維持時間小于設(shè)定的時間間隔； 步驟403 :當(dāng)變電所判斷出其A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流或A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)的電流或B邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流或B邊軌道支路上行接觸網(wǎng)電流中至少一個大于設(shè)定閾值且大于設(shè)定閾值的維持時間小于設(shè)定的時間間隔時，變電所則認(rèn)為該電流異常；所述變電所為異常的電流及所述異常電流對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)加上軌道支路接觸網(wǎng)饋線標(biāo)識及采集時間標(biāo)識后通過無線方式傳輸給上位機； 步驟404:上位機根據(jù)同一軌道支路上同一接觸網(wǎng)上兩端變電所傳來的電流、電壓信號計算短路故障發(fā)生的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距方法，其特征在于，在步驟404中，上位機利用差分方程
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距方法，其特征在于，在所述步驟401中，各個變電所采用4個電流采樣單元分別通過分流器分別采集所述變電所A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流及上行接觸網(wǎng)的電流、B邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流及上行接觸網(wǎng)的電流；采用I個電壓采樣單元采集所述變電所A邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電壓或者A邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)的電壓或者B邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電壓或者B邊軌道支路的上行接觸網(wǎng)的電壓；再利用5個獨立的具有啟動控制端的AD轉(zhuǎn)換器對所述4個電流采樣單元及所述的電壓采樣單元輸出的信號進行AD轉(zhuǎn)換；5個獨立的AD轉(zhuǎn)換器的輸出接至FPGA，F(xiàn)PGA還與所述AD轉(zhuǎn)換器的啟動控制端、授時單元、無線信號發(fā)送單元均有信號連接；授時單元向FPGA輸出時間標(biāo)志信息及秒脈沖，F(xiàn)PGA收到秒脈沖后開始計數(shù)，當(dāng)計數(shù)達到預(yù)設(shè)的采樣間隔時同時啟動5個AD轉(zhuǎn)換器采樣；同時FPGA存儲啟動AD轉(zhuǎn)換器啟動采樣時的時間標(biāo)識。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距方法，其特征在于，所述步驟402中，各個變電所中的FPGA判斷其所在變電所A邊、B邊軌道支路的下行接觸網(wǎng)的電流、上行接觸網(wǎng)的電流是否大于設(shè)定閾值且大于設(shè)定閾值的維持時間小于設(shè)定的時間間隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距方法，其特征在于，所述步驟403中，所述FPGA將大于設(shè)定閾值且大于設(shè)定閾值的維持時間小于設(shè)定的時間間隔的電流及其對應(yīng)的電壓信號加上軌道支路接觸網(wǎng)饋線標(biāo)識及采樣時間標(biāo)識后，通過無線信號發(fā)送單元輸出給上位機。
全文摘要
本發(fā)明公開了地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距裝置及方法，涉及電力系統(tǒng)故障測距領(lǐng)域，目的是提供適用于鐵路尤其是地鐵牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)短路故障測距裝置及方法。本發(fā)明的地鐵牽引供電系統(tǒng)短路故障測距裝置包括上位機，在兩個或兩個以上的雙邊供電牽引變電所分別設(shè)置有分流器、4個電流采樣單元、1個電壓采樣單元、AD轉(zhuǎn)換器組、控制處理單元、GPS授時單元、無線信號發(fā)送單元；地鐵牽引供電系統(tǒng)短路故障測距方法各個變電所同時采集其兩邊上下行接觸網(wǎng)的電流電壓，根據(jù)電流大小判斷是否出現(xiàn)短路故障，并將出現(xiàn)短路故障時的電流電壓信號無線傳輸給上位機，上位機根據(jù)接收的電流電壓信號進一步計算短路故障所在的位置。
文檔編號G01R31/08GK102707190SQ20121000474
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者于龍, 周文衛(wèi), 池代臻, 閆祖順, 馬婷, 馬金芳 申請人:成都唐源電氣有限責(zé)任公司