基于LSM的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开基于LSM的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统，涉及城市轨道交通技术领域，解决现有短路试验装置难以直接应用于直流地铁接触网系统的问题；本发明专利技术包括如下步骤：S1：在地铁接触网的近端或者远端设置短路点；S2：在短路点一侧加载通电时间可控的直流电源信号进行短路试验；S3：双通道同步采样电压电流数字信号，并传输至工控电脑；S4：基于电压电流数字信号，采用简化RL模型指数曲线拟合计算短路点一侧线路阻抗；本发明专利技术采用低压直流信号进行模拟测量，较为真实地还原了接触网的电气参数和运行状态，为检验继电保护系统的完整性提供的实验支撑；有效的减少了对短路测试电气设备的损害，提高了短路测量的安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
基于LSM的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统


[0001]本专利技术涉及轨道交通
，具体涉及基于LSM的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统。

技术介绍

[0002]地铁接触网系统是牵引网中直接与机车受电弓(集电靴)摩擦受流的系统，其具有电压高(国内一般采用直流1500V)，电磁环境复杂、无备用，发生短路故障概率高的特征。为了减少短路故障对接触网的影响，在接触网线路上设置了如大电流脱扣、电流变化率等继电保护系统，用以在短路故障发生时及时切断电源，保护相关设备安全。因此，继电保护系统对接触网运行状态的判断是否准确，继电保护系统的动作是否迅速成为接触网能否被有效保护的关键。
[0003]新建线路在运行开通前，采用接触网高压短路试验测试高压系统的耐压性、验证继电保护系统整定计算的准确性及检验保护系统的有效性。但是，地铁接触网的高压短路试验存在以下问题：(1)直流屏柜短路放电直接烧毁设备，人员安全易受到威胁，存在安全隐患。(2)直接造成接触网、隔离开关、高压屏柜等主要设备老化，影响使用寿命。(3)需要多部门人员密切配合，参与人员多，耗费工时长。(4)测试设备种类多、数量大、安设位置分散，主要设备价格昂贵、易损坏。
[0004]为解决上述问题，现有技术中涉及一种施加0～1650V可变直流高压接触网送电检测装置，能验证的接触网绝缘情况，但是采用高压试验未提高短路试验的安全性，也难以计算线路阻抗。现有技术中涉及一种铁路牵引供电短路试验装置，该装置以DSP数字信号处理器为内核，采用异频电源加权的方式有效规避了工频交流信号的干扰，能够有效地测量高速铁路接触网的线路阻抗，具有一定创新性和实用性。但是由于供电制式不同难以直接应用于直流地铁接触网系统，同时该设备体积较大，重量不轻也成为其推广的阻碍。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术拟提供了基于LSM的地铁接触网短路阻抗、短路模拟测试方法及系统，拟解决现有短路试验装置难以直接应用于直流地铁接触网系统的问题。
[0006]基于LSM的地铁接触网短路阻抗测试方法，包括以下步骤：
[0007]S1：在地铁接触网的近端或者远端设置短路点；
[0008]S2：在短路点一侧加载通电时间可控的直流电源信号进行短路试验；
[0009]S3：双通道同步采样电压电流数字信号，并传输至工控电脑；
[0010]S4：基于电压电流数字信号，采用简化RL模型指数曲线拟合计算短路点一侧线路阻抗。
[0011]优选的，所述步骤S2中短路测试直流电源为50V。
[0012]优选的，所述S4的详细过程为：
[0013]S4.1：在测试线路电流参数进入稳定态即di/dt＝0时，将短路测试采样平均稳态电压u
w
和平均稳态电流i
w
分别相除，即线路电阻：
[0014]S4.2：简化RL模型下基于LSM方法的曲线拟合线路阻抗测试方法求线路电感Ls。
[0015]优选的，所述S4.2的详细步骤如下：
[0016]S4.2.1:测试电源导通瞬间为t0时刻，同步数据采样中的电流分别为i
n
(i1、i2、i3···
)，电压值分别为u
n
(u1、u2、u3···
)。τ为时间常数，T为采样周期。那么拟合曲线：
[0017][0018]S4.2.2:采用最小二乘法(LSM)求解的目标方程为：
[0019][0020][0021]t0为采样周期，令k∈(0,1)那么：
[0022][0023]由于在实际测量时，n为定值，i
n
也为定值，那么对F(k)求得导数并令其等于0则有：
[0024]令F
′
(k)＝2i
w
∑n[i
w
k
2n
‑1+(i
n
‑
i
w
)k
n
‑1]＝0
ꢀꢀꢀ
(6)
[0025]公式7为一元高次方程求实数解，采用牛顿迭代法求解：
[0026][0027]计算过程中先估算阻抗再估算时间常数，最后计算k1的近似值而后进行迭代直至数据收敛至k
a+1
；其中k
a
为表示k的第a
‑
1次迭代，经过多次迭代直至|k
a+1
‑
k
a
|≤0.0001，k
a+1
收敛；求出τ的实际值τ
a+1
为
[0028][0029]线路电感求解公式:
[0030]L
s
＝R
d
·
τ
a+1
(9)。
[0031]优选的，在基于LSM的地铁接触网短路阻抗测试方法的基础上还包括如下步骤：
[0032]S5：重复S2、S3、S4分别求出短路点两侧的线路参数，利用所求线路参数构建双边供电模型；
[0033]S6：基于双边供电模型计算模拟短路电流。
[0034]优选的，所述S6详细步骤为：基于双边供电模型，分别求得两侧单独供电时的短路电流，再利用电路的叠加原理获取双边短路电流。
[0035]基于LSM的地铁接触网短路模拟测试系统，包括硬件模块和软件模块，所述硬件模块用于实现短路试验并采集记录短路试验过程中的数据，所述数据包括电流和电压，所述
软件模块用于配置短路试验的参数并处理分析硬件模块采集记录的数据计算线路阻抗。
[0036]优选的，所述硬件模块包括直流电源模块、脉冲信号触发控制模块、数字信号采样模块、工控电脑及传输系统；所述直流电源模块产生低压直流电源直接连接接触网与钢轨，形成闭合回路，所述脉冲信号触发控制控制模块实现发生信号的触发时间与脉冲信号持续时间的控制，所述数字采样模块负责将接触网与钢轨回流上的电压和电流的采样与上传，工控电脑可以实现采样数据的接收与保存。
[0037]优选的，所述软件模块包括线路参数记录单元、数据处理单元以及图形展示单元，其中线路参数记录单元用于记录硬件模块采集的数据，所述数据处理单元用于对线路参数记录单元记录的数据进行分析处理计算线路阻抗，所述图形展示单元既可以展示线路参数记录单元中记录的数据也可以展示数据处理单元处理计算的结果。
[0038]本专利技术的有益效果包括：
[0039](1)采用低压交流信号进行模拟短路测量时线路阻抗与电压无关，能够较为真实地还原了接触网的电气参数和运行状态，为检验继电保护的完整性提供的实验支撑；
[0040](2)开发了轻便灵巧的专用系统，大大缩短了接触网短路测试的准备周期，降低了准备的复杂度和测试过程的人员投入；
[0041](3)设备破坏性小，使用此系统的装置进行的短路试验绝缘破坏性小，可大大减缓设备老化，大幅降低了设备更新换代支出。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于LSM的地铁接触网短路阻抗测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在地铁接触网的近端或者远端设置短路点；S2：在短路点一侧加载通电时间可控的直流电源信号进行短路试验；S3：双通道同步采样电压电流数字信号，并传输至工控电脑；S4：基于电压电流数字信号，采用简化RL模型指数曲线拟合计算短路点一侧线路阻抗。2.根据权利要求1所述的基于LSM的地铁接触网短路阻抗测试方法，其特征在于，所述S4的详细过程为：S4.1：在测试线路电流参数进入稳定态即di/dt＝0时，将短路测试采样平均稳态电压u
w
和平均稳态电流i
w
分别相除，即线路电阻：S4.2：简化RL模型下基于LSM方法的曲线拟合线路阻抗测试方法求线路电感L
s
。3.根据权利要求2所述的基于LSM的地铁接触网短路阻抗测试方法，其特征在于，所述S4.2的详细步骤如下：S4.2.1:测试电源导通瞬间为t0时刻，同步数据采样中的电流分别为i
n
(i1、i2、i3···
)，电压值分别为u
n
(u1、u2、u3···
)。τ为时间常数，T为采样周期。那么拟合曲线：S4.2.2:采用最小二乘法求解的目标方程为：S4.2.2:采用最小二乘法求解的目标方程为：令那么：由于在实际测量时，n为定值，i
n
也为定值，那么对F(k)进行求导得：令F
′
(k)＝2i
w
∑n[i
w
k
2n
‑1+(i
n
‑
i
w
)k
n
‑1]＝0
ꢀꢀꢀꢀ
(6)公式(6)为一元高次方程求实数解，采用牛顿迭代法求解：计算过程中先估算阻抗再估算时间常数，最后计算k1的近似值而后进行迭代直至数据收敛至k
a+1
；其中k
a
表示k的第a
‑
1次迭代，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：何靖，薛磊，何柏杉，唐玫，王于鑫，李攀飞，
申请(专利权)人：四川铁道职业学院，
类型：发明
国别省市：