故障定位方法、控制器、设备、供电网络及存储介质与流程

1.本技术涉及轨道交通技术领域，特别是直流牵引供电网络的故障定位方法、控制器、设备、供电网络及存储介质。


背景技术：

2.直流牵引供电系统是指从高压电力系统或专用电源经变换供给铁路电力机车及其辅助设备用电的电力网络，其由牵引变电所和牵引网组成。其中，直流牵引供电网络由馈线柜、接触网及轨道电路等组成。
3.在轨道交通领域的直流牵引供电回路中，涉及到的开关设备数量较多且分布在不同的位置、供电电缆数量多、一个供电区段的接触网系统距离长。不管是直流开关柜内部，还是电缆、接触网系统的故障，发生短路等电流故障时，故障电流如果达到保护整定值，直流开关柜中的直流保护装置可以跳闸以切断电路，但很难确认具体的故障类型和故障位置。故障发生后，操作人员需要对直流开关柜进行检查，并且手动去排查从直流开关柜至直流电缆至整个接触网对应的接触线区段，通过肉眼观察或对跳闸现象的分析来判断具体的故障性质以及故障发生的位置。由此，直流牵引供电网络的牵引电流故障排查的效率有待提高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提出了直流牵引供电网络的故障定位方法、控制器、设备、供电网络及存储介质，用以减少维修人员故障排查所需的时间。
5.第一方面，在本技术提供的直流牵引供电网络的故障定位方法的实施例中，所述直流牵引供电网络包括直流馈线柜、隔离开关及接触网，所述馈线柜和隔离开关之间连接有多根电缆，所述隔离开关用于给接触网供电；其特征在于，采集隔离开关的多个进线端电缆的电流信号；所述电流信号包括电流值大小以及电流方向；并基于所有所述电缆的电流信号使用如下方法进行故障定位：检测到有至少一根电缆的电流值超出预设电流值并持续至设定时间；判断是否所有电缆的电流值均超出预设电流值并持续至设定时间；若仅部分电缆的电流值超出预设电流值并持续至设定时间，且其电流方向为反向，则确定该电缆发生短路；若所有电缆的电流值超出预设电流值并持续至设定时间，则还需判断各电缆的电流方向；若所有电缆的电流方向均为正向，则确定接触网发生短路；若所有电缆的电流方向均为反向，则确定馈线柜内部发生短路。
6.在上述故障定位方法的一种优选的实施方式中，基于所有所述电缆的电流信号进行故障定位的过程还包括：基于采集的所有电缆的在同一时刻的电流值计算标准差以及平均值；分别计算各电缆的电流值与所述平均值之差的绝对值；其中，电流反向时的电流值为负值；判断所述标准差是否小于所述绝对值；若一根电缆对应的所述标准差小于所述绝对值，则确定该电缆发生故障。
7.在上述故障定位方法的一种优选的实施方式中，在确定电缆发生故障后，在直流
牵引供电网络仍供电期间，还依据如下方法确定该电缆的故障类型：当一根电缆的电流值超出第一电流设定值并持续至第一时间段时，则确定该电缆发生短路；当一根电缆的电流值超出第二电流设定值并持续至第二时间段时，则确定该电缆的绝缘层受损；其中，所述第一电流设定值大于所述第二电流设定值，且所述第一时间段小于所述第二时间段。
8.在上述故障定位方法的一种优选的实施方式中，当确定部分电缆发生短路后，基于如下逻辑回归模型估计电缆的故障位置：l＝f(i
ave
，i
max
)；其中，l为故障位置与电流传感器的距离，i
ave
为所有电缆的电流值的绝对值的平均值，i
max
为发生短路的电缆的实际电流峰值。
9.第二方面，本实施例还提供了一种控制器，所述控制器用于执行上述第一方面中任一实施方式所述的故障定位方法。
10.第三方面，本实施例还提供了一种故障定位设备，该故障定位设备包括多个电流传感器以及一个第二方面中所述的控制器。其中，多个电流传感器分别用于设置在直流牵引供电网络的隔离开关的多个进线端电缆上，以采集隔离开关的多个进线端电缆的电流信号；其中，所述电流信号包括电流值大小以及电流方向。控制器用于接收多个电流传感器采集的多根电缆的电流信号，并基于所有所述电缆的电流信号对直流牵引供电网络进行故障定位。
11.第四方面，本实施例还提供了一种直流牵引供电网络，该直流牵引供电网络使用了第三方面中所述的故障定位设备。
12.第五方面，本实施例还提供了一种计算机的可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行上述第一方面中的任一所述的故障定位方法。
附图说明
13.下面将通过参照附图详细描述本技术的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本技术的上述及其它特征和优点，附图中：
14.图1为本技术的直流牵引供电网络的一个实施例的结构示意图。
15.图2为本实施例的直流牵引供电网络的故障定位方法的基本流程示意图。
16.图3为本实施例的直流牵引供电网络的故障定位方法的补充流程示意图。
17.其中，附图标记如下：
18.1-馈线柜；2-隔离开关；3-接触网；4-电缆；5-钢轨。
19.p1-馈线柜中的故障点；p2-接触网上的故障点；p3-电缆上的故障点。
具体实施方式
20.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本技术进一步详细说明。
21.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，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技术的限制。以
及，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.直流牵引供电系统是指从高压电力系统或专用电源经变换供给铁路电力机车及其辅助设备用电的电力网络，其由牵引变电所和牵引网组成。如图1所示，直流牵引供电网络由馈线柜1、接触网3及轨道电路等组成。馈线柜1通过多根电缆4输出电压，电缆4的另一端连接隔离开关2的进线端，隔离开关2上有多个接线端子，每个接线端子可连接一根电缆4。隔离开关2的出线端直接给接触网3供电，列车的受电弓从接触网3上得电，然后通过车轮与轨道接触形成回路。
24.本实施例提供了一种故障定位设备，该故障定位设备包括多个电流传感器及一个控制器，多个电流传感器分别用于设置在直流牵引供电网络的隔离开关2的多个进线端电缆4上，即一根电缆4上设置一个电流传感器。该电流传感器为能够检测直流的大小和方向的传感器，例如为霍尔电流传感器。
25.该故障定位设备采集隔离开关2的多个进线端电缆4的电流信号；电流信号包括电流值大小以及电流方向。其中，电流正向指的是电缆4上的电流由馈线柜1流向隔离开关2，电流反向指的是电流由隔离开关2流向馈线柜1。该故障定位设备可设置成每2ms采集一次电缆4的电流信号，且该采集频率可根据需求来修改。
26.控制器接收多个电流传感器采集的多根电缆4的电流信号，并基于所有电缆4的电流信号对直流牵引供电网络进行故障定位。故障定位的结果包括接触网3发生短路、馈线柜1内部发生短路及电缆4发生短路之一。控制器用于执行如下任一实施例中的直流牵引供电网络的故障定位方法，以基于所有电缆4的电流信号进行故障定位。
27.参照图2，该故障定位方法包括：
28.s11、检测到有至少一根电缆4的电流值超出预设电流值并持续至设定时间；
29.s12、判断是否所有电缆4的电流值均超出预设电流值并持续至设定时间；
30.s13、若仅部分电缆4的电流值超出预设电流值并持续至设定时间，且其电流方向为反向，则确定该电缆4发生短路，参考图1中的故障点p3；
31.s14、若所有电缆4的电流值超出预设电流值并持续至设定时间，则还需判断各电缆4的电流方向；
32.s151、若所有电缆4的电流方向均为正向，则确定接触网3发生短路，参考图1中的故障点p2；
33.s152、若所有电缆4的电流方向均为反向，则确定馈线柜1内部发生短路，参考图1中的故障点p1。
34.上述各步骤中的设定时间与保护延时有关且可调，默认为100ms，也可以设置成10ms。
35.根据本实施例提供的故障定位方法，通过对隔离开关2的进线端各电缆4的电流检测，可及时的分析出直流牵引供电网络的具体故障点，其故障定位的结果包括接触网3发生
短路、馈线柜1内部发生短路及电缆4发生短路之一。如此，能够减少维修人员故障排查所需的时间，给出故障指引，有利于及时发现直流牵引供电网络的故障点，并快速恢复直流牵引供电网络的供电。
36.参照图3，在上述故障定位方法的一种优选的实施方式中，基于所有电缆4的电流信号进行故障定位的过程还包括：
37.s21、基于采集的所有电缆4的在同一时刻的电流值计算标准差以及平均值。
38.s22、分别计算各电缆4的电流值与平均值之差的绝对值；其中，电流反向时的电流值为负值。
39.s23、判断标准差是否小于绝对值。
40.s24、若一根电缆4对应的标准差小于绝对值，则确定该电缆4发生故障。
41.在该实施方式中，当直流牵引供电网络正常运行时，各电缆4的电流值应该很紧密的分散在平均值附近。电流的标准差表示同一时刻各电缆4上电流的差异程度，当标准差太大时说明直流牵引供电网络发生故障，根据各电缆4的对应的标准差与绝对值的比较结果，可确定发生故障的电缆4。由此，该故障定位设备除了利用步骤s11到s152描述的方法对直流牵引供电网络进行故障定位之外，还可同时利用步骤s21到s24的方法判断电缆4是否发生故障，以在电缆4故障时能够及时发现，且使故障定位的结果更准确。
42.继续参照图3，在上述故障定位方法的优选地实施方式中，在确定电缆4发生故障后，在直流牵引供电网络仍供电期间，还依据如下方法确定该电缆4的故障类型：
43.s31、判断一根电缆4是否满足其电流值超出第一电流设定值并持续至第一时间段。
44.s32、若该电缆4的电流值超出第一电流设定值并持续至第一时间段时，则确定该电缆4发生短路。
45.s33、若该电缆4的电流值没有超出第一电流设定值，则判断该电缆4是否满足其电流值超出第二电流设定值并持续至第二时间段。
46.s34、若该电缆4的电流值超出第二电流设定值并持续至第二时间段，则确定该电缆4的绝缘层受损。
47.其中，第一电流设定值大于第二电流设定值，且第一时间段小于第二时间段。例如，第一电流设定值为1000a，第二电流设定值为100a；第一时间段为毫秒级或秒级，第二时间段为分钟级或小时级的。
48.在上述故障定位方法的优选地实施方式中，在同一工况条件下，根据电缆4的短路点距离传感器位置的远近，电缆4的电流峰值会存在差异，短路点距离测量点越远其电流峰值越低。本技术的发明人利用所有电缆4的电流值的绝对值的平均值i
ave
作为工况影响因素，结合发生短路的电缆4的实际电流峰值i
max
对故障位置与电流传感器的距离l进行预测。当确定部分电缆4发生短路后，可以基于如下逻辑回归(logistic)模型估计电缆4的故障位置：l＝f(i
ave
，i
max
)。如此，维修人员以计算得到的距离l为参考值，对故障电缆4的短路点进行排查，大幅地提高了电缆4短路点的排查效率。
49.最后，本实施例还提出了一种计算机的可读存储介质，该可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令在被处理器执行时，使处理器执行上述任一实施方式中的故障定位方法。
50.本技术涉及轨道交通技术领域，特别是直流牵引供电网络的故障定位方法、控制器、设备、供电网络及存储介质。通过对隔离开关2的进线端各电缆4的电流检测，可及时的分析出直流牵引供电网络的具体故障点，其故障定位的结果包括接触网3发生短路、馈线柜1内部发生短路及电缆4发生短路之一。如此，能够减少维修人员故障排查所需的时间，给出故障指引，有利于及时发现直流牵引供电网络的故障点，并快速恢复直流牵引供电网络的供电。
51.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本专利申请中关于人的名词和代词不限于具体性别。

技术特征：
1.直流牵引供电网络的故障定位方法，所述直流牵引供电网络包括馈线柜(1)、隔离开关(2)及接触网(3)，所述馈线柜(1)和隔离开关(2)之间连接有多根电缆(4)，所述隔离开关(2)用于给接触网(3)供电；其特征在于，采集隔离开关(2)的多个进线端电缆(4)的电流信号；所述电流信号包括电流值大小以及电流方向；并基于所有所述电缆(4)的电流信号使用如下方法进行故障定位：检测到有至少一根电缆(4)的电流值超出预设电流值并持续至设定时间；判断是否所有电缆(4)的电流值均超出预设电流值并持续至设定时间；若仅部分电缆(4)的电流值超出预设电流值并持续至设定时间，且其电流方向为反向，则确定该电缆(4)发生短路；若所有电缆(4)的电流值超出预设电流值并持续至设定时间，则还需判断各电缆(4)的电流方向；若所有电缆(4)的电流方向均为正向，则确定接触网(3)发生短路；若所有电缆(4)的电流方向均为反向，则确定馈线柜(1)内部发生短路。2.根据权利要求1所述的故障定位方法，其特征在于，基于所有所述电缆(4)的电流信号进行故障定位的过程还包括：基于采集的所有电缆(4)的在同一时刻的电流值计算标准差以及平均值；分别计算各电缆(4)的电流值与所述平均值之差的绝对值；其中，电流反向时的电流值为负值；判断所述标准差是否小于所述绝对值；若一根电缆(4)对应的所述标准差小于所述绝对值，则确定该电缆(4)发生故障。3.根据权利要求2所述的故障定位方法，其特征在于，还依据如下方法确定该电缆(4)的故障类型：当一根电缆(4)的电流值超出第一电流设定值并持续至第一时间段时，则确定该电缆(4)发生短路；当一根电缆(4)的电流值超出第二电流设定值并持续至第二时间段时，则确定该电缆(4)的绝缘层受损；其中，所述第一电流设定值大于所述第二电流设定值，且所述第一时间段小于所述第二时间段。4.根据权利要求1至3中任一项所述的故障定位方法，其特征在于，当确定部分电缆(4)发生短路后，基于如下逻辑回归模型估计电缆(4)的故障位置：l＝f(i
ave
，i
max
)；其中，l为故障位置与电流传感器的距离，i
ave
为所有电缆(4)的电流值的绝对值的平均值，i
max
为发生短路的电缆(4)的实际电流峰值。5.控制器，其特征在于，所述控制器用于执行权利要求1至4中任一项所述的故障定位方法。6.用于直流牵引供电网络的故障定位设备，所述直流牵引供电网络包括馈线柜(1)、隔离开关(2)及接触网(3)，所述馈线柜(1)和隔离开关(2)之间连接有多根电缆(4)，所述隔离开关(2)用于给接触网(3)供电；其特征在于，所述故障定位设备包括：多个电流传感器，分别用于设置在直流牵引供电网络的隔离开关(2)的多个进线端电
缆(4)上，以采集隔离开关(2)的多个进线端电缆(4)的电流信号；其中，所述电流信号包括电流值大小以及电流方向；一个权利要求5所述的控制器，其用于接收多个电流传感器采集的多根电缆(4)的电流信号，并基于所有所述电缆(4)的电流信号对直流牵引供电网络进行故障定位。7.直流牵引供电网络，包括馈线柜(1)、隔离开关(2)及接触网(3)，所述馈线柜(1)和隔离开关(2)之间连接有多根电缆(4)，所述隔离开关(2)用于给接触网(3)供电；其特征在于，所述直流牵引供电网络其使用了权利要求6所述的故障定位设备。8.一种计算机的可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行权利要求1至4中任一所述的故障定位方法。

技术总结
本申请涉及轨道交通技术领域，特别是直流牵引供电网络的故障定位方法、控制器、设备、供电网络及存储介质。通过对隔离开关(2)的进线端各电缆(4)的电流检测，可及时的分析出直流牵引供电网络的具体故障点，其故障定位的结果包括接触网(3)发生短路、馈线柜(1)内部发生短路及电缆(4)发生短路之一。如此，能够减少维修人员故障排查所需的时间，给出故障指引，有利于及时发现直流牵引供电网络的故障点，并快速恢复直流牵引供电网络的供电。恢复直流牵引供电网络的供电。恢复直流牵引供电网络的供电。


技术研发人员：石宏明 马闯科
受保护的技术使用者：西门子交通技术（北京）有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/13