铁路电力线路故障定位系统和预警系统的制作方法

本实用新型涉及铁路技术领域，具体地涉及一种铁路电力线路故障定位系统和预警系统。

背景技术：

根据铁路标准，电力系统一般设双路10kv贯通线供电，分别为10kv一级负荷贯通线路和10kv综合负荷贯通线路。高铁、城际等采用全线电缆供电，普速铁路采用架空线或架空线加电缆混合线路供电。由于铁路电力线路外部运行环境复杂，自然灾害频繁以及受本身材质质量、设备老化等因素影响，不可避免会发生永久性或瞬时性故障。目前查找故障点主要是通过逐个分合区间线路隔离开关的方法进行排查。但是这种方法费时、费力，查找一个线路故障，往往需要较长时间，致使故障区间长时间单电源运行，供电可靠性大大降低，给铁路运输带来很大安全隐患。尤其是在山区环境和雨、雪、雾、大风等气象条件不好的情况下，查找时间需要更长，工人的劳动强度更大，效率也更低。不仅如此，高铁(城际)全线采用电缆供电，以这种方式查找故障更是困难重重，且高铁(城际)天窗检修时间是在夜间，故障点不准确，查找更耗费人力、物力，效率低，明显不能满足铁路运行需求。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的是提供一种铁路电力线路故障定位系统和预警系统，该铁路电力线路故障定位系统和预警系统可以解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供一种铁路电力线路故障定位系统，该系统包括：第一行波传感器，安装在定位区间的铁路电力线路一端，用于检测第一电压行波信号；第二行波传感器，安装在所述定位区间的铁路电力线路另一端，用于检测第二电压行波信号；定位处理器，与所述第一行波传感器以及所述第二行波传感器连接，用于记录检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间，并根据检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间得到所述定位区间的故障的位置。

优选地，所述系统还包括：gps设备，与所述定位处理器连接，用于将本地的时间和gps卫星的时间进行同步。

优选地，所述铁路电力线路由电缆屏蔽层包裹。

优选地，所述第一行波传感器和所述第二行波传感器连接所述电缆屏蔽层接地线。

优选地，所述第一行波传感器和所述第二行波传感器连接变配电设备的外壳接地线。

优选地，所述根据检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间得到所述定位区间的故障的位置包括：计算检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间的差值；根据所述差值、所述定位区间的铁路电力线路的长度以及行波传输速度，得到所述定位区间的故障的位置。

优选地，该系统还包括归一化装置，用于：在所述铁路电力线路是电缆线路和架空线路组成的混合线路时，将所述电缆线路和所述架空线路的长度和行波在所述电缆线路和所述架空线路中的传输速度进行归一化。

优选地，该系统还包括低频过滤单元，用于：对所述第一电压行波信号和所述第二电压行波信号进行频域分解，过滤低频突变量。

本实用新型还提供一种铁路电力线路预警系统，该系统包括：至少一个上文所述的铁路电力线路故障定位系统；主站系统，用于根据所述铁路电力线路故障定位系统得到的故障的结果进行预警；通信系统，用于供所述铁路电力线路故障定位系统与所述主站系统进行通信。

通过上述技术方案，采用本实用新型提供的铁路电力线路故障定位系统和预警系统，该定位系统包括：第一行波传感器，安装在定位区间的铁路电力线路一端，用于检测第一电压行波信号；第二行波传感器，安装在所述定位区间的铁路电力线路另一端，用于检测第二电压行波信号；定位处理器，用于记录检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间，并根据检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间得到所述定位区间的故障的位置。本实用新型可以在各种复杂情况下实现精确的故障定位。

本实用新型实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1是本实用新型一实施例提供的铁路电力线路故障定位系统的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例提供的行波传感器安装位置示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的行波传感器安装位置示意图；

图4是本实用新型一实施例提供的铁路电力线路预警系统的结构示意图。

附图标记说明

1第一行波传感器2第二行波传感器

3定位处理器4gps设备

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型实施例，并不用于限制本实用新型实施例。

图1是本实用新型一实施例提供的铁路电力线路故障定位系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：

第一行波传感器1，安装在定位区间的铁路电力线路一端，用于检测第一电压行波信号；

第二行波传感器2，安装在所述定位区间的铁路电力线路另一端，用于检测第二电压行波信号；

定位处理器3，与所述第一行波传感器1以及所述第二行波传感器2连接，用于记录检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间，并根据检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间得到所述定位区间的故障的位置。

本实用新型实施例基于行波技术实现电力线路故障定位。现场安装特制高频行波传感器，采集故障高频信号波头，记录到达线路两端的初始行波时间，通过计算两端的初始行波时间差得出故障距离。第一行波传感器1和第二行波传感器2构成一个定位区间，整个铁路电力线路可以有多个定位区间。

具体首先计算检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间的差值：

δt1＝t1-t2，δt2＝t2-t1，其中t1为检测到所述第一电压行波信号的时间，t2为检测到所述第二电压行波信号的时间。

然后，根据所述差值、所述定位区间的铁路电力线路的长度以及行波传输速度，得到所述定位区间的故障的位置：

其中l1、l2为故障点到定位区间两端的距离(l1为故障点至接收到第一电压行波信号的一端的距离，l2为故障点至接收到第二电压行波信号的一端的距离)，l为定位区间的铁路电力线路的长度，v为行波传输速度。

另外，本实用新型的系统还包括：gps设备4，与所述定位处理器3连接，用于将本地的时间和gps卫星的时间进行同步。通过gps设备4进行时间同步，可以使得系统在记录检测到第一电压行波信号的时间和检测到第二电压行波信号的时间更为准确。

本实用新型的系统还可以包括低频过滤装置(未绘示)，即在接收到第一行波信号和第二行波信号之后，对第一行波信号和第二行波信号进行频域特征提取以过滤低频突变信号。通过信号频域特征提取，使得铁路电力线路故障定位方法可以不受电力机车运行的干扰。传统故障定位方法中，采用低频信号突变量进行故障定位，电力机车运行过程中，将在牵引网产生突变的低频强电磁场，在电力线上产生耦合信号，使得故障定位误判误报故障。本实用新型中将通过低频过滤装置对采集到的信号进行频域分解，过滤低频突变量，避免误动作，例如采用小波工具对信号进行频域分解，具体方法：利用matlab小波包工具，选择haar母小波，将暂态信号标记到不同尺度，即对应不同频率。在过滤低频突变量之后，低频的信号就可以不进行记录，只记录高频信号，例如100khz-1mhz频带的高频信号。采用高频信号实施故障定位计算不仅避免了低频误动作，更由于高频信号波头上升沿时间更短，通常为微秒级(传统低频信号为毫秒级)，极大提高了故障定位精度，从而实现架空线路故障定位误差小于100米、电缆线路(高铁、城际)故障定位误差小于20米的目标。

如果遇到铁路电力线路是电缆-架空混合线路，本实用新型也不需要针对不同的线路类型使用不同的装置。具体地，本实用新型的系统还可以包括归一化装置(未绘示)，使用波速归一算法，将电缆线路和架空线路按照波速折合成同一种类型线路，将混合线路转化为单一类型线路进行故障定位计算。例如，设架空段行波传输速度v0；电缆段行波传输速度为v1，长度为l3。按照公式进行换算，换算后长度为l3的电缆折合成了长度为l4的架空线，行波传输速度由v1统一为v0，这样可以直接将换算后的电缆长度与架空线长度相加，并使用同一行波传输速度v0。

下面将具体介绍行波传感器的安装位置。

图2是本实用新型一实施例提供的行波传感器安装位置示意图。如图2所示，所述铁路电力线路由电缆屏蔽层包裹。所述第一行波传感器1和所述第二行波传感器2连接所述电缆屏蔽层接地线。10kv电缆芯和电缆屏蔽层之间存在分布电容，当线路发生故障，故障电压行波信号通过电缆屏蔽层分布电容传输。能够槽口高频电压行波的行波传感器开环抱接电缆屏蔽层接地线，通过采集屏蔽层接地线上的高频电流反应电缆中传输的高频电压行波信号。

图3是本实用新型另一实施例提供的行波传感器安装位置示意图。如图3所示，所述第一行波传感器1和所述第二行波传感器2连接变配电设备的外壳接地线。可用于采样的变配电设备包括：配电所调压器、基站箱变、视频箱变、分区所箱变、中继站箱变、at所箱变、岗亭箱变等各类型箱变(油浸式、干式等)。

图4是本实用新型一实施例提供的铁路电力线路预警系统的结构示意图。如图4所示，具体地，该系统包括：

1)主站系统：由配置了铁路电力线路故障定位系统软件的主站服务器及通信单元组成，安装在中心，根据所述铁路电力线路故障定位系统得到的故障的结果进行预警；

2)通信系统：为铁路通信网络，可采用铁通宽带或其他通信方式，可供铁路电力线路故障定位系统与主站系统进行通信；

3)铁路电力线路故障定位系统(即图中定位系统)：为行波在线采集终端，由行波传感器(第一行波传感器1和所述第二行波传感器2)、定位处理器3、gps设备4组成，行波传感器安装在各个配电所及箱变、台变的接地线上或电缆屏蔽层接地线上，以每个行波在线采集终端构成一个子站，每个供电臂由两端两个子站构成定位区间，相邻供电臂可共用同一个子站。

本实用新型有以下优势：

1、在线实时监测电力线路运行情况，故障发生后，系统自动计算、精准标定故障位置，无需人工干预。架空线路故障定位误差小于100米，电缆线路(高铁、城际)故障定位误差小于20米。

2、线路由于绝缘子污秽、外皮磨损、树枝距离过近等因素干扰绝缘水平有所降低，在未造成稳定故障前会产生高频暂态信号，通过对该高频暂态信号的捕捉实现故障在线预警。

3、采用高频行波信号，实现高达20kω高阻接地故障的捕捉和定位，可检测与定位10kv线路掉水泥地的故障。

4、定位技术不受中性点接地方式影响，可广泛应用于大电流接地系统(小电阻接地)和小电流接地系统(不接地)。

5、可在线预警和精准定位各种类型电力线路故障，如：相间短路、单相接地、污闪、雾闪等。

通过上述技术方案，采用本实用新型提供的铁路电力线路故障定位系统和预警系统，该定位系统包括：第一行波传感器，安装在定位区间的铁路电力线路一端，用于检测第一电压行波信号；第二行波传感器，安装在所述定位区间的铁路电力线路另一端，用于检测第二电压行波信号；定位处理器，用于记录检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间，并根据检测到所述第一电压行波信号的时间和检测到所述第二电压行波信号的时间得到所述定位区间的故障的位置。本实用新型可以在各种复杂情况下实现精确的故障定位。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。