一種高鐵線路故障測距方法及故障測距系統與流程

2024-02-05 23:49:15

本發明涉及高鐵故障測量技術領域，具體涉及一種高鐵線路故障測距方法及故障測距系統。

背景技術：

高速鐵路是指具有高加速和高減速性能，時速在2000km以上的鐵路。在高速鐵路下，列車運行速度高、行車密度大，要求列車牽引功率大，供電分區儘量少、可靠性高。牽引供電系統作為一種故障多發性的特殊電力系統，其故障測距一直受到人們的高度重視。

現有技術中通過使用故障定位裝置測量故障點位置，對應全並聯電力牽引自耦變壓器AT供電模式，採用吸上電流比法來對數據進行計算。發生T-R或F-R故障時，變電所、電力牽引自耦變壓器AT所、分區所均會產生吸上電流。在第一電力牽引自耦變壓器AT區段，變電所與電力牽引自耦變壓器AT所的吸上電流比與故障點位置一一對應；在第二電力牽引自耦變壓器AT區段，電力牽引自耦變壓器AT所與分區所的吸上電流比與故障點位置一一對應。依照對應關係，可測定出故障位置。

由於牽引網線路複雜、線路故障較多，排查故障的主要依據就是採用故障測距裝置進行故障定位信息，故障定位裝置採用的「電力牽引自耦變壓器AT中性點吸上電流比原理」公式計算故障位置，該公式中的Qn、Qn+1為與電力牽引自耦變壓器AT之間的距離、鋼軌漏導、電力牽引自耦變壓器AT漏抗、饋線長短、鋼軌聯接導電情況等因素有關的修正係數，一般通過經驗取值為0.8～1.5之間；Kn、Kn+1為電流分布係數一般的經驗取值為1。由於修正係數和電流分布係數的取值是根據以往的經驗值得到，計算出來的故障距離與實際的故障距離的偏差比較大，使得線路故障排查工作量大，使得停車時間長。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種高鐵線路故障測距方法及故障測距系統，提高故障定位的精度高，準確指指引搶修位置，減少鐵路停運時間。

為達到以上目的，本發明採取的技術方案是：

一種高鐵線路故障測距系統的故障測距方法，具體步驟如下：

S1，假定故障點位置位於第N個電力牽引自耦變壓器AT所與第N+1個電力牽引自耦變壓器AT所之間，分別計算出第N個AT所與第N+1個AT所的最佳修正係數QN、QN+1和最佳電流分布係數KN、KN+1；

S2，分別採集故障點位置處的第N個AT所和第N+1個AT所中性點的吸上電流IN和吸上電流IN+1；

S3，計算故障點距變電所的距離，其中公式如下：

式中，L：為故障點距變電所的距離；

LN：為設定的第N個AT所距變電所的距離；

DN：為設定的第N個AT所與第N+1個AT所之間的距離。

S1的計算步驟如下：

S11，設定第N個AT所與第N+1個AT所之間的M個位置處為模擬故障點；分別獲取各個模擬故障點位置處的第N個AT所和第N+1個AT所中性點的吸上電流INM和吸上電流INM+1，根據機車行駛過程中的各個模擬故障點的公裡標模擬出各個模擬故障點的模擬故障距離LM，LM為第M個模擬故障點的模擬故障距離；

S12，根據修正係數Q和電流分布係數K的取值範圍，在取值範圍內對修正係數Q和電流分布係數K進行排列組合，得到第n組組合方式的修正係數Qn、Qn+1和第n組組合方式的電流分布係數Kn、Kn+1；

S13，選取第M個模擬故障點位置處的第N個AT所和第N+1個AT所中性點的模擬吸上電流IMN和模擬吸上電流IM(N+1)、選取第n組組合方式的修正係數Qn、Qn+1和電流分布係數Kn、Kn+1代入故障測距公式，

其中，LMn為第M個模擬故障點位置在第n組組合方式下的測試故障距離；

S14，重複步驟S13，得到M個模擬故障點在第n組組合方式下的所有的測試故障距離LMn，將M個模擬故障點的測試故障距離LMn分別與其對應的模擬故障距離LM比較，分別計算出M個模擬故障點在第n組組合方式下的誤差值，並計算出在第n組組合方式下的M個模擬故障點的平均誤差值；

S15，重複步驟S13和S14的計算步驟，分別計算出所有n組組合方式下的M個位置處的平均誤差值，篩選出所有平均誤差值中最小的平均誤差值所對應的一組組合方式下的修正係數Qn、Qn+1和電流分布係數Kn、Kn+1即分別為第N個AT所與第N+1個AT所的最佳修正係數QN、QN+1和電流分布係數KN、KN+1。

其中，修正係數Q的取值範圍為0～50，電流分布係數K的取值範圍為0.8～1.5。

本發明一種高鐵線路故障測距系統的故障測距系統，包括：

數據採集裝置，用於分別採集故障點位置處的第N個電力牽引自耦變壓器AT所與第N+1個電力牽引自耦變壓器AT所中性點的吸上電流；

係數處理單元，用於計算第N個AT所與第N+1個AT所的最佳修正係數QN、QN+1和最佳電流分布係數KN、KN+1；

數據處理單元，將所述數據採集裝置採集到的數據和所述係數計算單元計算出的最佳修正係數和最佳電流分布係數代入故障測距公式進行計算，得到故障距離；

數據輸出裝置，用於輸出所述數據處理單元計算出的故障距離。

所述係數計算單元包括；

數據採集儀，在N個AT所與第N+1個AT所之間設置若干個模擬故障點，數據採集儀用於獲取各個模擬故障點位置處機車的機車吸上電流；

視頻記錄儀，用於時刻記錄機車的公裡標；

數據模擬單元，用於根據機車吸上電流模擬出各個模擬故障點的模擬吸上電流，根據機車的公裡標模擬出各個模擬故障點的模擬故障距離LM，LM為第M個模擬故障點的模擬故障距離；

係數計算單元，用於通過反推法計算出第N個AT所與第N+1個AT所的最佳修正係數QN、QN+1和電流分布係數KN、KN+1。

與現有技術相比，本發明的優點在於：

(1)本發明的高鐵線路故障測距方法通過計算出最佳修正係數和電流分布係數，代入故障測距公式，使得計算出的故障距離結果更加轉卻，該測距方法工程實施性強、安全性好、經濟性高、試驗數據量豐富，可替代傳統的故障測距方法，對運營和故障排查帶來巨大的便利。

(2)本發明中通過在第N個電力牽引自耦變壓器AT所與第N+1個電力牽引自耦變壓器AT所之間設置若干個模擬故障點，計算同一種係數組合方式下的各個模擬故障點的測試故障距離與模擬故障距離之間的平均誤差值，計算各種組合方式下的平均誤差值，其中誤差值最小的一組對應的組合方式就是最佳的修正係數和電流分布係數，通過反覆調整修正係數和電流分布係數的大小，平均誤差減小了將近400米，消除了大於800米的誤差。

附圖說明

圖1為本發明的方法流程圖；

圖2為本發明的系統框圖；

圖3為本發明中係數計算單元的系統框圖。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。

參見圖1所示，本發明實施例提供一種高鐵線路故障測距系統的故障測距方法，具體步驟如下：

S1，假定故障點位置位於第N個電力牽引自耦變壓器AT所與第N+1個電力牽引自耦變壓器AT所之間，計算出第N個AT所與第N+1個AT所的最佳修正係數QN、QN+1和最佳電流分布係數KN、KN+1；

步驟S1的具體步驟如下：

S11，設定第N個AT所與第N+1個AT所之間的M個位置處為模擬故障點；獲取各個模擬故障點位置處的第N個AT所和第N+1個AT所中性點的吸上電流INM和吸上電流INM+1，根據機車行駛過程中的各個模擬故障點的公裡標模擬出各個模擬故障點的模擬故障距離LM，LM為第M個模擬故障點的模擬故障距離；本實施例中M為300。

S12，根據修正係數Q和電流分布係數K的取值範圍，其中修正係數Q的取值範圍為0～50，電流分布係數K的取值範圍為0.8～1.5，在取值範圍內對修正係數Q和電流分布係數K進行排列組合，得到n組組合方式的修正係數Qn、Qn+1和電流分布係數Kn、Kn+1；

S13，選取S11的第M個模擬故障點位置處的第N個AT所和第N+1個AT所中性點的模擬吸上電流IMN和模擬吸上電流IM(N+1)、選取S12的第n組組合方式的修正係數Qn、Qn+1和電流分布係數Kn、Kn+1代入故障測距公式，

其中，LMn為第M個模擬故障點位置在第n組組合方式下的測試故障距離；

LN：為設定的第N個AT所距變電所的距離；

DN：為設定的第N個AT所與第N+1個AT所之間的距離；

S14，重複步驟S13，得到M個模擬故障點在第n組組合方式下的所有的測試故障距離LMn，將M個模擬故障點的測試故障距離LMn分別與對應的模擬故障點所在的模擬故障距離LM比較，分別計算出M個模擬故障點在第n組組合方式下的誤差值lMn，計算公式如下lMn＝LMn-LM，其中，lMn為第M個模擬故障點在第n組組合方式下的誤差值；

計算出在第n組組合方式下的M個模擬故障點的平均誤差值ln，計算公式為：

S15，重複步驟S13和S14的計算步驟，分別計算出所有n組組合方式下的M個位置處的平均誤差值，篩選出所有平均誤差值中最小的平均誤差值所對應的一組組合方式下的修正係數Qn、Qn+1和電流分布係數Kn、Kn+1即為第N個AT所與第N+1個AT所之間的最佳修正係數QN、QN+1和電流分布係數KN、KN+1。其中，取值範圍內對修正係數Q和電流分布係數K進行排列組合越多，計算得到的最佳修正係數QN、QN+1和電流分布係數KN、KN+1的組合方式越精準。

S2，採集故障點位置處的第N個AT所和第N+1個AT所中性點的吸上電流IN和吸上電流IN+1；

S3計算故障點距變電所的距離，其中公式如下：

式中，L：為故障點距變電所的距離；

LN：為設定的第N個AT所距變電所的距離；

DN：為設定的第N個AT所與第N+1個AT所之間的距離；

IN、IN+1：分別為故障點位置處的第N個AT所與第N+1個AT所中性點的吸上電流；

QN、QN+1：第N個AT所與第N+1個AT所之間的最佳修正係數；

KN、KN+1：第N個AT所與第N+1個AT所之間的電流分布係數。

參見圖2所示，本發明提供一種高鐵線路故障測距系統的故障測距系統，包括：

數據採集裝置，用於分別採集故障點位置處的第N個電力牽引自耦變壓器AT所與第N+1個電力牽引自耦變壓器AT所中性點的吸上電流；

係數處理單元，用於計算第N個AT所與第N+1個AT所之間的最佳修正係數QN、QN+1和最佳電流分布係數KN、KN+1；

參見圖3所示，其中，係數計算單元包括；

數據採集儀，在N個AT所與第N+1個AT所之間設置若干個模擬故障點，數據採集儀用於獲取各個模擬故障點位置處機車的機車吸上電流；在機車經過的變電所、AT所和分區所，利用數據採集儀，每秒依次對所亭電流進行同步記錄。

數據採集儀必須滿足高同步、高採集精度和高安全便捷的三個性能要求，高同步是指在數據採集時，變電所、AT所和分區所的電流數據是同一時刻的，其同步性要求為同步誤差不大於3毫秒；高測量精度是指測量變電所、AT所和分區所每個所亭的二次電流，必須採用64點採樣準確測量一個周波的電流有效值；高安全便捷性是指採用鉗形表間接測量。

視頻記錄儀，用於時刻記錄機車的公裡標；

數據模擬單元，用於根據機車吸上電流模擬出各個模擬故障點的模擬吸上電流，用於根據機車的公裡標模擬出各個模擬故障點的模擬故障距離LM，LM為第M個模擬故障點的模擬故障距離；由於機車所在位置處的機車吸上電流比與該位置對應的模擬故障點的模擬

係數計算單元，用於通過反推法計算出第N個AT所與第N+1個AT所之間的最佳修正係數QN、QN+1和電流分布係數KN、KN+1。

數據處理單元，將數據採集裝置採集到故障點位置處的數據和係數計算單元計算出的最佳修正係數和最佳電流分布係數代入故障測距公式進行計算，得到故障距離；

數據輸出裝置，用於輸出數據處理單元計算出的故障距離即故障點距變電所的距離。

本發明不局限於上述實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍之內。本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。