本發(fā)明涉及一種基于無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

電氣化鐵路AT供電方式就是將若干臺(tái)變比為2:1的自耦變壓器(AT)按一定的間距(通常為10幾公里)并聯(lián)在接觸線(T)與正饋線(F)之間，其中點(diǎn)直接接鋼軌(R)。該供電方式具有供電臂長(zhǎng)、輸送功率大、對(duì)相鄰?fù)ㄐ啪€干擾小等優(yōu)點(diǎn)。為了進(jìn)一步減小牽引網(wǎng)單位長(zhǎng)度阻抗，提高供電臂末端電壓，在每個(gè)AT處將復(fù)線牽引網(wǎng)的上、下行并聯(lián)起來(lái)，稱為全并聯(lián)AT供電方式。由于自耦變壓器的影響，AT供電方式下的測(cè)量阻抗與故障點(diǎn)位置之間不再是線性關(guān)系，傳統(tǒng)的阻抗法測(cè)距原理不再適用，而且，傳統(tǒng)的測(cè)距需占用鐵路專用網(wǎng)絡(luò)(如E1通道)，裝置硬件和通訊成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距系統(tǒng)及方法，無(wú)需專用通訊線路，解決了牽引變電所及AT所、分區(qū)所無(wú)專用通訊線路或?qū)Ｓ猛ㄓ嵕€路故障時(shí)無(wú)法進(jìn)行故障測(cè)距的問(wèn)題，節(jié)約了通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距系統(tǒng)，包括設(shè)置在牽引變電所內(nèi)的測(cè)距裝置主機(jī)，其特征在于，還包括設(shè)置在各個(gè)AT所和分區(qū)所內(nèi)的測(cè)距裝置從機(jī)，所述測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)均內(nèi)置有工業(yè)級(jí)無(wú)線通訊模塊并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換，所述測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)均通過(guò)對(duì)時(shí)模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。

優(yōu)選，所述對(duì)時(shí)模塊是GPS或北斗。

一種基于無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)接收對(duì)時(shí)信號(hào)對(duì)時(shí)；

步驟2、測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)采集本站內(nèi)的接觸網(wǎng)電壓、饋線電流并打上時(shí)標(biāo)存入緩存；

步驟3、當(dāng)線路上發(fā)生故障后，測(cè)距裝置主機(jī)記錄下故障時(shí)刻時(shí)標(biāo)，從緩存中找到時(shí)標(biāo)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的采集數(shù)據(jù)，并把時(shí)標(biāo)通過(guò)工業(yè)級(jí)無(wú)線通訊模塊發(fā)給AT所和分區(qū)所內(nèi)的測(cè)距裝置從機(jī)；

步驟4、測(cè)距裝置從機(jī)接收到時(shí)標(biāo)后從緩存中找到本所時(shí)標(biāo)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的采集數(shù)據(jù)，通過(guò)工業(yè)級(jí)無(wú)線通訊模塊發(fā)回給測(cè)距裝置主機(jī)；

步驟5、測(cè)距裝置主機(jī)根據(jù)牽引所及AT所、分區(qū)所的采集數(shù)據(jù)，使用測(cè)距公式計(jì)算出故障距離。

優(yōu)選，對(duì)于單線、復(fù)線的AT供電方式下接觸網(wǎng)或者回流線與鐵軌之間的故障，測(cè)距公式為：

$X_n=\frac{L_n}{100-Q_n-Q_{n+1}}(\frac{100K_{n+1}{I}_{R,n+1}}{K_n{I}_{R,n}+K_{n+1}{I}_{R,n+1}}-Q_n)$

式中，X_n為故障點(diǎn)到故障點(diǎn)前一個(gè)AT所的牽引饋線長(zhǎng)度，L_n為故障點(diǎn)所在AT段的長(zhǎng)度，I_R,n和I_R,n+1分別為故障點(diǎn)兩側(cè)AT中性點(diǎn)的吸上電流，Q_n和Q_n+1為考慮AT漏抗和線路阻抗不均勻時(shí)的修正值，K_n和K_n+1分別為故障點(diǎn)兩側(cè)的電流分布系數(shù)。

優(yōu)選，對(duì)于全并聯(lián)AT供電方式的故障，測(cè)距公式為：

$X_n=\left|\frac{I_{FH2}-I_{TH2}}{I_{FH1}+I_{FH2}-I_{TH1}-I_{TH2}}\right|\·D$

式中，X_n為故障點(diǎn)到故障點(diǎn)前一個(gè)AT所的牽引饋線長(zhǎng)度，D為故障點(diǎn)所在AT段的長(zhǎng)度，I_FH1、I_FH2分別為故障點(diǎn)兩側(cè)饋線橫聯(lián)線電流，I_TH1、I_TH2分別為故障點(diǎn)兩側(cè)接觸網(wǎng)橫聯(lián)線電流。

本發(fā)明的有益效果是：上述方案無(wú)需專用通訊線路，保證主機(jī)獲得和從機(jī)同一時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)用于測(cè)距計(jì)算。解決了牽引變電所及AT所、分區(qū)所無(wú)專用通訊線路或?qū)Ｓ猛ㄓ嵕€路故障時(shí)無(wú)法進(jìn)行故障測(cè)距的問(wèn)題，節(jié)約了通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。用RTDS(實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀)對(duì)電鐵故障測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行了模擬測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明采用無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距方法和測(cè)距裝置具有很好的同步采樣準(zhǔn)確性和測(cè)距精度，能夠滿足AT供電方式下的故障測(cè)距的要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明測(cè)距時(shí)刻計(jì)算示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

一種基于無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距系統(tǒng)，如圖1所示，包括設(shè)置在牽引變電所內(nèi)的測(cè)距裝置主機(jī)、設(shè)置在各個(gè)AT所和分區(qū)所內(nèi)的測(cè)距裝置從機(jī)，一般的，系統(tǒng)包括1個(gè)牽引變電所、多個(gè)AT所和1個(gè)分區(qū)所。所述測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)均內(nèi)置有工業(yè)級(jí)無(wú)線通訊模塊并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換，所述測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)均通過(guò)對(duì)時(shí)模塊進(jìn)行對(duì)時(shí)。

常用的對(duì)時(shí)模塊是GPS或北斗，所有的測(cè)距裝置都接收GPS或北斗對(duì)時(shí)信號(hào)，圖1中，測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)均通過(guò)GSM天線與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。

對(duì)應(yīng)的，一種基于無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距方法，包括如下步驟：

步驟1、測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)接收對(duì)時(shí)信號(hào)對(duì)時(shí)，鐵路沿線的測(cè)距裝置都接收對(duì)時(shí)模塊信號(hào)對(duì)時(shí)，對(duì)時(shí)誤差小于1毫秒；

步驟2、測(cè)距裝置主機(jī)和測(cè)距裝置從機(jī)采集本站內(nèi)的接觸網(wǎng)電壓、饋線電流作為故障測(cè)距的電氣量并打上時(shí)標(biāo)存入緩存；

測(cè)距裝置采用帶時(shí)標(biāo)的緩存記錄歷史時(shí)刻數(shù)據(jù)，能夠保證在通訊延時(shí)較大的情況下，算法所使用的牽引所及AT所的采樣數(shù)據(jù)都是同一時(shí)刻的。

步驟3、當(dāng)線路上發(fā)生故障后，測(cè)距裝置主機(jī)記錄下故障時(shí)刻時(shí)標(biāo)，從緩存中找到時(shí)標(biāo)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的采集數(shù)據(jù)，并把時(shí)標(biāo)通過(guò)工業(yè)級(jí)無(wú)線通訊模塊發(fā)給AT所和分區(qū)所內(nèi)的測(cè)距裝置從機(jī)。

裝置內(nèi)置工業(yè)級(jí)無(wú)線通訊模塊，應(yīng)用其成熟的標(biāo)準(zhǔn)接口，只要有移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商信號(hào)的場(chǎng)合即可進(jìn)行通訊，不依賴鐵路E1等專用網(wǎng)絡(luò)即可完成測(cè)距功能。當(dāng)接觸網(wǎng)、正饋線以及鐵軌之間發(fā)生短路故障時(shí)，測(cè)距裝置整組啟動(dòng)，其它繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作跳閘切除故障，供電臂的電流消失。

步驟4、測(cè)距裝置從機(jī)接收到時(shí)標(biāo)后從緩存中找到本所時(shí)標(biāo)對(duì)應(yīng)時(shí)刻的采集數(shù)據(jù)，通過(guò)工業(yè)級(jí)無(wú)線通訊模塊發(fā)回給測(cè)距裝置主機(jī)；

步驟5、測(cè)距裝置主機(jī)根據(jù)牽引所及AT所、分區(qū)所的采集數(shù)據(jù)，使用測(cè)距公式計(jì)算出故障距離。

對(duì)于單線、復(fù)線的AT供電方式下接觸網(wǎng)或者回流線與鐵軌之間的故障，測(cè)距公式為：

$X_n=\frac{L_n}{100-Q_n-Q_{n+1}}(\frac{100K_{n+1}{I}_{R,n+1}}{K_n{I}_{R,n}+K_{n+1}{I}_{R,n+1}}-Q_n)$

式中，X_n為故障點(diǎn)到故障點(diǎn)前一個(gè)AT所的牽引饋線長(zhǎng)度，L_n為故障點(diǎn)所在AT段的長(zhǎng)度，I_R,n和I_R,n+1分別為故障點(diǎn)兩側(cè)AT中性點(diǎn)的吸上電流，Q_n和Q_n+1為考慮AT漏抗和線路阻抗不均勻時(shí)的修正值，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)獲得或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)整定，K_n和K_n+1分別為故障點(diǎn)兩側(cè)的電流分布系數(shù)。由于AT中性點(diǎn)吸上電流比原理只關(guān)注故障點(diǎn)兩側(cè)AT中性點(diǎn)的吸上電流，因此該原理可以適用于單線或復(fù)線AT供電方式接觸網(wǎng)或回流線對(duì)鐵軌短路的故障測(cè)距。

對(duì)于全并聯(lián)AT供電方式(如圖1所示)的故障，其對(duì)應(yīng)的測(cè)距公式為：

$X_n=\left|\frac{I_{FH2}-I_{TH2}}{I_{FH1}+I_{FH2}-I_{TH1}-I_{TH2}}\right|\·D$

式中，X_n為故障點(diǎn)到故障點(diǎn)前一個(gè)AT所的牽引饋線長(zhǎng)度，D為故障點(diǎn)所在AT段的長(zhǎng)度，I_FH1、I_FH2分別為故障點(diǎn)兩側(cè)饋線橫聯(lián)線電流，I_TH1、I_TH2分別為故障點(diǎn)兩側(cè)接觸網(wǎng)橫聯(lián)線電流。由于橫聯(lián)線電流比原理只關(guān)注故障點(diǎn)兩側(cè)橫聯(lián)線電流，不受AT漏抗、過(guò)渡電阻、線路互感等因素的影響，具有很高的測(cè)距精度，因此該原理可以適用于全并聯(lián)AT供電方式的任何故障類型的故障測(cè)距。

優(yōu)選，當(dāng)測(cè)距裝置主機(jī)計(jì)算牽引饋線電流低于設(shè)置的門檻時(shí)，則判斷為電流消失時(shí)刻，取電流消失前40ms的時(shí)刻作為故障時(shí)刻。比如，牽引饋線發(fā)生故障后，繼電保護(hù)設(shè)備動(dòng)作跳閘切除故障，供電臂的電流消失，取電流消失前40ms的時(shí)刻作為測(cè)距數(shù)據(jù)讀取時(shí)刻，比如此時(shí)刻為2016年1月9日12時(shí)30分15秒500毫秒，則測(cè)距裝置主機(jī)將時(shí)標(biāo)2016-01-09 10:30:15:500發(fā)給所有測(cè)距裝置從機(jī)，測(cè)距裝置從機(jī)收到數(shù)據(jù)以后，在緩存中搜索時(shí)標(biāo)為2016-01-09 10:30:15:500時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給測(cè)距裝置主機(jī)，測(cè)距裝置主機(jī)收到所有測(cè)距裝置從機(jī)的數(shù)據(jù)后按大小排序，取電流最大值與次大值用于測(cè)距計(jì)算。

牽引變電所測(cè)距裝置采用自啟動(dòng)或外部啟動(dòng)方式，無(wú)需專用通訊線路，保證主機(jī)獲得和從機(jī)同一時(shí)刻的采樣數(shù)據(jù)用于測(cè)距計(jì)算。解決了牽引變電所及AT所、分區(qū)所無(wú)專用通訊線路或?qū)Ｓ猛ㄓ嵕€路故障時(shí)無(wú)法進(jìn)行故障測(cè)距的問(wèn)題，節(jié)約了通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。用RTDS(實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀)對(duì)電鐵故障測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行了模擬測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明采用無(wú)線通訊方式的鐵路故障測(cè)距方法和測(cè)距裝置具有很好的同步采樣準(zhǔn)確性和測(cè)距精度，能夠滿足AT供電方式下的故障測(cè)距的要求。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。