直流轨道交通系统故障识别方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201010184761.9

申请日:

2010.05.20

公开号:

CN101860011A

公开日:

2010.10.13

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

专利权的转移IPC(主分类):H02H 7/00变更事项:专利权人变更前权利人:北京交通大学变更后权利人:北京交通大学变更事项:地址变更前权利人:100044 北京市西直门外上园村3号北京交通大学科技处变更后权利人:100044 北京市西直门外上园村3号北京交通大学科技处变更事项:专利权人变更后权利人:华北电力科学研究院有限责任公司登记生效日:20131104|||著录事项变更IPC(主分类):H02H 7/00变更事项:发明人变更前:和敬涵 喻乐 李墨雪 杜芳 胡俊 薄志谦 安德鲁·克里墨变更后:和敬涵 喻乐 李墨雪 杜芳 胡俊 薄志谦 安德鲁·克里墨 曹天植 付宏伟 赵炜炜 李烜 王丰|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02H 7/00申请日:20100520|||公开

IPC分类号:

H02H7/00

主分类号:

H02H7/00

申请人:

北京交通大学

发明人:

和敬涵; 喻乐; 李墨雪; 杜芳; 胡俊; 薄志谦; 安德鲁·克里墨

地址:

100044 北京市西直门外上园村3号北京交通大学科技处

优先权:

专利代理机构:

北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246

代理人:

黄家俊

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内容摘要

本发明公开了一种直流轨道交通系统故障识别方法,该方法利用墨西哥小帽小波变换技术,通过被保护元件(例如地铁线路)保护装置对霍尔型电流互感器的电流波形进行采样得到电流瞬时值;当电流有突变时取得电流突变后电流采样值;使用电流突变后的采样值计算墨西哥小帽小波变换;保护装置判断是否发生故障,保护直流轨道交通系统正常可靠运行。

权利要求书

1.一种直流轨道交通系统故障识别方法,其特征在于,利用墨西哥小帽小波变换技术,包括以下步骤:被保护元件的保护装置对电流互感器的电流波形进行采样得到电流瞬时值;当电流有突变时取得电流突变后的电流采样值;利用所述电流突变后的电流采样值计算墨西哥小帽小波变换结果;由变换出的结果的终点值与起始值的差值与差值预设上限值与下限值进行比较,若差值高于上限值则判断为直流机车启动,保护装置不动作;若差值低于下限值则判断为直流机车正常运行,保护装置不动作;若差值在上限值与下限值之间,则是发生故障,保护装置动作。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述被保护元件包括直流馈电线路、地铁线路。3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电流互感器包括霍尔型电流互感器。4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,对所述电流波形采样前进行高次谐波滤除、幅值相位调整、模数转换处理。

说明书

直流轨道交通系统故障识别方法

技术领域

本发明涉及直流轨道交通系统领域,更具体地涉及直流馈电线路继电保护的方法。

背景技术

在直流轨道交通系统中,直流馈电线路继电保护经常使用电流上升率与电流增量保护作为主保护。它的拒动(应动作而未动作)和误动(不应动作而动作),都会造成直流列车不安全运行,损坏供电设备,使乘客人身安全受到威胁,给国民经济带来巨大损失。

电流上升率与电流增量保护是采用电流上升率作为突变判断,当发生突变后检测延时前后的电流差值,根据差值是否超过限值判断是否故障。由于在实际运行中,存在远端短路及高阻接地短路情况,在延时后可能出现电流差值未超过限值的情况,造成保护拒动;在上行线与下行线双车先后启动的情况下,在延时后可能出现电流差值超过限值的情况,造成保护误动。

发明内容

为解决现有技术容易造成拒动和误动的问题,本发明提供了一种新的直流轨道交通系统故障识别方法。

所述方法利用墨西哥小帽小波变换,包括以下步骤:

被保护元件(如直流馈电线路)的保护装置对霍尔型电流互感器的电流波形经过高次谐波滤除、幅值相位调整、模数转换后进行采样得到电流瞬时值;

当电流有突变时取得电流突变前后电流采样值;

使用电流突变后的采样值计算墨西哥小帽小波变换;由计算出的变换结果终点与启始点的差值与差值预值W与V(W>V)比较,若计算出的差值大于W则认为属于机车启动情况;若计算出的差值小于V则认为属于机车调速或电流正常波动;若计算出的差值小于W且大于V则认为属于故障情况,保护装置动作,跳开断路器,隔离故障元件,保证轨道交通可靠运行。

本发明可较好地解决长期以来由于在实际运行中,存在远端短路及高阻接地短路的情况,在延时后可能出现电流差值未超过限值的情况,造成的保护装置拒动;在上行线与下行线双车先后启动的情况下,在延时后可能出现电流差值超过限值的情况,造成的保护装置误动;从而提高了保护装置的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明作详细说明:

图1为本发明的算法流程图;

图2为本发明实施例中远方短路电流进行墨西哥小帽小波变换的第七重小波分解的CWT结果;

图3为本发明实施例中机车启动电流进行墨西哥小帽小波变换的第七重小波分解的CWT结果。

具体实施方式

图1是本发明方法的流程示意图。

步骤S101,保护装置对电流进行采样,得到电流的瞬时采样值存入采样队列;

步骤S102使用电流上升率判据判断电流是否有突变,电流无突变则结束,若有突变则进入步骤S103;

步骤S103从采样队列中取得电流突变后的电流采样值;

步骤S104使用S103中得到的采样值,计算采样值墨西哥小帽小波变换结果;

步骤S105计算墨西哥小帽小波变换终点与起始点的差值;

步骤S106判断S105得到的差值是否大于预设上限值W:

若差值大于W则判为电流为机车启动所产生,进入步骤S109,闭锁保护,进入S110结束;

若差值小于W则进入步骤S107判断S105得到的差值是否大于预设下限值V;

步骤S107:若差值大于V则判为电流为故障情况所产生,进入步骤S108,保护动作跳开断路器,进入S110结束;

若差值小于V则判为电流为机车调速或电流正常波动所产生,进入步骤S109,闭锁保护,进入S110结束。远方短路电流:

单边双机组供电,10kv交流系统,三相双向双绕组牵引变压器,三相6脉波桥式整流,铁三轨馈电,走行轨回流。系统参数如下:

1.交流系统参数:

            Xs=0.004452/phase(已折算至变压器二次侧值)

2.变压器参数:

变压器容量:1.8MVA

电压比:10.5KV/0.64KV

频率:50HZ

变压器短路阻抗:7%

短路损耗:13KW

各等值参数计算如下:

xT=0.0159Ω/phase

rT=0.00164Ω/phase

LT=0.0506mH/phase

3.640v电缆电阻:0.00010/phase

4.整流器参数:

整流桥臂正向压降:5V

桥臂电阻:0.55mΩ

5.其它接触电阻:0.0005Ω/phase

6.电站直流侧电阻、电感:

变电站直流电缆电阻:0.0006Ω

变电站直流电缆电感:0.03mH

其它接触电阻和电感:0.0006Ω,0.04mH

7.等效参数计算:

交流侧总电抗:

X=0.0044+0.0159==0.0203Ω/phase

交流侧总电阻:

R=0.00164+0.0001+0.0005=0.00224Ω/phase

直流侧电感:

Ldc_all=0.03+0.04=0.07mH

直流侧电阻:

Rdc_all=0.0006+0.0006=0.0012Ω

8.双机组单端供电远端短路计算电站整流等效电路参数(按照整流在第I工况计算换相等值):

Lstation=(0.0969+0.07)/2=0.083mH

Rstation=(0.0227+0.0012)/2=0.012Ω

9.三轨和走行轨参数:

三轨51.36kg/m,截面积6543mm2,周长为527mm,相对磁导率μr=300,电导率σ=8*106s/m。

走行轨为51.514kg/m,截面积6300mm2,周长为607mm,相对磁导率μr=180,电导率σ=4.1*106s/m。

利用麦克斯韦方程组和Bessel函数,通过故障电流迭代计算部分结果,如下表所示:

使用墨西哥小帽小波变换处理远方短路电流。

机车起动电流:

机车牵引电机(M1-M4)采用三相交流异步电动机,参考北京地铁13号线机车主要参数如下:

●额定功率180kW

●额定电压550V

●额定电流237A

●转速2011r/min

●频率68Hz

●转差率1.4%

●效率≥90%

●功率因数≥85%

●定子每项电阻、漏抗:r1=0.122Ω x1=0.79Ω

●转子折算到定子侧的每相电阻、漏抗:r2=0.117Ω x2=0.733Ω

●机车上平抗滤波器电感:L=5.2mH

采用2台交流感应电机模型等效机车内电机M1-M4,每台电机额定功率等效为360kW,额定电压为550V。交流异步牵引电动机由两台牵引逆变器进行集中供电,电机输入端直接与逆变器输出端相连,电路图如图3,再对机车电传动过程进行计算:

电机输出功率:

Pmo=P/η1=420.8/0.97=433.8(kW)

(等效单电机输出最大功率=433.8kW/2=216.9kW),式中:η1——电机传动效率,取0.97,P——牵引功率。

电机输入功率:

Pmi=Pmo2=433.8/0.92=471.5(kW)

(等效单电机输入最大功率=471.5kW/2=235.75kW),式中:η2——电机效率,取0.92。

变流器输出功率:

(等效单变流器输出最大功率=554.75/2=277.4kW),式中:——电机功率因数,取85%。

等效单电机最大电流:

Id=(PI/2)/3Ud=(554.75×1000/2)/1.732×550=291.2(A)]]>

式中:Ud——电机额定线电压。

直流侧最大电流(单IGBT逆变器):

Id=(PI/2)/UL×η3=(554.75×1000/2)/600×0.95=486.6(A)

式中:UL——电网直流侧电压,η3——逆变器效率,取95%。

使用墨西哥小帽小波变换处理机车启动电流。

分别对上述远方短路电流和机车启动电流进行墨西哥小帽小波变换的第七重小波分解的CWT结果,见附图2和附图3,根据本系统特征,取W值为300,V值为100,根据图1:当变换结果终点与启始点的差值大于300,可判断为机车启动电流,保护装置不动作;当差值小于100,可判断为直流机车正常运行,保护装置不动作;当差值介于100与300之间,属于故障情况,保护装置动作。

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本发明公开了一种直流轨道交通系统故障识别方法,该方法利用墨西哥小帽小波变换技术,通过被保护元件(例如地铁线路)保护装置对霍尔型电流互感器的电流波形进行采样得到电流瞬时值;当电流有突变时取得电流突变后电流采样值;使用电流突变后的采样值计算墨西哥小帽小波变换;保护装置判断是否发生故障,保护直流轨道交通系统正常可靠运行。 。

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