本發明涉及軌道交通故障檢測領域，具體涉及一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法及系統。

背景技術：

軌道交通直流牽引供電系統發生短路故障后，需要快速查找出故障點，以便盡快恢復運行。目前國內、外均無針對直流軌道交通供電線路故障測距的方法和產品。發生故障后，只能人工查找，使得故障恢復時間很長，還耗費了大量的人力。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法及系統，能快速找出短路故障發生點，對軌道交通安全、經濟運營具有重要意義。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法，包括以下步驟，

s1，檢測直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障；

s2，在直流軌道交通供電線路發生永久性短路故障且車輛沒有降弓時，對直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離。

本發明的有益效果是：在本發明一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法中，檢測直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障是自動啟動檢測的，若檢測到發生永久性短路故障，此時的車輛沒有降弓(運行中)，可以自動啟動直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離，避免現有技術中需要車輛停止依靠大量人力物力查找短路故障的弊端；本發明能快速找出短路故障發生點，對軌道交通安全、經濟運營具有重要意義。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，若直流軌道交通供電線路發生永久性短路后的過度電阻非零，還包括，

s3，使發生永久性短路故障的直流軌道交通供電線路上的所有車輛降弓，并對直流軌道交通供電線路的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離，以及判斷出短路故障點的具體位置。

采用上述進一步方案的有益效果是：s2中短路故障測距時，線路上的車輛沒有降弓，因此，車輛負荷可能會對測距結果有一些影響，如果為金屬性短路故障，過渡電阻(相當于短路情況等效為金屬材料造成的，其等效電阻rf大小為零)為零，則s2中短路測距結果是相對準確的，如果短路過渡電阻非零，則第一次測距結果會有誤差，因此，需要在車輛降弓后(車輛停止)再啟動一次短路故障測距，可以相對精確的測量出采樣點與短路故障點之間的距離，更重要的是還可以判斷出短路故障點的具體位置。

進一步，對直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距的過程具體為，

s01，對直流軌道交通供電線路上的采樣點持續一預設時間施加一恒定電流，并在每一時刻采集采樣點處的電壓值和電流值；

s02，根據采樣點在同一時刻采集到的電壓值和電流值計算出直流軌道交通供電線路上的分段電阻，并結合鋼軌或者接觸網的電阻特性計算出采樣點與短路故障點之間的初始長度；

s03，對計算出的每一時刻的采樣點與短路故障點之間的初始長度采用最小二乘法處理得出采樣點與短路故障點之間的精確距離。

采用上述進一步方案的有益效果是：本發明通過向直流軌道交通供電線路持續一預設時間施加一恒定電流，由于每一個時刻的采樣點都能得到一個定位結果，故可使用最小二乘法可求出故障距離的精確解，其測距方法簡單，測距結果精確。

進一步，s3中判斷出短路故障點的具體位置包括，

若短路故障點兩側的采樣點采集的電流之和為零，則短路故障發生在車輛上，否則發生在接觸網上。

采用上述進一步方案的有益效果是：在車輛降弓后進行短路故障測距，可以判斷出短路故障是發生在車上的還是在接觸網上的，并可排除車輛負荷帶來的誤差影響。

進一步，s1具體為，連續多次檢測直流軌道交通供電線路的殘余電阻，根據每次檢測到的殘余電阻判斷直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障。

進一步，若每次檢測到的殘余電阻值均小于預設的殘余電阻值時，則直流軌道交通供電線路發生了永久性短路故障，否則直流軌道交通供電線路沒有發生永久性短路故障。

基于上述一種流軌道交通供電線路短路故障的測距方法，本發明還提供一種流軌道交通供電線路短路故障的測距系統。

一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距系統，包括永久性短路故障檢測模塊和短路故障測距模塊，

所述永久性短路故障檢測模塊用于檢測直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障；

所述短路故障測距模塊用于在直流軌道交通供電線路發生永久性短路故障且車輛沒有降弓時，對直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離。

本發明的有益效果是：在本發明一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距系統中，永久性短路故障檢測模塊檢測直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障是自動啟動檢測的，若檢測到發生永久性短路故障，此時的車輛沒有降弓(運行中)，可以自動啟動短路故障測距模塊進行直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離，避免現有技術中需要車輛停止依靠大量人力物力查找短路故障的弊端；本發明能快速找出短路故障發生點，對軌道交通安全、經濟運營具有重要意義。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述短路故障測距模塊還用于在直流軌道交通供電線路發生永久性短路故障且車輛降弓時，對直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離。

采用上述進一步方案的有益效果是：短路故障測距模塊在線路上的車輛沒有降弓進行測距，車輛負荷可能會對測距結果有一些影響，如果為金屬性短路故障，過渡電阻(相當于短路情況等效為金屬材料造成的，其等效電阻rf大小為零)為零，測距結果是相對準確的，如果短路過渡電阻非零，則第一次測距結果會有誤差，因此，需要在車輛降弓后(車輛停止)啟動短路故障測距模塊再進行一次短路故障測距，可以相對精確的測量出采樣點與短路故障點之間的距離，更重要的是還可以判斷出短路故障點的具體位置。

附圖說明

圖1為本發明一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法的流程圖；

圖2為本發明一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法中短路故障測距的原理圖；

圖3為本發明一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距系統的部分狀態圖；

圖4為本發明一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距系統中測量饋線電壓和線路電阻的等效轉換電路圖；

圖5為圖4中kc接通后的等效電路圖；

圖6為直流軌道交通供電線路等效電路圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。

如圖1所示，一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法，包括以下步驟，

s1，檢測直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障；其中，利用饋線保護裝置的自動啟動檢測功能進行永久性短路故障檢測：在發生故障后，直流饋線斷路器跳閘，然后饋線保護裝置會自動啟動線路測試；若確認發生了永久性短路故障，需要計算出短路故障距離，以便查找故障點，因此再自動啟動短路故障測距步驟s2，測算短路故障的距離。

s2，在直流軌道交通供電線路發生永久性短路故障且車輛沒有降弓時，對直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離。(車輛運行中第一次自動短路故障測距)

若直流軌道交通供電線路發生永久性短路后的過度電阻非零，還需要再次進行短路故障測距的步驟，其具體為步驟s3，

s3，使發生永久性短路故障的直流軌道交通供電線路上的所有車輛降弓，并對直流軌道交通供電線路的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離，以及判斷出短路故障點的具體位置。(車輛停止后第二次手動短路故障測距)

在本具體實施例中：饋線保護裝置進行永久性短路故障檢測的具體過程為，連續多次檢測直流軌道交通供電線路的殘余電阻，根據每次檢測到的殘余電阻判斷直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障。如果線路測試連續若干次(次數根據定值確定)檢測后，每次都不合格(不合格是指線路殘余電阻大于2.5ω)，則饋線保護裝置會閉鎖合閘功能；此時，可以確認發生了永久性短路故障；也就是說，判斷直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障的依據為，若每次檢測到的殘余電阻值均小于預設的殘余電阻值時，則直流軌道交通供電線路發生了永久性短路故障，否則直流軌道交通供電線路沒有發生永久性短路故障，在本具體實施例中，預設的殘余電阻值為2.5ω。另外需要補充說明的是：饋線柜具有一個單獨的線路測試回路--饋線保護裝置，其功能就是通過接入大電阻，將母線側與負極形成回路，從而根據回路中的電流，測算軌道對負極的絕緣電阻(也稱殘余電阻)，如果小于某一個臨界值(2.5ω)，則認為軌道與負極存在短路現象，線路測試通不過；反之則通過。

在本具體實施例中，s2中進行第一次短路故障測距的過程具體為，如圖2所示：

s01，對直流軌道交通供電線路上的采樣點持續一預設時間施加一恒定電流，并在每一時刻采集采樣點處的電壓值和電流值；其中，預設時間為3s，恒定電流為30a；

s02，根據采樣點在同一時刻采集到的電壓值和電流值計算出直流軌道交通供電線路上的分段電阻，并結合鋼軌或者接觸網的電阻特性計算出采樣點與短路故障點之間的初始長度；其中，由于采樣點在每一個時刻都能采集到一個電壓值和一個電流值，因此通過位于短路故障點兩端的采樣點采集的數據可以計算出每一時刻直流軌道交通供電線路上分段電阻的大小，(測距時，會預先在直流軌道交通供電線路上分布多個采樣點，若某一點發生短路故障，那么通過位于這個點兩端的采樣點采集的數據可以計算出分段電阻)然后根據鋼軌或者接觸網的電阻特性，分段電阻除以電阻特性，就可以得出兩個采樣點分別與短路故障點之間的距離。

s03，對計算出的每一時刻的采樣點與短路故障點之間的初始長度采用最小二乘法處理得出采樣點與短路故障點之間的精確距離。

在本具體實施例中，s3中進行短路故障測距的過程與s2中進行短路故障測距的過程相同，且s3中判斷出短路故障點的具體位置包括短路故障點發生在車輛上和短路故障點發生在接觸網上，判斷短路故障點的具體位置的依據為，若短路故障點兩側的采樣點采集的電流之和為零，則短路故障發生在車輛上，否則發生在接觸網上。在進行第一次短路故障測距時，直流軌道交通供電線路上的車輛沒有降弓，因此，車輛負荷可能會對測距結果有一些影響。如果為金屬性短路故障，過渡電阻(相當于短路情況等效為金屬材料造成的，其等效電阻rf大小為零)為零，則第一次短路故障測距結果是相對準確的；如果短路過渡電阻非零，則第一次短路故障測距結果會有誤差。因此，需要在車輛降弓后(車輛停止)手動啟動第二次測距。在進行第二次短路故障測距之前調度下令讓故障線路上的所有車輛降弓，然后進行短路故障測距步驟，則可排除車輛的影響。更重要的是，如果故障發生在車輛上，則第二次故障測距時，直流軌道交通供電線路空載，兩端電流之和為零，阻抗無窮大；而如果故障發生在接觸網上，則可更為精確地測出故障距離。因此，第二次短路故障測距，可以判斷故障點是在車上還是在接觸網上，并可相對精確地測出故障距離。

本發明中，在車輛運行的過程中就可以自動進行第一故短路障測距，可以得出短路故障點的距離。為了判斷短路故障點是發生在車輛上還是發生在接觸網上，且為了排除車輛負荷影像帶來的誤差，在車輛停止后手動進行第二次短路故障測距。采用本發明的方法可以快速、精確的找到短路故障點對軌道交通安全、經濟運營具有重要意義。

基于上述一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距方法，本發明還提供一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距系統。

一種直流軌道交通供電線路短路故障的測距系統，包括永久性短路故障檢測模塊和短路故障測距模塊，

所述永久性短路故障檢測模塊用于檢測直流軌道交通供電線路是否發生永久性短路故障；

所述短路故障測距模塊用于在直流軌道交通供電線路發生永久性短路故障且車輛沒有降弓時，對直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離。

在本具體實施例中，永久性短路故障檢測模塊具體為饋線保護裝置，饋線保護裝置的自動啟動檢測功能進行永久性短路故障檢測：在發生故障后，直流饋線斷路器跳閘，然后饋線保護裝置會自動啟動線路測試；若確認發生了永久性短路故障，需要計算出短路故障距離，以便查找故障點，因此需要自動啟動短路故障測距模塊，測算短路故障的距離。

短路故障測距模塊在直流軌道交通供電線路上設置的狀體如圖3所示，直流軌道交通供電線路兩端的牽引變電所上均設置有短路故障測距模塊，通過短路故障測距模塊向直流軌道交通供電線路施加恒定電流30a、持續時間3s。

短路故障測距模塊向直流軌道交通供電線路施加恒定電流進行測試時，測量饋線電壓同時在線路故障時測量線路電阻的等效轉換電路如圖4所示：其中，fua和fub是兩個熔斷器，用于對回路進行保護；kc是接觸器，其有兩個觸點，平時不合閘，當發生短路故障時，自動閉合，接通回路進行故障采樣；電阻r1用于未啟動故障測距時，對電阻r2和電阻rq進行保護；電阻rre為流軌道交通供電線路上的線路電阻，此處畫虛線是表示這個線路電阻存在但數值不確定，通過該電路測得相應電壓后，可計算出此電阻；具體的：當線路出現故障時，接觸器kc吸合(接觸器kc吸合后的等效電路如圖5所示)，母線側電壓通過大阻值電阻r2和小可調節電阻rq，電流降為毫安級別，然后在rq兩端的電阻為毫伏級別取樣(也就是前面所述的在采樣點采集的電壓和電流)給轉換器bu，轉換器bu再給出標準的成比例的信號給控制儀，根據內部的比例換算值，控制儀得出此時故障線路上的電阻rre(也稱分段電阻)，然后根據鋼軌或者接觸網的電阻特性，分段電阻除于電阻特性，得出短路故障點與接收電壓信號基點之間的長度；圖6為直流軌道交通供電線路的等效電路圖，由于每一個時刻的采樣點都能得到一個定位結果(此定位結果就是短路故障點與接收電壓信號基點之間的長度)，通過圖6所示的直流軌道交通供電線路的等效電路圖，使用最小二乘法可計算出故障距離的精確解，其中結合圖6計算出故障距離的精確解的計算公式為：

在本具體實施例中，短路故障測距模塊在進行第一次自動短路故障測距時，直流軌道交通供電線路上的車輛沒有降弓，因此，車輛負荷可能會對測距結果有一些影響。如果為金屬性短路故障，過渡電阻(相當于短路情況等效為金屬材料造成的，其等效電阻rf大小為零)為零，則第一次測距結果是相對準確的；如果短路過渡電阻非零，則第一次測距結果會有誤差。因此，需要在機車降弓后手動啟動第二次測距。所以，所述短路故障測距模塊還用于在直流軌道交通供電線路發生永久性短路故障且車輛降弓時，對直流軌道交通供電線路上的采樣點進行短路故障測距，得出采樣點與短路故障點之間的距離。在短路故障測距模塊進行第二次測距時，調度下令讓故障線路上的所有車輛降弓，然后手動啟動短路故障測距模塊的故障測距功能，則可排除車輛的影響。更重要的是，如果故障發生在車上，則第二次測距時，線路空載，兩端電流之和為零，阻抗無窮大；而如果故障發生在接觸網上，則可更為精確地測出故障距離。因此，第二次故障測距，可以判斷故障點是在車上還是在接觸網上，并可相對精確地測出故障距離。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。