直流牵引供电系统接触网故障测距方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于GOOSE通信的直流牵引供电系统接触网故障测距方法及系统。所述方法应用于采用双边供电的直流牵引供电系统接触网，所述方法包括步骤：若第一牵引变电所和第二牵引变电所间的接触网发生短路故障，所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作，获取执行直流馈线保护动作时所述第一牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的电压和电流，以及同时刻所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的电压和电流；根据所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的总距离以及获取的电压电流信号，计算确定故障位置。本发明专利技术能够快速可靠地计算出故障发生的具体位置。

【技术实现步骤摘要】
直流牵引供电系统接触网故障测距方法及系统
本专利技术属于轨道供电
，更具体地，涉及一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法。
技术介绍
在现有的城市轨道交通直流牵引供电系统接触网故障测距领域，或是利用光感传感器采集光信号，在将其转换为电信号进行故障测距，或是在故障后多次施加指定电压，通过测量短路电流进行故障测距。前者会受到运行环境等因素的强烈影响，判断结果并不准确，后者不符合故障发生后快速切除故障并保证检修安全的保护宗旨。
技术实现思路
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，在故障发生时能够根据故障线路两端的实时状态量，快速可靠地计算出故障发生的具体位置。为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，所述方法应用于采用双边供电的直流牵引供电系统接触网，所述直流牵引供电系统接触网包括第一牵引变电所和第二牵引变电所，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均通过各自的直流馈线柜给接触网供电，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均包括用于控制各自直流馈线柜的直流保护装置，若所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的接触网发生短路故障，所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作，所述方法包括步骤：获取执行直流馈线保护动作时所述第一牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第一电压和第一电流，获取执行直流馈线保护动作同时刻所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流；获取所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的总距离，根据所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压、所述第二电流和所述总距离，计算确定故障位置。优选的，所述计算确定故障位置采用以下任一计算公式：其中，Um为所述第一电压，Im为所述第一电流，Un为所述第二电压、In为所述第二电流，L为所述总距离，Lm为故障点到所述第一牵引变电所的距离，Ln为故障点到所述第二牵引变电所的距离。优选的，所述直流牵引供电系统接触网还包括第一GOOSE交换机和第二GOOSE交换机，所述第一牵引变电所的直流保护装置的通信端口通过光缆与所述第一GOOSE交换机连接，所述第二牵引变电所的直流保护装置的通信端口通过光缆与所述第二GOOSE交换机连接，所述第一GOOSE交换机和所述第二GOOSE交换机相互连接，形成线路级的GOOSE过程层网络。优选的，所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作是所述第一牵引变电所的直流保护装置通过采集故障时刻的电气量进行计算确定的。优选的，所述获取执行直流馈线保护动作同时刻所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流包括步骤：所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作时，同时通过所述GOOSE过程层网络向所述第二牵引变电所的直流保护装置发送采集信号，所述第二牵引变电所的直流保护装置收到所述采集信号后，采集所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流。按照本专利技术的第二方面，提供了一种直流牵引供电系统接触网故障测距系统，所述系统应用于采用双边供电的直流牵引供电系统接触网，所述直流牵引供电系统接触网包括第一牵引变电所和第二牵引变电所，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均通过各自的直流馈线柜给接触网供电，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均包括用于控制各自直流馈线柜的直流保护装置，若所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的接触网发生短路故障，所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作，所述系统包括：信号获取模块，用于获取执行直流馈线保护动作时所述第一牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第一电压和第一电流，获取执行直流馈线保护动作同时刻所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流；数据处理模块，用于获取所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的总距离，根据所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压、所述第二电流和所述总距离，计算确定故障位置。总体而言，本专利技术与现有技术相比，具有有益效果：(1)针对现有的城市轨道交通故障测距的算法无法快速并可靠地计算出故障位置的问题，本专利技术在故障发生时能够根据故障线路两端的实时状态量，通过求解故障后的电压电流量与线路电阻之间的关系方程，来获得故障点位置。一方面从原理上消除了过渡电阻和对侧系统对故障测距的影响，另一方面能够快速可靠地计算出故障发生的具体位置，为故障排查、抢险维修提供有力的帮助。(2)为解决现有技术存在的采样问题，本专利技术利用基于IEC61850协议的保护测量装置，利用GOOSE网络将过程层和间隔层的直流保护装置连接在一起，使直流保护装置可以通过光纤实时地获取保护线路的状态量，解决了保护装置无法实时获取保护线路状态信息的问题。附图说明图1是本专利技术实施例的采用双边供电的直流牵引供电系统接触网的供电示意图；图2是本专利技术实施例的直流牵引供电系统接触网的短路故障暂态模型电路图；图3是本专利技术实施例的直流牵引供电系统接触网的短路故障暂态模型经过Δ-Y电阻变换后的等效电路；图4是本专利技术实施例的直流牵引供电系统接触网故障测距方法的流程图；图5是本专利技术实施例的直流保护装置基于GOOSE通信的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1为城市轨道交通直流牵引供电系统双边供电方式的电气接线图。直流牵引供电系统接触网采用双边供电，将直流牵引供电系统接触网中短路故障点两端的两个变电所，分别称为第一牵引变电所和第二牵引变电所，两个牵引变电所均包括直流馈线柜和直流保护装置，直流保护装置用于控制各自的直流馈线柜，两个牵引变电所均通过各自的直流馈线柜给接触网供电，将其中一个牵引变电所标记为牵引变电所M，另一个牵引变电所标记为牵引变电所N。双机组并列运行，可以减少高次谐波对交流供电系统的影响，减小杂散电流和功率损耗，改善列车起动和运行时的电压损失。本专利技术实施例的一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，应用于上述直流牵引供电系统接触网，若第一牵引变电所和第二牵引变电所间的接触网发生短路故障，控制第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作，执行直流馈线保护动作具体是指第一牵引变电所的直流保护装置执行瞬时过流保护动作，断开第一牵引变电所的直流馈线柜的断路器。第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作具体是第一牵引变电所的直流保护装置通过采集电气量进行计算确定的，通过采集的电压电流等电气量，可以计算确定当前时刻是否发生断路故障，若发生断路故障，则执行瞬时过流保护动作。优选地，为了消除短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，其特征在于，所述方法应用于采用双边供电的直流牵引供电系统接触网，所述直流牵引供电系统接触网包括第一牵引变电所和第二牵引变电所，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均通过各自的直流馈线柜给接触网供电，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均包括用于控制各自直流馈线柜的直流保护装置，若所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的接触网发生短路故障，所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作，所述方法包括步骤：/n获取执行直流馈线保护动作时所述第一牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第一电压和第一电流，获取执行直流馈线保护动作同时刻所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流；/n获取所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的总距离，根据所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压、所述第二电流和所述总距离，计算确定故障位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，其特征在于，所述方法应用于采用双边供电的直流牵引供电系统接触网，所述直流牵引供电系统接触网包括第一牵引变电所和第二牵引变电所，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均通过各自的直流馈线柜给接触网供电，所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所均包括用于控制各自直流馈线柜的直流保护装置，若所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的接触网发生短路故障，所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作，所述方法包括步骤：
获取执行直流馈线保护动作时所述第一牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第一电压和第一电流，获取执行直流馈线保护动作同时刻所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流；
获取所述第一牵引变电所和所述第二牵引变电所间的总距离，根据所述第一电压、所述第一电流、所述第二电压、所述第二电流和所述总距离，计算确定故障位置。


2.如权利要求1所述的一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，其特征在于，所述计算确定故障位置采用以下任一计算公式：






其中，Um为所述第一电压，Im为所述第一电流，Un为所述第二电压、In为所述第二电流，L为所述总距离，Lm为故障点到所述第一牵引变电所的距离，Ln为故障点到所述第二牵引变电所的距离。


3.如权利要求1所述的一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，其特征在于，所述直流牵引供电系统接触网还包括第一GOOSE交换机和第二GOOSE交换机，所述第一牵引变电所的直流保护装置的通信端口通过光缆与所述第一GOOSE交换机连接，所述第二牵引变电所的直流保护装置的通信端口通过光缆与所述第二GOOSE交换机连接，所述第一GOOSE交换机和所述第二GOOSE交换机相互连接，形成线路级的GOOSE过程层网络。


4.如权利要求1所述的一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，其特征在于，所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作是所述第一牵引变电所的直流保护装置通过采集故障时刻的电气量进行计算确定的。


5.如权利要求3所述的一种直流牵引供电系统接触网故障测距方法，其特征在于，所述获取执行直流馈线保护动作同时刻所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流包括步骤：
所述第一牵引变电所的直流保护装置执行直流馈线保护动作时，同时通过所述GOOSE过程层网络向所述第二牵引变电所的直流保护装置发送采集信号，所述第二牵引变电所的直流保护装置收到所述采集信号后，采集所述第二牵引变电所的直流馈线柜与接触网连接处的第二电压和第二电流。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：吕意，王开康，赵双石，宋金川，何斌，钟骏，叶飞，付雨林，刘贯琨，王沛沛，闫兆辉，居春雷，张海申，贺帆，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42