一种供电故障定位的方法、装置、系统及列车与流程

本发明涉及故障定位领域，特别是涉及一种供电故障定位的方法、装置、系统及列车。

背景技术：

1、高速磁浮牵引供电系统采用长定子分段供电方式，通过牵引变电站、馈线电缆、定子开关站、馈电电缆及绕组电缆等设备构成牵引供电网络，为高速磁浮列车提供运行所需的牵引电能。由于牵引供电网络沿线路分布范围较长，且供电线路中包含不同类型的电缆、接头及连接结构，长期运行过程中容易受到环境因素、电气应力及机械损耗等影响，使线路绝缘性能下降，进而产生接地故障、短路故障及断路故障等问题。当牵引供电网络发生故障时，需要及时确定故障位置以便进行检修。目前，通常采用人工巡检或利用故障检测设备进行故障排查，但由于高速磁浮线路长度较大、供电设备分布复杂，人工方式存在检测范围大、故障点难以快速发现及定位效率低的问题。现有部分行波故障定位方法通过检测故障产生的反射波确定故障位置，未充分考虑高速磁浮牵引供电网络中不同电缆结构、电缆接头及接线母排造成的波阻抗变化，使得行波传播过程中容易产生大量结构反射波，导致故障反射波与结构反射波难以区分，影响故障位置计算准确性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种供电故障定位的方法、装置、系统及列车，能够减少人工排查工作量，提高故障定位效率和定位准确性，缩短故障检修时间，提高高速磁浮牵引供电系统运行可靠性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种供电故障定位的方法，牵引供电网络包括馈线电缆、定子段绕组电缆、电缆接头及接线母排，所述供电故障定位的方法包括：

3、确定所述馈线电缆及所述定子段绕组电缆的电缆等值电感、电缆等值电容及电缆绝缘电阻参数；

4、获取所述电缆接头及所述接线母排的接口等值电感、接口等值电容及接口等值电阻参数；

5、根据所述电缆等值电感、所述电缆等值电容、所述电缆绝缘电阻参数、所述接口等值电感、所述接口等值电容及所述接口等值电阻参数建立π型等值电路；

6、根据所述π型等值电路建立所述电气参数模型；

7、向所述牵引供电网络输入故障定位脉冲波，获取所述故障定位脉冲波在所述电气参数模型中的传播数据；

8、根据所述传播数据确定反射波数据，并根据所述反射波数据确定故障反射波；

9、根据所述故障反射波确定故障类型；

10、根据所述故障反射波确定故障反射波的传播时延，并根据所述传播时延确定故障位置。

11、另一方面，确定所述馈线电缆及所述定子段绕组电缆的电缆等值电感、电缆等值电容及电缆绝缘电阻参数，包括：

12、根据所述馈线电缆及所述定子段绕组电缆的结构参数确定电缆等值电感、电缆等值电容及电缆绝缘电阻参数，单位长度的电缆等值电感的表达式为：

13、；

14、其中，为单位长度的电缆等值电感，为真空磁导率，为相对磁导率；

15、单位长度的电缆等值电容的表达式为：

16、；

17、其中，为单位长度的电缆等值电容，r为接地铝箔半径，r为缆芯半径，为真空介电常数，为相对介电常数；

18、所述电缆绝缘电阻的表达式为：

19、；

20、其中，为单位长度的电缆绝缘电阻，为20℃的单位绝缘电阻值，为温度系数。

21、另一方面，获取所述电缆接头及所述接线母排的接口等值电感、接口等值电容及接口等值电阻参数，包括：

22、根据电缆接头及接线母排的结构参数确定接口等值电感、接口等值电容及接口等值电阻参数；

23、其中，所述接口等值电感的计算公式为：

24、；

25、所述接口等值电容的计算公式为：

26、；

27、所述接口等值电阻的计算公式为：

28、；

29、其中，为单位长度的接口等值电感，为电感修正系数，为基础电感参数，为单位长度的接口等值电容，为电容修正系数，为基础电容参数，为单位长度的接口等值电阻，为电阻修正系数，为基础电阻参数。

30、另一方面，向所述牵引供电网络输入故障定位脉冲波，获取所述故障定位脉冲波在所述电气参数模型中的传播数据，包括：

31、确定标准故障定位脉冲波作为入射波；

32、根据所述入射波在所述电气参数模型中的传播过程，获取所述入射波在不同线路结构位置产生的反射波及折射波；

33、根据所述反射波及所述折射波确定不同线路结构位置对应的反射波特征，所述反射波特征包括反射波幅值、反射波的极性、反射波时延及反射波的波形变化。

34、另一方面，根据所述入射波在所述电气参数模型中的传播过程，获取所述入射波在不同线路结构位置产生的反射波及折射波，包括：

35、根据所述入射波经过不同波阻抗线路之间的连接位置时的波阻抗变化，确定所述入射波对应的反射波的电压及折射波的电压；

36、所述折射波的电压的表达式为：

37、；

38、所述反射波的电压的表达式为：

39、；

40、其中，第一条线路的波阻抗为，第二条线路的波阻抗为，所述入射波的电压为，所述反射波的电压为，所述折射波的电压为，电压折射系数为，电压反射系数为。

41、另一方面，根据所述传播数据确定反射波数据，并根据所述反射波数据确定故障反射波，包括：

42、根据所述电气参数模型中电缆接头及接线母排对应的线路参数，确定接头反射波对应的反射电压；

43、根据所述反射电压确定动态补偿参数；

44、根据所述动态补偿参数对识别出的所述接头反射波进行补偿，以消除所述接头反射波对故障反射波的影响；

45、根据补偿后的反射波数据确定故障反射波。

46、另一方面，根据所述故障反射波确定故障类型，包括：

47、根据预设故障类型对应的故障反射波特征，对所述反射波数据进行匹配；

48、根据匹配结果确定所述故障反射波对应的故障类型；

49、其中，所述故障反射波特征包括故障类型、故障位置、反射波幅值、反射波的极性、反射波时延以及波形畸变特征。

50、另一方面，根据匹配结果确定所述故障反射波对应的故障类型，包括：

51、当所述反射波的极性与入射波的极性相反时，确定所述故障反射波对应的故障类型为短路故障；

52、当所述反射波的极性与所述入射波的极性一致时，确定所述故障反射波对应的故障类型为断路故障。

53、另一方面，根据匹配结果确定所述故障反射波对应的故障类型，包括：

54、当所述反射波幅值接近入射波幅值，且所述反射波的波形呈现明显突变特征时，确定故障类型为低阻短路故障；

55、当所述反射波幅值低于低阻短路故障对应幅值，且所述反射波的波形呈现宽幅变化特征时，确定故障类型为中阻短路故障；

56、当所述反射波幅值进一步降低，且所述反射波的波形呈现缓慢变化特征时，确定故障类型为高阻接地故障；

57、当所述反射波幅值与所述入射波幅值接近，且所述反射波的极性与所述入射波的极性一致时，确定故障类型为断路故障。

58、另一方面，根据所述故障反射波确定故障反射波的传播时延，并根据所述传播时延确定故障位置，包括：

59、当所述故障反射波传播时延小于第1个接头对应的参考传播时延时，确定故障位置位于第1个接头之前的供电线路区域；

60、当所述故障反射波传播时延位于第k个接头对应的参考传播时延与第k+1个接头对应的参考传播时延之间时，确定故障位置位于第k个接头与第k+1个接头之间的供电线路区域；

61、当所述故障反射波传播时延大于最后一个接头对应的参考传播时延时，确定故障位置位于末端供电线路区域。

62、另一方面，当所述故障反射波传播时延小于第1个接头对应的参考传播时延时，确定故障位置位于第1个接头之前的供电线路区域，包括：

63、根据所述故障反射波传播时延及校准后的波速确定故障位置，所述故障位置的表达式为：

64、；

65、当所述故障反射波传播时延位于第k个接头对应的参考传播时延与第k+1个接头对应的参考传播时延之间时，确定故障位置位于第k个接头与第k+1个接头之间的供电线路区域，包括：

66、根据第k个接头的传播时延及第k个接头的位置确定故障位置，所述故障位置的表达式为：

67、；

68、其中，为故障位置，v为校准后的波速，t为故障反射波传播时延，为第k个接头的参考传播时延，为第k个接头的位置，k为大于1的正整数。

69、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种供电故障定位的装置，包括：

70、存储器，用于存储计算机程序；

71、处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述的供电故障定位的方法的步骤。

72、另一方面，还包括：

73、输入接口，与所述处理器相连，用于获取外部导入的计算机程序、参数和命令，经处理器控制保存至存储器中；

74、显示单元，与所述处理器相连，用于显示处理器发送的数据；

75、网络端口，与所述处理器相连，用于与外部各终端设备进行通信连接。

76、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种供电故障定位的系统，包括上述的供电故障定位的装置，还包括：

77、脉冲信号发生模块，与所述供电故障定位的装置连接，用于向牵引供电网络输入故障定位脉冲波；

78、数据采集模块，与所述供电故障定位的装置连接，用于采集所述牵引供电网络中的反射波数据。

79、另一方面，还包括：

80、波形显示模块，与所述供电故障定位的装置连接，用于显示原始反射波的波形、处理后的反射波的波形及故障位置标识。

81、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种列车，包括上述的供电故障定位的系统，还包括：

82、牵引供电网络，与所述供电故障定位的系统连接，用于向所述列车提供牵引电能。

83、另一方面，所述牵引供电网络包括牵引变电站、馈线电缆、定子开关站、馈电电缆及定子段绕组电缆；

84、所述牵引变电站与所述馈线电缆连接，用于输出牵引供电电能；

85、所述馈线电缆与所述定子开关站连接，用于传输所述牵引供电电能；

86、所述定子开关站与所述馈电电缆连接，用于控制所述牵引供电电能向不同定子段输送；

87、所述馈电电缆与所述定子段绕组电缆连接，用于向所述列车对应的定子绕组提供牵引供电电能。

88、本技术提供了一种供电故障定位的方法、装置、系统及列车，涉及故障定位领域，包括获取牵引供电网络的线路参数并建立电气参数模型，使故障定位过程能够基于实际供电线路结构，提高模型与实际牵引供电网络的匹配程度；向牵引供电网络输入故障定位脉冲波并获取传播数据，实现对故障传播过程的检测；对传播过程中产生的反射波数据进行分析，确定故障反射波，降低线路结构变化对故障检测结果的影响；根据故障反射波确定故障类型并根据故障反射波传播时延确定故障位置，实现对牵引供电网络故障点的快速定位。因此，本技术能够减少人工排查工作量，提高故障定位效率和定位准确性，缩短故障检修时间，提高高速磁浮牵引供电系统运行可靠性。