專利名稱：線路或鐵路滑接線短路檢驗及對短路點定位的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于線路的電短路檢驗與短路點定位的方法和設備。特別適用于電氣鐵道和無軌電車的饋電線和滑接線，也就是架空線和接觸軌。也可以用于諸如高壓直流傳輸這樣一類的線路。
電短路檢驗應當在電線由于短路而斷開后給電網(wǎng)供電主管人員提供一個相關的信息，是否為一種短暫的短路(所謂短時短路)或短路是否繼續(xù)存在(所謂持續(xù)短路)。在電氣鐵道的滑接線發(fā)生持續(xù)短路的情況下一般應當考慮到鐵路的標準建筑接近限界受到限制，鐵道的行車路線存在障礙物這些情況。
很希望在這種情況下對電短路點定位給運行主管人員提供一個盡可能快和盡可能準確的有關信息，在什么地點短路以及因而對列車存在危險。同時確定發(fā)生短路的接觸網(wǎng)區(qū)段，這樣就可以把它斷開，而其他饋電區(qū)段可以重新接通。
眾所周知，為了對線路進行電短路檢驗，再次直接接通電源。這種再接包含重新短路以及各種危險，而且不可能對短路點進行定位。
另外還知道，通常對滑接線進行短路檢驗，使電源通過一個歐姆電阻接通，而且由這個串聯(lián)電阻的電氣參數(shù)值得出短路是否繼續(xù)存在或者消失的結論。因為電氣鐵道的接觸網(wǎng)的短路點通常都具有接觸電阻，特別是當樹木碰到滑接線的時候，所以這種方法總是不能提供準確的結果。
進一步還知道，為了進行短路點定位，特別是在交流電氣鐵道的情況下沿著滑接線裝設了電流互感器或電壓互感器，他們部分地接有繼電器，這些繼電器在電流或電壓的某一臨界值下吸合或釋放。這些互感器的輸出量或這些繼電器的位置指示就可以明確地推斷大致的短路區(qū)。這些互感器，繼電器及其所屬的遠距離傳輸設備在技術上是昂貴的。電流互感器不能有選擇地得到保護，而且是潛在的持續(xù)短路點。這樣就不能隨時隨地把短路電流強度與工作電流強度可靠地區(qū)分開來，這是因為前者經(jīng)常受到接觸電阻的影響。因為互感器只是裝在接觸網(wǎng)的個別點上，也就是只裝在火車站和其他工作點上，而且特別是在長途鐵路上，線路區(qū)段間的距離有幾公里長，因而短路點精確地定位是不可能的。
另外還知道，在鐵路上短路點定位總是這樣進行的，在通過歐姆串聯(lián)電阻持續(xù)地接通電源的情況下，由電網(wǎng)供電主管人員逐步地在電氣上把滑接線的每個區(qū)段分離開直到電氣參數(shù)的顯示突然改變?yōu)橹?。最終斷開的電氣設備部分就是有短路的。這種方法見效的時間很大程度上取決于具有遠距離控制的鐵路線路裝備，電網(wǎng)供電主管人員的反應程度以及偶然情況。這個過程要持續(xù)幾分鐘，在這個時間內(nèi)區(qū)段上的事故依然存在。因為在接觸網(wǎng)中開關裝在很大的距離上，也就是裝在火車站和其他工作點上，特別是長途鐵路區(qū)段間的距離有幾公里長，因而短路點精確地定位是不可能的。
最后已知的是，在用計算機輔助的電網(wǎng)供電控制點上裝有計算機檢索程序，它可以自動控制接觸網(wǎng)分步地斷開。這種檢索程序的采用意味著需要很大的軟件投資。特別是電機開關操縱機構的運行時間是不變的，而在此時間內(nèi)區(qū)段上的事故依然存在。因而在這里，特別是在長途鐵路上二個開關之間的接觸網(wǎng)區(qū)段有幾公里長時，短路點同樣完全不能精確地定位。
本發(fā)明要解決的任務是，對于線路，特別是電氣鐵路的滑接線在技術上可用最簡單的方法，最快而準地進行其短路檢驗和短路點定位。
根據(jù)本發(fā)明，用于電線，特別是電氣鐵路的滑接線的電短路檢驗和短路點定位的方法為a)產(chǎn)生一個其頻率(f)可變的供電信號(U，I)，b)這個供電信號經(jīng)過一個電振蕩回路(9，10)而接到線路(13-18)上，c)供電信號的頻率在電信號達到極限值以及相角(ψ)為零前一直在變化，這是判斷短路的依據(jù)，d)根據(jù)處于極限值并且相角為零時的供電信號頻率(fK)與短路點(lK)的固有頻率(fO)之間的失諧程度來判斷。
用于電線，特別是電氣鐵路的滑接線的電短路檢驗與短路點定位的設備，包括a)具有一個產(chǎn)生頻率(f)可變的供電信號(U，I)的電源(1)，和b)具有一個電振蕩回路(9，10)，上述供電信號通過該回路送到線路(13-18)上，其中c)在電信號達到極限值并且相角(ψ)為零前供電信號的頻率一直在變化，這是判斷短路的依據(jù)，以及d)根據(jù)處于極限值并且相角為零時的供電信號頻率(fK)與短路點(lK)的固有頻率(fO)之間的失諧程度來判斷。
本發(fā)明的基礎是電氣振蕩回路原理和對其適用的電工定律。
本發(fā)明的其他方法還包括當電信號為極限值并且相角為零時產(chǎn)生一個有短路的顯示信號、依據(jù)處于極限值并且相角為零的供電信號頻率(fK)與振蕩回路的固有頻率(fO)間失諧程度而得到一個短路點(lK)的顯示信號、根據(jù)處于極限值并且相角為零的情況下的供電信號、振蕩回路和電線的電氣參數(shù)(U，I，RO，R′，LO，L′，fK，fO)來判斷短路性質(zhì)(RK)、以及產(chǎn)生一個短路性質(zhì)的顯示信號。
本發(fā)明的設備還包括當電信號為極限值并且相角為零時產(chǎn)生一個有短路的顯示信號的裝置、根據(jù)處于極限值并且相角為零的供電信號頻率(fK)與振蕩回路的固有頻率(fO)之間的失諧程度而得到一個短路點(lK)的顯示信號的裝置、根據(jù)處于極限值并且相角為零的情況下的供電信號、振蕩回路和電線的電氣參數(shù)(U，I，RO，R′，LO，L′，fK，fO)來判斷短路性質(zhì)(RK)。的裝置、產(chǎn)生一個短路性質(zhì)的顯示信號的裝置、供電信號可以是一個正弦交流電壓，也可以是一個正弦交流電流，電振蕩回路可以是一個串聯(lián)振蕩回路，或再接有一個電阻(8)，本發(fā)明的設備裝有一臺計算機(19)，有關供電信號的一些重要參數(shù)像電壓(U)和電流強度(I)輸入到計算機中并進行電工學的或鐵路運行的以及電網(wǎng)運行方面的處理，為了確定校正值，可以手動或自動方式將接觸網(wǎng)的開關工作狀態(tài)、電線的負荷值、滑接導線的磨損值以及氣象數(shù)據(jù)輸入給計算機，計算機的功能還可全部或部份地合并到其他防護與控制技術系統(tǒng)中。
短路時振蕩回路由于有短路線路的電氣參數(shù)的作用而失諧。失諧的程度就是短路點與振蕩回路裝設點間的距離大小。采用本發(fā)明的優(yōu)點特別在于，斷開的線路，其電短路檢驗不會發(fā)生再次短路的危險，而且其檢驗結果在相應構成振蕩回路時，與短路點處的接觸電阻無關或者在長距離滑接線區(qū)段的情況下不會由于受到電容分布參數(shù)的影響而被歪曲。本發(fā)明的優(yōu)點還在于，在接觸網(wǎng)中，特別是在交流電氣鐵道的接觸網(wǎng)中對于進行短路點定位在很大的程度上可以不用電流互感器和電壓互感器，使短路點的定位與運行主管人員盡可能無關地進行，在用計算機輔助的接觸網(wǎng)運行管理點可以減少用于短路點定位程序的軟件費用，在相應構成振蕩回路時定位結果同樣與短路點的接觸電阻無關，在相應的結構中可以區(qū)別金屬性短路(例如斷裂的架空導線落在鋼軌上)與具有接觸電阻的短路(例如樹木碰到架空導線上)，并且與一個區(qū)段的長度比起來大致要精確得多。本發(fā)明的優(yōu)點還在于，如果短路尚未切斷，例如在惡劣的氣候條件下預防性地測定翻倒的樹木位置時，檢驗與定位均可進行并給出結果。本發(fā)明的優(yōu)點最后還在于，可以避免列車在受到限制的標準建筑接近限界地點失事，這些特別是對于高速鐵路來說是有利的，而且能使所有沒有短路故障的接觸網(wǎng)區(qū)段很快重新供電。
為了能盡量快速而準確地得出這種檢驗和定位的結果，然后可相應地用適當方式進行處理，在本發(fā)明的一個有益的設置中，裝置上測得的電壓和電流強度值被自動地輸入到計算機中去，有關供電信號的一些重要參數(shù)像電壓(U)和電流強度(I)輸入到計算機中并進行電工學或鐵路運行的以及電網(wǎng)運行方面的處理。用對配置在接觸網(wǎng)中的電流互感器或電壓互感器的輸出量進行處理，或者用直接接到這些互感器上的繼電器的吸合與釋放狀態(tài)進行處理。借助于有關的滑接線存儲的電氣數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)，在處理完這些輸入以后，經(jīng)這臺計算機輸出一些信息，而且必要時對配電作業(yè)在粗略定位之后可以精確定位。定位之后輸出電網(wǎng)工作的和鐵路運行的信息。這些信息由計算機要么傳給接觸網(wǎng)的運行主管人員，并有利于傳給列車運行人員，要么就自動傳送開關運轉(zhuǎn)程序和列車安全與調(diào)制系統(tǒng)中去。這樣短路點定位的結果就不會由于接觸網(wǎng)其開關工作狀態(tài)變化、隨溫度而變化的導電體有效電阻、因磨損引起的截面縮小而使滑接導體有效電阻增大以及溫度或其他氣候原因引起分布參數(shù)的變化而受到歪曲，使采用本發(fā)明的另一種結構時，接觸網(wǎng)區(qū)段的斷開與再次接通、滑接線和其他導體的環(huán)境溫度及電負荷、滑接導線定時測量的磨損值以及諸如空氣溫度與土壤濕度這樣一些數(shù)據(jù)都可以手動地或自動輸入到計算機中去，由此計算機可在其內(nèi)部形成校正系數(shù)?？捎醚鼐€路進行檢驗測量這樣有益的方式來校準計算機，這樣就可以由平均值來校正分布參數(shù)的局部誤差。
本發(fā)明的其他優(yōu)點和細節(jié)由下面所述的一個最佳實例借助附圖和從屬權利要求予以說明。其中

圖1表示本發(fā)明的一個最佳實施例，它有一個可產(chǎn)生可變頻率的正弦電壓或正弦電流電源的靜態(tài)變頻器以及一個串聯(lián)振蕩回路。
圖2表示處于第一自動化級的圖1的實施例。
圖3表示處于第二自動化級的圖1的實施例。
圖4表示處于第三自動化級的圖1的實施例。
其他一些裝置可以用旋轉(zhuǎn)電機作為電壓或電流源，或采用并聯(lián)振蕩回路。本發(fā)明裝置的耦合可以固定地或動態(tài)地進行。
對于圖1的實施例，在單極等效電路圖中示有一個帶短路而待檢驗的線路。該線路用其產(chǎn)生的接近恒定的分布參數(shù)，即用單位長度串聯(lián)電阻R′和單位長度串聯(lián)電感L′來表示。并聯(lián)電容和漏泄電阻，甚至振蕩回路電容的損耗電阻和振蕩回路的電抗都可以忽略不計。
在圖1中，一臺靜止的變頻器1用作產(chǎn)生可變頻率f的交流電壓U或交流電流I的電源。電壓和電流是單相的。該變頻器1的后面接有一個電流互感器2和一個電壓互感器3。在這些互感器的次級繞組上接有電流計4、電壓計5、相位計6和頻率計7。串聯(lián)振蕩回路接到互感器上，該回路由一個電感為LO的扼流圈9和一個電容值為CO的電容10組成。在振蕩回路的線路中(特別是在配電站附近短路時為避免很大的諧振電流而裝有一個恒壓源的情況下)還接入一個具有電阻值為RO的特定電阻8。
要檢驗的線路通過一個開關11接到以前所述的裝置上，而后在其開關板12上斷開該線路。虛線表示從同一臺裝置出發(fā)還可接有更多的其他線路。一根有短路的線路在供電點(開關11)和短路點16之間的長度LK范圍內(nèi)近似于與長度成比例的其值為R′·LK的串聯(lián)電阻13和與長度成比例的其值為L′·LK的串聯(lián)電感14。元件15是短路點附近的一個接觸電阻RK。短路點后面的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感在等效電路圖中用標號17和18來表示。
按圖1實施例的作用原理如下串聯(lián)振蕩回路的固有頻率為fo=12πL0·C0]]>當串聯(lián)振蕩回路與一個具有電氣參數(shù)為R′·lK和L′·lK的有短路的線路連接時將發(fā)生失諧。其固有頻率發(fā)生變化其值為fk=12π(L0+L＇·lk)·C0]]>
上述公式的一個較大的優(yōu)點是與所有的電阻無關，首先與串聯(lián)振蕩回路可能存在的特定電阻RO無關，此外甚至還與導電體、也許與鐵路鋼軌和土壤的串聯(lián)電阻無關，與電阻和頻率間的依賴關系無關，與由于截面減小，溫度與濕度波動引起的變化之間的依賴關系無關，特別是與短路處的接觸電阻RK無關。因此在短路回路的諧振頻率fK與供電點11和短路點16之間的距離LK間存著如下關系式lk= (L0)/(L＇) ·(( (fo)/(fk) )2-1)短路檢驗和短路點定位是這樣進行的將要檢驗的線路接到裝置上，并以某一起動頻率f1接通，對于這個頻率來說fo≥f1≥fo1+L′·lmaxL0]]>根據(jù)測量確定究竟有無電流，這樣確定是否有短路存在。如果有，短路點定位按如下方式進行改變頻率f使相角為零，電流互感器或電壓互感器的輸出達到極限值，也就是電流強度最大或電壓強度最大。根據(jù)現(xiàn)時帶有的頻率fK，短路點定位可以依據(jù)上面提到的函數(shù)lk＝g(fk)來確定。根據(jù)歐姆定律U＝I·(RO+R′·lK+RK)這樣可以計算出Rk= (U)/(I) -(R0+R′· (L0)/(L′) ·［( (fo)/(fk) )2-1］)并由此得出短路的性質(zhì)，即不管是金屬性的還是非金屬性的。按照傳統(tǒng)的方法，頻率的變化、相角與電流強度和電壓的監(jiān)視與讀數(shù)、諧振頻率的讀數(shù)和其對短路距離的讀數(shù)以及最后接觸電阻的計算都可以由電網(wǎng)運行主管人員來完成。然而這個過程也可以達到一定程度的自動化，就如下面所說明的那樣。一般地說，此時在各部分之間需要有變換器，對此還應理解繼電器的作用，這些繼電器在其他圖中沒有特別說明，也沒有在數(shù)據(jù)傳輸通路和設備中。
在圖2所示的第一自動化級中，變頻器1的輸出頻率由一臺計算機19進行控制，該計算機依輸入給它的互感器2和3的輸出信號來確定諧振狀況，這樣根據(jù)上面給出的公式可以計算lK和RK的值并輸出這些值。其有關的輸入設備用20來表示。在其程序設計中要考慮例如各個量，像RO，LO，CO，R′和L′是否和可能與頻率有關。在電氣鐵路中計算機包含一個數(shù)據(jù)塊，在該數(shù)據(jù)塊中對值lK，列有鐵路運轉(zhuǎn)標記，例如站名或其他工作地名，或其間的區(qū)段名，計算機依據(jù)這些標記讀出有關的數(shù)據(jù)并輸出。這種輸出至少顯示在本地的或中央的電網(wǎng)主管人員的指示器21上，但還可以在此基礎上直接顯示在鐵路調(diào)度員的指示器22上。
如果精度上要求，由于導線下垂的變化要考慮單位長度串聯(lián)電感L′的變化，則按圖3把對其有決定性影響的數(shù)值輸入到計算機中去并進行處理。這些數(shù)值主要是導體溫度，它可以直接地通過例如測溫系統(tǒng)或間接地通過導線中以及開關板上的電流互感器中工作電流強度的連續(xù)測量、以及在一個有代表性地適用于導線的氣象觀測站中對空氣溫度、太陽輻射強度和風速大小的連續(xù)測量而得到，手動或自動地將其輸入到計算機中去并在該機內(nèi)確定與所存儲的導線數(shù)據(jù)相互關系。一般精度上要求，在電氣鐵路中必須隨時隨地由運行主管人員通過計算機的輸入端20對逐漸磨損的滑接導線的截面大小進行校正。同樣在附加荷重的情況下必須進行處理，在目前情況下沒有為此目的的自動傳感元件。一般說來在電氣鐵路中大地是作為回路來使用的，并且在這種情況下鐵道反向電流的滲透深度以及單位長度串聯(lián)電感L′都受到地面承載性能的影響，當精確地要求時，為了進行校正必須輸入來自氣象站的土壤濕度值。如果精度上要求，在測定接觸電阻RK的數(shù)值時要考慮由于溫升、磨損和土壤承載性能而引起的R′值變化，則為此像校正L′一樣可以采用同樣的輸入。
在另一個圖4所示的自動化級中，計算機不僅輸出到電網(wǎng)和調(diào)度主管人員處的指示器21和22上，而且還直接地輸入到接觸網(wǎng)的相應控制設備25中以及鐵路安全系統(tǒng)的控制設備26中，接著自動地對滑接線開關27和列車上的緊急停車設施28上發(fā)出開關調(diào)定指令。
在最后一個自動化級中，將計算機并入到電網(wǎng)的總控制技術系統(tǒng)中。
權利要求
1.用于電線，例如電氣鐵路的滑接線的電短路檢驗和短路點定位的方法，其特征在于，a)產(chǎn)生一個其頻率(f)可變的供電信號(U，I)，b)這個供電信號經(jīng)過一個電振蕩回路(9，10)而接到線路(13-18)上，c)供電信號的頻率在電信號達到極限值以及相角(φ)為零前一直在變化，這是判斷短路的依據(jù)，d)根據(jù)處于極限值并且相角為零時的供電信號頻率(fk)與短路點(lk)的固有頻率(f0)之間的失諧程度來判斷。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，當電信號為極限值并且相角為零時產(chǎn)生一個有短路的顯示信號。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于，依據(jù)處于極限值并且相角為零的供電信號頻率(fK)與振蕩回路的固有頻率(fO)間失諧程度而得到一個短路點(lK)的顯示信號。
4.根據(jù)權利要求1至3之一的方法，其特征在于，根據(jù)處于極限值并且相角為零的情況下的供電信號、振蕩回路和電線的電氣參數(shù)(U，I，RO，R′，LO，L′，fK，fO)來判斷短路性質(zhì)(RK)。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其特征在于，產(chǎn)生一個短路性質(zhì)的顯示信號。
6.用于電線，例如電氣鐵路的滑接線的電短路檢驗與短路點定位的設備，其特征在于，a)具有一個產(chǎn)生頻率(f)可變的供電信號(U，I)的電源(1)，和b)具有一個電振蕩回路(9，10)，上述供電信號通過該回路送到線路(13-18)上，其中c)在電信號達到極限值并且相角(ψ)為零前供電信號的頻率一直在變化，這是判斷短路的依據(jù)，以及d)根據(jù)處于極限值并且相角為零時的供電信號頻率(fK)與短路點(lK)的固有頻率(fO)之間的失諧程度來判斷。
7.根據(jù)權利要求6的設備，其特征在于，當電信號為極限值并且相角為零時產(chǎn)生一個有短路的顯示信號。
8.根據(jù)權利要求6或7的設備，其特征在于，依據(jù)處于極限值并且相角為零的供電信號頻率(fK)與振蕩回路的固有頻率(fO)之間的失諧程度而得到一個短路點(lK)的顯示信號。
9.根據(jù)權利要求6至8之一的設備，其特征在于，根據(jù)處于極限值并且相角為零的情況下的供電信號、振蕩回路和電線的電氣參數(shù)(U，I，RO，R′，LO，L′，fK，fO)來判斷短路性質(zhì)(RK)。
10.根據(jù)權利要求9的設備，其特征在于，產(chǎn)生一個短路性質(zhì)的顯示信號。
11.根據(jù)權利要求6至10之一的設備，其特征在于，供電信號是一個正弦交流電壓。
12.根據(jù)權利要求6至10之一的設備，其特征在于，供電信號是一個正弦交流電流。
13.根據(jù)權利要求6至12之一的設備，其特征在于，電振蕩回路是一個串聯(lián)振蕩回路。
14.根據(jù)權利要求6至13之一的設備，其特征在于，電振蕩回路接有一個電阻(8)。
15.根據(jù)權利要求6至14之一的設備，其特征在于，裝有一臺計算機(19)，有關供電信號的一些重要參數(shù)像電壓(U)和電流強度(I)輸入到計算機中并進行電工學的或鐵路運行的以及電網(wǎng)運行方面的處理。
16.根據(jù)權利要求15的設備，其特征在于，為了確定校正值，以手動或自動地將接觸網(wǎng)的開關工作狀態(tài)、電線的負荷值、滑接導線的磨損值以及氣象數(shù)據(jù)輸入給計算機。
17.根據(jù)權利要求15或16的設備，其特征在于，計算機的功能全部或部份地合并到其他防護與控制技術系統(tǒng)中。
全文摘要
產(chǎn)生一個頻率可變的供電信號(U，I)。將該信號經(jīng)過一個電振蕩回路(9，10)送到線路(13—18)上。在電信號達到極限值以及相角()為零前，供電信號的頻率一直在變化，這是判斷有短路的依據(jù)。根據(jù)處于極限值和相角為零時的供電信號頻率(f
文檔編號G01R31/08GK1071759SQ9210899
公開日1993年5月5日 申請日期1992年8月1日 優(yōu)先權日1991年8月1日
發(fā)明者U·貝曼 申請人:西門子公司