一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法

摘要

本发明提供了一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，包括：当满足预设的电流变化分析条件时，读取馈线及单向导通装置的电流；获取当单向导通装置的电流达到目标值的对应时间，执行预设故障判定策略；获取处于对应时间时所需参数的数值，将所需参数的数值带入参数矩阵；解参数矩阵，根据计算结果推测故障点。本发明有益效果：将地铁牵引站内的接地漏电保护装置接入GOOSE光纤通信网，使本线路上的全部接地漏电保护装置联网联调运行，当出现负极对地短路时，可通过GOOSE网络调用相邻站的模拟量数据进行分析，准确定位故障区位置，对于缩短检修时间，保障高铁的正常运营，具有至关重要的作用。

权利要求

1.一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，其特征在于，包括：当满足预设的电流变化分析条件时，读取馈线及单向导通装置的电流；

获取当单向导通装置的电流达到目标值的对应时间，执行预设故障判定策略；

获取处于对应时间时所需参数的数值，将所需参数的数值带入参数矩阵；

解参数矩阵，根据计算结果推测故障点；

所述预设的电流变化分析条件，包括：

实时检测单向导通装置内二极管的电流Id，进行判断，当Id电流超过定值Iset后，开始分析电流变化；

所述开始分析电流变化，包括：

首先，初始化局部最大值和全局最大值为0，记录当前时刻的电流值，并与上一时刻进行比较：若当前时刻电流值低于上一时刻，则认定上一时刻是局部最大值；

若局部最大值高于全局最大值，更新全局最大值为上一时刻值，并通过GOOSE网络记录本所馈线及邻所馈线和单向导通装置的电流值；

若当前时刻电流值高于上一时刻电流值，认为电流正在上升，不判断局部电流最大值；

所述预设故障判定策略，包括：

通过GOOSE网络获得此时刻本所左侧单向导通装置电流Idl，以及本所右侧单向导通装置电流Idr，若满足Idr>Idl，则认定故障发生在本所左侧区间，否则，认定故障发生在本所右侧区间；

所述获取处于对应时间时所需参数的数值，将所需参数的数值带入参数矩阵，包括：将获取的对应时间时本所单向导通装置电流I1、利用GOOSE网络读取邻所此刻单向导通装置电流I2、邻所馈线电流I3和本所馈线电流I4，带入如下方程组：整理成如下矩阵：

式中，α是接触网单位电阻和回流轨单位电阻之比，β是接触网单位电阻和钢轨单位电阻之比，u1为左侧所整流器输出电压，u2为右侧所整流器输出电压，r为此段区间接触网总电阻；

R1为列车左侧接触网电阻，R2为列车右侧接触网电阻，R3为回流轨短路点与列车取流点间电阻，R4为短路点等效电阻，R5是列车等效电阻。

2.根据权利要求1所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，其特征在于，预设故障判定策略包括：通过GOOSE网络读取本所两侧的邻所中的单向导通装置的电流，进行判断，认定电流高的一侧邻所为短路故障侧。

3.根据权利要求1所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，其特征在于，所述获取在对应时间时的所需参数的数值，将所需参数的数值带入参数矩阵，包括：通过GOOSE网络读取对应时间时刻的本所馈线电流I4及邻所馈线及单向导通装置内电流I3、I2，加上本所单向导通装置电流I1一并带入参数矩阵。

4.一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，其特征在于：所述处理器用于执行上述权利要求1‑3任一所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法。

5.一种服务器，其特征在于：包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1‑3任一所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法。

6.一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1‑3任一项所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法。

说明书

一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法

技术领域

[0001] 本发明属于轨道交通技术领域，尤其是涉及一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法。

背景技术

[0002] 随着中国城镇化进程的加速和城市人口的急剧增长，市区道路交通拥堵问题已成为限制大中型城市经济和社会发展的主要障碍。为了尽早改变这一被动局面，一线城市、省会城市和沿海中心城市正在不断增加城市轨道交通线路。地铁作为城市交通的重要组成部分，其安全、可靠性和运营效率一直受到关注。目前，国内城市轨道交通大多采用基于走行轨回流的低压直流供电方式，但这种供电方式的最大缺点是钢轨对地泄露的杂散电流会对地铁隧道以及附近建筑物钢筋、金属管道形成电化学腐蚀。为解决此问题，国内学者提出专用轨回流供电技术，即供电回流不通过走行轨而通过专用轨(第四轨)回流至牵引变电所。

[0003] 虽然专用轨回流供电方式解决了杂散电流这个大问题，但其自身也存在缺点。即当正极(线路)发生对地短路(正、负极对地绝缘水平相同)时，由于短路电流很小，常规的直流保护无法切除故障。弥补直流保护的方法是将负极串联二级管接地，如图1所示。其原理是，正极接地会直接通过单向导通装置形成电流回路，直接触发馈线保护动作。问题在于负极对地短路，由于单向导通装置的存在导致负地之间电压很小，负地短路在正常运行状态下就不会有可被检测到的电流，只有在列车行进在故障区间时，才会在单向导通装置检测到不大的短路电流。本发明即利用此时的短路电流，推测是否存在故障及故障区间。

[0004] 在确定故障区间的之后，地铁短路故障测距功能的重要性就体现出来了，其能够快速准确地定位故障点，从而有效缩短检修时间，保障地铁的正常运营。这一功能对于保证地铁安全和稳定运行、提高地铁服务质量具有十分重要的意义。通过实现地铁短路故障测距功能，不仅可以提高地铁维修工作的效率，还可以减少故障对地铁运营造成的影响，从而提升地铁的服务水平。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明旨在提出一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，以解决现有牵引变电所无法获知负极对地短路时的短路点具体位置的技术问题。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0007] 一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，包括：

[0008] 当满足预设的电流变化分析条件时，读取馈线及单向导通装置的电流；

[0009] 获取当单向导通装置的电流达到目标值的对应时间，执行预设故障判定策略；

[0010] 获取处于对应时间时所需参数的数值，将所需参数的数值带入参数矩阵；

[0011] 解参数矩阵，根据计算结果推测故障点。

[0012] 进一步的，所述预设的电流变化分析条件，包括：

[0013] 实时检测单向导通装置内二极管的电流Id，进行判断，当Id电流超过定值Iset后，开始分析电流变化。

[0014] 进一步的，预设故障判定策略包括：

[0015] 通过GOOSE网络读取本所两侧的邻所中的单向导通装置的电流，进行判断，认定电流高的一侧邻所为短路故障侧。

[0016] 进一步的，所述获取在对应时间时的所需参数的数值，将所需参数的数值带入参数矩阵，包括：

[0017] 通过GOOSE网络读取对应时间时刻的本所馈线电流I4及邻所馈线及单向导通装置内电流I3、I2，加上本所单向导通装置电流I1一并带入参数矩阵。进一步的，所述开始分析电流变化，包括：

[0018] 首先，初始化局部最大值和全局最大值为0，记录当前时刻的电流值，并与上一时刻进行比较：

[0019] 若当前时刻电流值低于上一时刻，则认定上一时刻是局部最大值；

[0020] 若局部最大值高于全局最大值，更新全局最大值为上一时刻值，并通过GOOSE网络记录本所馈线及邻所馈线和单向导通装置的电流值；

[0021] 若当前时刻电流值高于上一时刻电流值，认为电流正在上升，不判断局部电流最大值。

[0022] 进一步的，所述预设故障判定策略，包括：

[0023] 通过GOOSE网络获得此时刻本所左侧单向导通装置电流Idl，以及本所右侧单向导通装置电流Idr，若满足Idr>Idl，则认定故障发生在本所左侧区间，否则，认定故障发生在本所右侧区间。

[0024] 进一步的，所述获取处于对应时间时所需参数的数值，将所需参数的数值带入参数矩阵，包括：

[0025] 将获取的对应时间时本所单向导通装置电流I1、利用GOOSE网络读取邻所此刻单向导通装置电流I2、邻所馈线电流I3和本所馈线电流I4，带入如下方程组：

[0026]

[0027] 整理成如下矩阵：

[0028]

[0029] 式中，α是接触网单位电阻和回流轨单位电阻之比，β是接触网单位电阻和钢轨单位电阻之比，u1为左侧所整流器输出电压，u2为右侧所整流器输出电压，r为此段区间接触网总电阻；

[0030] R1为列车左侧接触网电阻，R2为列车右侧接触网电阻，R3为回流轨短路点与列车取流点间电阻，R4为短路点等效电阻，R5是列车等效电阻。

[0031] 进一步的，本方案公开了一种电子设备，包括处理器以及与处理器通信连接，且用于存储所述处理器可执行指令的存储器，所述处理器用于执行一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法。

[0032] 进一步的，本方案公开了一种服务器，包括至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述至少一个处理器执行一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法。

[0033] 进一步的，本方案公开了一种计算机可读取存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法。

[0034] 相对于现有技术，本发明所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法具有以下有益效果：

[0035] (1)本发明所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，将地铁牵引站内的接地漏电保护装置接入GOOSE光纤通信网，使本线路上的全部接地漏电保护装置联网联调运行，当出现负极对地短路时，可通过GOOSE网络调用相邻站的模拟量数据进行分析，准确定位故障区位置，对于缩短检修时间，保障高铁的正常运营，具有至关重要的作用；

[0036] (2)本发明所述的一种地铁专用轨回流负对地短路故障判断及测距方法，实现四轨供电负极对地短路的故障测距功能。

附图说明

[0037] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0038] 图1是本发明实施例所述方法中单向导通装置原理图；

[0039] 图2是本发明实施例所述方法中变电所电路示意图；

[0040] 图3是本发明实施例所述方法的判断流程图。

具体实施方式

[0041] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0042] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0043] 本发明提供一种基于GOOSE通信的地铁专用轨回流供电系统负极对地短路故障测距方法，将地铁牵引站内的接地漏电保护装置接入GOOSE光纤通信网，使本线路上的全部接地漏电保护装置联网联调运行，当出现负极对地短路时，可通过GOOSE网络调用相邻站的模拟量数据进行分析，准确定位故障区位置，对于缩短检修时间，保障高铁的正常运营，具有至关重要的作用。尤其是对于采用了IEC61850技术的智能牵引变电所，可以复用既有的直流保护所间GOOSE光纤通信网络，不需要增加网络建设投资。

[0044] 本方案具体包括如下步骤：

[0045] 单向导通接地保护装置主要由二极组成，如附图1所示，单向导通接地保护装置通过检测二极管内电流实现负极对地短路故障识别。每个牵引变电站的单向导通接地保护装置需支持GOOSE通信协议并接入本站的GOOSE交换机，相邻站的GOOSE交换机级联在在一起，并在各个变电所保护装置的定值里输入本所到左右邻所间的线路长度。

[0046] 当负极对地短路时，如图2所示，若没有机车在区间运行，由于单向导通装置的存在负地之间只存在很小的二极管导通电压，不会存在短路电流。只有在区间内存在机车的情况下，回流轨中才会产生大电流，才会在单向导通装置内出现可被检测到的分流电流。

[0047] 单向导通装置整定此电流，当单向导通装置检测到电流超过整定定值Iset时，开始分析短路电流变化趋势，即首先初始化局部最大值和全局最大值为0，记录当前时刻的电流值，并于上一时刻进行比较，若当前时刻电流值低于上一时刻，则认定上一时刻是局部最大值，若局部最大值高于全局最大值，更新全局最大值为上一时刻值，并通过GOOSE网络记录本所馈线及邻所馈线和单向导通装置检测到的电流值。

[0048] 若当前时刻电流值高于上一时刻电流值，认为电流正在上升，不判断局部电流最大值。直至本所单向导通装置检测到的电流低于定值Iset为止，不再更新全局最大值并认为此值即为列车通过本区间的过程中单向导通装置所采集到的最大电流值。

[0049] 通过GOOSE网络获得此最大电流值时刻本所左侧单向导通装置电流Idl，以及本所右侧单向导通装置电流Idr，若满足Idr>Idl，则认定故障发生在本所左侧区间，否则，认定故障发生在本所右侧区间。

[0050] 确定故障区间后，利用此时刻本所单向导通装置电流I1，及利用GOOSE网络读取到的邻所此刻单向导通装置电流I2，邻所馈线电流I3，本所馈线电流I4，可列写如下方程组：

[0051]

[0052] 整理成如下矩阵：

[0053]

[0054] 式中，α是接触网单位电阻和回流轨单位电阻之比，β是接触网单位电阻和钢轨单位电阻之比。u1为左侧所整流器输出电压，u2为右侧所整流器输出电压，r为此段区间接触轨总电阻。

[0055] R1为列车左侧接触网电阻，R2为列车右侧接触网电阻，R3为回流轨短路点与列车取流点间电阻，R4为短路点等效电阻，R5是列车等效电阻。

[0056] 此为满秩矩阵，可直接解出R1，R2，R3等，则故障点即位于距左侧(R1+R3)/k处，k为接触网单位长度电阻。

[0057] 智能变电站中接地漏电继电保护装置采用上述处理方法后，能够实现专用轨回流供电方式下负极对地短路故障测距。

[0058] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

[0059] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法和系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。上述单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

[0060] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

[0061] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。