一种牵引网高阻故障识别方法及系统
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引网
技术领域
，具体而言，涉及一种牵引网高阻故障识别方法及系统。背景技术
现有的电气化铁路中，由于牵引网没有备用，且暴露于大自然中，加之弓网高速接触，容易导致各类故障的发生，引起事故，影响正常运行。电气化铁路牵引网发生高阻故障时故障电流小，故障电压降低少，馈线保护装置测量阻抗较常规故障时的测量阻抗要高数倍至数十倍，使得过电流保护、阻抗保护等无法可靠、正确动作。目前馈线保护装置针对复线直供牵引网中出现的高阻故障设置电流增量保护，即通过计算当前电流与一个工频周期前的电流增量，当计算电流增量值大于保护定值时，认为是高阻故障。但铁路负荷具有移动取流、负荷电流变化大等特点，导致高阻故障电流与负荷电流不易区分，电流增量保护动作不灵敏。因此对高阻故障进行识别，对于运输效率的提高，故障的及时切除，牵引网的及时维修意义重大，以确保铁路的稳定和安全运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提高复线直供方式牵引网高阻故障的识别准确度，目的在于提供一种牵引网高阻故障识别方法及系统，通过判断一定时间内列车的行进距离是否发生变化，从而识别当前时刻牵引网是否发生高阻故障，判断过程简单，准确度高。
本发明通过下述技术方案实现：
一种牵引网高阻故障识别方法，包括以下步骤：
步骤S1、通过测控保护装置实时采集变电所下行和上行馈线电流，并根据采集到的下行和上行馈线电流实时计算并存储待测距离；
步骤S2、根据铁路机车的最小行驶速度计算单位时间，根据所述待测距离，计算单位时间内的距离变化值；
步骤S3、根据单位时间内的距离变化值实时判断当前时刻牵引网是否发生高阻故障，若判断结果为高阻故障，则向测控保护装置发出高阻故障报警指令。
目前复线直供牵引网高阻故障识别主要通过电流增量保护识别，电流增量保护整定值按照单台机车的额定电流计算，但是由于铁路负荷具有移动取流、负荷电流变化大等特点，导致高阻故障电流与负荷电流不易区分，电流增量保护动作不灵敏，本发明根据复线直供牵引网在发生高阻故障与铁路机车正常行进时，发生故障时的故障距离和机车正常行进时的负荷距离与时间的关系差异显著，发生故障时,由于牵引网高阻故障，列车停运,则故障距离在单位时间内不会随着时间的变化而产生变化,当机车正常行进时,由于列车会来回移动,因此负荷距离会随着时间的变化不断变化,通过识别这种差异判断牵引网是否发生高阻故障。判断逻辑简单，并且采集的是变电所内的数据，能够快速准确的识别出当前时刻牵引网是否发生了高阻故障。
进一步地，为了准确区分高阻故障与负荷情况下的下行、上行馈线电流，步骤S1中采集变电所下行和上行馈线电流时，采集频率大于等于50Hz，缓存数据时长大于等于50s。
进一步地，计算单位时间内的距离变化值的过程为：
计算待测距离D：
D＝Q×L
其中，L表示牵引网的变电所到分区所的距离，I1、I2分为变电所下行、上行馈线电流；计算单位时间内的距离变化值△l：
Δl＝lΔt-l-Δt
其中，lΔt表示当前时刻下计算得到的待测距离，l-Δt为距离当前时刻单位时间之前的上一时刻的待测距离，单位时间的计算和铁路机车行驶速度相关，且速度越快单位时间越短，目前铁路机车行驶速度在(40～300)km/h之间，按照最小速度40km/h计算单位时间。
进一步地，步骤S3中判断当前时刻牵引网是否发生高阻故障的具体过程为：
通过将步骤S2中计算得到的单位时间内的距离变化值与预设的距离变化门槛值进行比较，判断当前时刻所述距离变化值是否小于所述距离变化门槛值，考虑到采样及电流互感器误差等因素，将单位时间内距离变化门槛值设置为500m；
当所述距离变化值小于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为高阻故障；经过预设的告警时延后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；
当所述距离变化值大于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为负荷运行。
优选地，由于空载电流远远小于单台机车的额定电流，只要牵引网电流超过空载电流即可正确判断高阻故障，使得识别过程具有更高的灵敏性，可识别较大过渡电阻的高阻故障，因此为防止将牵引网空载时的情况判断为高阻故障，将判断条件设置为：
若同时满足以下条件：步骤S2中计算得到的单位时间内的距离变化值小于预设的距离变化门槛值并且实时采集到的变电所下行和上行馈线电流中较大的电流值大于为牵引网空载门槛电流，则判断当前时刻牵引网为高阻故障，经过预设的告警时延后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；若不满足则判断当前时刻牵引网为负荷运行。
另外，本发明提供了一种牵引网高阻故障识别系统，包括测控保护装置、数据处理单元、存储单元、逻辑判断单元和报警单元，其中
所述测控保护装置用于实时采集变电所下行、上行馈线电流和发出故障告警信号；
所述数据处理单元根据所述采集到的下行和上行馈线电流实时计算待测距离和单位时间内的距离变化值，所述单位时间根据铁路机车的最小行驶速度计算得到；单位时间和铁路机车行驶速度相关，且速度越快单位时间越短。目前铁路机车行驶速度在(40～300)km/h之间，按照最小速度40km/h计算单位时间；
所述存储单元用于存储采集到的变电所下行和上行馈线电流、实时计算得到的待测距离、单位时间内的距离变化值、距离变化门槛值和牵引网空载门槛电流；
所述逻辑判断单元用于实时判断当前时刻牵引网是否发生高阻故障，若判断结果为高阻故障，则向测控保护装置发出高阻故障报警指令；
所述报警单元用于根据所述故障告警信号提醒操作人员进行故障处理。
进一步地，为了准确区分高阻故障与负荷情况下的下行、上行馈线电流，测控装置在采集变电所下行和上行馈线电流时，采集频率大于等于50Hz，缓存数据时长大于等于50s。
进一步地，所述逻辑判断单元的判断依据为：
将所述单位时间内的距离变化值与预存的距离变化门槛值进行比较，判断当前时刻所述距离变化值是否小于所述距离变化门槛值，
当所述距离变化值小于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为高阻故障；经过预设的告警时延后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；
当所述距离变化值大于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为负荷运行。
优选地，由于空载电流远远小于单台机车的额定电流，只要牵引网电流超过空载电流即可正确判断高阻故障，使得识别过程具有更高的灵敏性，可识别较大过渡电阻的高阻故障，因此为防止将牵引网空载时的情况判断为高阻故障，将所述逻辑判断单元的判断依据设置为：
若同时满足以下条件：单位时间内的距离变化值小于预设的距离变化门槛值并且实时采集到的变电所下行和上行馈线电流中较大的电流值大于预存的牵引网空载门槛电流，则判断当前时刻牵引网为高阻故障，经过预设的告警时延后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；若不满足则判断当前时刻牵引网为负荷运行。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明实施例提供的一种牵引网高阻故障识别方法及系统，根据复线直供牵引网在发生高阻故障与机车行进时，发生故障时的故障距离和机车正常行进时的负荷距离与时间的关系差异显著，通过识别这种差异判断牵引网是否发生高阻故障；
2、本发明实施例提供的一种牵引网高阻故障识别方法及系统，为防止牵引网空载时判断错误，空载电流远远小于单台机车的额定电流，只要牵引网电流超过空载电流即可正确判断高阻故障，算法具有更高的灵敏性，可识别较大过渡电阻的高阻故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的复线直供牵引网供电示意图；
图3为本发明实施例提供的故障距离与时间关系图；
图4为本发明实施例提供的负荷距离与时间关系图；
图5为本发明实施例提供的系统框图；
图6为本发明实施例提供的判断逻辑示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的一种牵引网高阻故障识别方法，包括以下步骤：
步骤S1、通过测控保护装置实时采集变电所下行和上行馈线电流，并根据采集到的下行和上行馈线电流实时计算并存储待测距离；
为了准确区分高阻故障与负荷情况下的下行、上行馈线电流，采集变电所下行和上行馈线电流时，采集频率大于等于50Hz，缓存数据时长大于等于50s；
计算待测距离D：
D＝Q×L (1)
其中，L表示牵引网的变电所到分区所的距离，I1、I2分为变电所下行、上行馈线电流；
步骤S2、根据铁路机车的最小行驶速度计算单位时间，根据所述待测距离，计算单位时间内的距离变化值；
计算单位时间内的距离变化值△l：
Δl＝lΔt-l-Δt
其中，lΔt表示当前时刻下计算得到的待测距离，l-Δt为距离当前时刻单位时间之前的上一时刻的待测距离，单位时间和铁路机车行驶速度相关，且速度越快单位时间越短，目前铁路机车行驶速度在(40～300)km/h之间，按照最小速度40km/h计算单位时间；计算单位时间时，考虑到装置采样及电流互感器误差等因素，取计算距离为0.5㎞；
步骤S3、根据单位时间内的距离变化值实时判断当前时刻牵引网是否发生高阻故障，若判断结果为高阻故障，则向测控保护装置发出高阻故障报警指令；
一般地，在不考虑牵引网空载时的情况，则判断当前时刻牵引网是否发生高阻故障的具体过程为：
通过将步骤S2中计算得到的单位时间内的距离变化值与预设的距离变化门槛值进行比较，判断当前时刻所述距离变化值是否小于所述距离变化门槛值，考虑到采样及电流互感器误差等因素，将单位时间内距离变化门槛值设置为500m；
当所述距离变化值小于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为高阻故障；经过预设的告警时延后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；
当所述距离变化值大于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为负荷运行。
优选地，由于空载电流远远小于单台机车的额定电流，只要牵引网电流超过空载电流即可正确判断高阻故障，使得识别过程具有更高的灵敏性，可识别较大过渡电阻的高阻故障，因此为防止将牵引网空载时的情况判断为高阻故障，引起判断错误，将牵引网空载时的情况进行排除，如图6所示，判断当前时刻牵引网是否发生高阻故障的具体过程为：
若同时满足以下条件：步骤S2中计算得到的单位时间内的距离变化值小于预设的距离变化门槛值并且实时采集到的变电所下行和上行馈线电流中较大的电流值大于Ikz，Ikz为牵引网空载门槛电流，则判断当前时刻牵引网为高阻故障，经过预设的告警时延Tset后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；若不满足则判断当前时刻牵引网为负荷运行，考虑到采样及电流互感器误差等因素，将单位时间内距离变化门槛值设置为500m。
实施例2
如图5所示，本实施例提供了一种牵引网高阻故障识别系统，包括测控保护装置、数据处理单元、存储单元、逻辑判断单元和报警单元，其中
所述测控保护装置用于实时采集变电所下行、上行馈线电流和发出故障告警信号；
所述数据处理单元根据所述采集到的下行和上行馈线电流实时计算待测距离和单位时间内的距离变化值，所述单位时间根据铁路机车的最小行驶速度计算得到；单位时间和铁路机车行驶速度相关，且速度越快单位时间越短。目前铁路机车行驶速度在(40～300)km/h之间，按照最小速度40km/h计算单位时间；
所述存储单元用于存储采集到的变电所下行和上行馈线电流、实时计算得到的待测距离、单位时间内的距离变化值、距离变化门槛值和牵引网空载门槛电流；
所述逻辑判断单元用于实时判断当前时刻牵引网是否发生高阻故障，若判断结果为高阻故障，则向测控保护装置发出高阻故障报警指令；
所述报警单元用于根据所述故障告警信号提醒操作人员进行故障处理。
为了准确区分高阻故障与负荷情况下的下行、上行馈线电流，测控装置在采集变电所下行和上行馈线电流时，采集频率大于等于50Hz，缓存数据时长大于等于50s。
所述逻辑判断单元的判断依据为：
将所述单位时间内的距离变化值与预存的距离变化门槛值进行比较，判断当前时刻所述距离变化值是否小于所述距离变化门槛值，
当所述距离变化值小于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为高阻故障；经过预设的告警时延后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；
当所述距离变化值大于距离变化门槛值时，则判断当前时刻牵引网为负荷运行。
优选地，为防止牵引网空载时判断错误，所述逻辑判断单元的判断依据为：
若同时满足以下条件：单位时间内的距离变化值小于预设的距离变化门槛值并且实时采集到的变电所下行和上行馈线电流中较大的电流值大于预存的牵引网空载门槛电流，则判断当前时刻牵引网为高阻故障，经过预设的告警时延后向测控保护装置发出高阻故障报警指令；若不满足则判断当前时刻牵引网为负荷运行，考虑到采样及电流互感器误差等因素，将单位时间内距离变化门槛值设置为500m。
本发明根据复线直供牵引网的结构特点，通过实时计算区段电流比与距离的变化曲线，实现复线直供方式下牵引网高阻故障与负荷电流的准确区分。复线直供牵引网供电示意图如图2所示，其中，1QF、2QF为安装在变电所下行、上行馈线处的断路器，3QF为安装在分区所的并联断路器，I1、I2为变电所下行、上行馈线电流，当在牵引网d点发生高阻故障时，计算当前时刻下的故障距离l1与电流I1、I2的关系满足上述公式(1)和公式(2)，而铁路机车在牵引网取流正常行进过程中，同样利用公式(1)和(2)计算负荷距离l2，不同的是，当牵引网发生高阻故障时，机车由于牵引网故障不能正常运行，因此此时的故障距离l1不会随着时间t的增加发生变化，故障距离l1与时间t的函数关系如图3所示，如果是机车在牵引网取流行进时，由于列车会来回移动，此时下行、上行馈线电流会随着列车的不断移动而发生变化，则负荷距离l2会随着时间t的增加发生变化，负荷距离l2与时间t的函数关系如图4所示。从图3和图4可以看出，复线直供牵引网在发生高阻故障与负荷运行时，故障距离和负荷距离与时间的关系差异显著，以上实施例均通过识别这种差异来判断牵引网是否发生高阻故障。与目前牵引网高阻故障通过电流增量保护识别，电流增量保护整定值按照单台机车的额定电流计算相比，本发明只要牵引网电流超过空载电流即可正确判断高阻故障，能准确区分高阻故障和负荷运行的情况，具有更高的灵敏性，可识别较大过渡电阻的高阻故障。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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