选线及设计方法

选线及设计方法（通用4篇）

选线及设计方法 篇1

1 引言

合理的线形设计可以保证车辆行驶的安全性、给汽车行驶提供良好的舒适性和让驾乘人员体验到优美的出行环境, 能够保证公路的技术水平和经济收益。由于受到对道路选线的认识水平、测设手段和计算方法等方面的制约, 在我国早期的公路平面线形设计中采用的是穿线交点定线的方法, 也就是导线法.这种选线方法的特点是直线线形在线形组合中占到了主要的部分, 起到了支配和控制路线走向的作用。导线法在平原、微丘区还可以满足设计要求, 但是将其用于地形复杂的山区丘陵地区进行公路平面线形设计时, 就很难适应地形环境的变化这就需要我们去寻找一些新的设计方法。

2 公路选线的原则和步骤方法

2.1 公路选线的原则

1) 在公路选线的各个环节中, 要充分利用现有的技术手段对确定的路线方案进行详细和科学的研究, 对比各个方案在技术上和经济性上的优劣, 确定出一个最佳的公路线形选择方案。

2) 确定的路线方案要保证车辆的行驶安全, 能够满足驾乘的舒适性, 同时也尽可能的缩小公路建设的工程量, 以降低公路建设的成本, 在保证建成之后正常运营的前提下, 要去的良好的经济效益和社会效益。在工程量不增加太大的情况下, 要尽可能的采用高标准的技术指标, 通告公路的使用寿命, 选取设计指标时要尽量避开规范要求的极限值.但也不能够片面的追求高指标, 以免造成不必要的浪费。

3) 选线时要考虑到公路用地和基本农田用地的关系, 尽量少占用生产生活用地。

4) 在选线时, 要做到道路线形与周围的环境协调一致。对道路沿线原有的自然景观和重要历史文物的遗址要做好保护措施。

5) 选线时, 要对道路通过地区的工程地质和水文地质情况进行详细的勘测, 以减少对公路建设的影响。对于软土、沼泽、滑坡等不良的地质地段和沙漠、冻土区等要提高重视, 尽量绕开。

6) 重视环境保护工作, 要考虑到由于修建道路和汽车行驶产生的环境污染对周围群众生产生活的影响。

2.2 公路选线的步骤方法

1) 全面布局。全面布局就是要确定公路起终点的基础之上, 定出路线的基本走向, 在路线的走向之间找出几个特殊点作为主要的公路路线控制点。

2) 逐段安排。逐段安排就是在确定路线的基本走向之后, 再相邻的大控制点之间划分成不同的段落, 参照设计道路的等级, 结合路线通过区的按地形、地质等条件选出一些细布点, 从而确定出路线带。

3) 具体定线。具体定线就是对初步确定的路线带进行加密, 结合技术标准和自然条件等, 考虑到平、纵、横三方面进行综合设计, 最后确定出道路中线的具体位置。

3 公路选线方法研究

3.1 传统的选线设计方法

1) 地形图定线法也就是纸上定线法。地形图定线法需要在大比例尺地形图上完成整个道路的选线过程, 根据地形图确定出各个特征点的具体位置。并且充分考虑到平、纵、横三方面, 使其相互协调统一。对选定的路线要进行试算, 不满足设计要求的控制点要及时的进行修改, 这要循环不断的进行, 知道所有选取的控制点都能够满足设计要求。纸上定线的方法对道路设计人员的技术要求比较高。

2) 直接定线法是结合实际的地形、地貌和水文情况, 定线人员具备实际的定线选线经验, 并且充分掌握设计资料中的各项要求, 在不断修正的基础上定出公路的线形。但是这种方法有两个方面的不足:一方面技术人员不能够保证对路线的各个点都进行详实的调查, 同时受地形地貌的影响, 无法满足良好的通视条件可能会导致在技术人员的判断上出现错误。另一方面是直接定线需要先在野外现场确定出路线平面图, 再进行内业纵断面和横断面的设计, 需要内外业两个过程来完成, 要使得平、纵、横三方面很好的结合就比较困难。虽然这种方法有缺陷, 但在平原地区或者公路等级低的情况下, 可以为充分发挥其速度快的优势, 仍然是一种重要的方法。

3.2 基于GI S技术的公路选线方法

GIS技术主要将道路的设计功能和设计要求两方面结合起来, 同时收集道路沿线必要的基础资料, 包括:公路沿线的地形图、地质图、水文、气象、交通量等。在这些资料的基础上, 利用GIS本身自带的功能对这些资料进行全面的处理。

3.2.1 建立公路选线单因素分析模型

公路选线受会社会因素、经济因素、技术因素等多方面因素的影响, 必须使各因素有机的结合在一起, 以消除不利的影响。为了找出各因素之间的联系, 需要将地形图、地质图、拟选路线平面图等图件资料进行数字化, 建立不同因素之间的空间关系, 找准它们之间联系的关键部分。

3.2.2 建立公路选线多因素空间分析模型

GIS的核心技术是进行空间的分析。在建立的单因素分析模型的基础之上, 就可以发挥GIS在空间分析上的优势, 对公路选线的各个因素进行分析, 建立公路选线多因素空间分析模型, 根据建立的模型就可以得到多因素之间的相互影响关系。结合新建公路的交通等级, 服务水平和当地的经济等情况, 并参考当地规划部门划定的道路红线, 利用GIS的空间分析功能中的缓冲区分析, 就建立了对应公路选线的缓冲区分析模型。将各个影响因素进行空间上的叠加, 研究目标的影响范围就是建立的公路带状缓冲模型, 再将之前的单因素分析模型和公路缓冲区模型进行叠加计算, 计算完成之后, 就可以很清晰的看到各因素之间的影响信息, 从中选取符合所要新建的公路的特征信息。将提取的特征信息作为一个新的信息层进行存储, 为之后的综合分析打好必要的基础。结合公路经过地区的地形和地貌特点, 建立相对应的公路带状数字高程模型DEM。在完成着一系列过程之后就可以确定公路变坡点的位置、交点位置和坡度, 能够计算出圆曲线或者是缓和曲线的最小半径, 并且能够确定公路的填挖方量, 为其后的综合分析提供必要的技术分析依据。建立公路选线的空间分析模型, 把GIS对属性数据的分析功能充分发挥出来, 对影响公路选线的各个因素的属性数据文件进行适当的修改、删除、增加, 以便于进行分析。同时从计算的结果中统计出每一个影响公路选线的项目, 就得到各因素之间的相互影响信息, 这就得到了用于综合分析的基础数据, 这一部分的数据可以很方便的进行传输和存储。GIS的结果输出能够做到灵活多变, 可以根据需要用对应的图、表的形式对结果进行输出。可输出公路诸影响因素属性表;各拟定路线影响因素影响量统计总表;公路平面线形图;公路纵断面线形图;公路断面图;公路选线影响要素图等。

3.3 多目标非线性优化选线设计方法

由于公路选线过程要考虑到技术要求, 地形地貌、环境保护等大量复杂的因素, 如果将选线过程作为一个是多目标、非线性的决策过程, 就完全可以采用方案网络图来构造备选方案, 并且建立一个多目标非线性的优化函数, 把技术、经济和环境等指标的各个子指标作为化函数中的子目标函数, 同时全面考虑到平、纵面线形的优化结合, 这是一种很好对公路选线的优化方法。

3.3.1 备选方案的构造

方案网络图是描述备选方案组的网络图。所要选定的路线方案构成一个单起点和单终点的备选方案网络图, 用下式表示:D= (V, A, U, W) 。式中:V是顶点集, V= (v1, v2, …, vn) , 其中v1是起点, vn是终点, 其他的顶点称为中间点;A是弧集:A= (aij) 其中aij代表以顶点vi为起点, vj为终点的弧;W为弧权集:W= (wij) , 其中wij为aij的权, W中的元素与A中元素一一对应。U为顶点权集:U= (u1, u2, …, uj, …, un) , 其中uj为顶点vj的权;D中, v1至vn的一条有向线路就是1个备选方案。由此, 可以找出所有的路线备选方案。

3.3.2 优化模型的建立

建立目标函数如下:min F (x) = (f1 (x) , f2 (x) , …, fj (x) , …, fp (x) ) 。式中:fj (x) 为第j个目标的目标函数, 与公路选线中的技术、经济、环境指标相对应;p为目标个数;x为|A|维列向量, x中分量xi j对应于弧aij, xij∈[0, -1]。约束条件:方案可行约束gi (x) ≥ (=) 0, i=1, 2, …, m;变量取值约束, xij=0或1, aij∈A。

3.3.3 逐步迭代求解方法

逐步法是一种很好的迭代求解方法, 在求解过程中, 决策者需要了解迭代的计算结果, 决策者就可以根据计算的结果进行合理的评价, 如果对运算结果满足公路设计的要求就可以种植迭代, 如果不满足就要结合设计要求重复进行计算, 一直到求得的结果满足设计要求为止。对于越岭线和山脊线, 由于其高差变化大, 公路路线的长度和平面位置主要考虑的因素是满足纵坡设计的要求, 在选线时必须以路线纵断面为主导, 如果在路线穿越自然保护区的情况下, 要以环境指标作为主要的参考指标。山岭地区由于河流容易形成多弯的状态, 河谷地区由于地质复杂, 通常伴随有滑坡、岩堆、泥石流等地质病害, 遭遇暴雨, 易造成山洪暴发, 会严重威胁公路的安全。所以沿溪线就是要首先解决的问题是河岸路线的选择, 路线的高度和跨河地点的选择, 就需要根据要求, 构造函数, 对目标函数进行优化的出结论。

4 结论

公路选线是公路路线设计的重要环节, 选出的路线是否合理将直接影响到道路的质量和工程造价以及道路的使用条件、安全性和使用年限。一定要重视公路的选线设计方法。积极引入高科技的现代化方法。提升公路选线设计方法的信息化水平。

参考文献

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[2]JTJ 011—94公路路线设计规范[S].

[3]孔金玲.基于GIS技术的公路选线多方案综合评价[J].武汉测绘科技大学学报, 1999, 24 (3) :214-215.

[4]廖小辉.山区公路选线优化设计模型的研究[D].福州:福建农林大学, 2005.

选线及设计方法 篇2

由于煤矿井下空间狭小空气潮湿且常有落顶和岩石塌陷事故发生,因而供电电缆易受砸、压、碰损害以及有害物质的腐蚀而发生漏电、短路、断线等故障。电缆故障从形式上可分为串联故障与并联故障。串联故障是指电缆一根芯线或多根芯线断开;并联故障是指电缆芯线对外皮或芯线之间的绝缘下降,不能承受正常运行电压。最常见的故障形式是单芯线接地[1],该种漏电故障容易引起瓦斯和煤尘爆炸[2]其它故障一般也是由单相接地故障引起的。因此,及时准确地排除电缆故障对煤矿的安全运行十分重要。

煤矿井下供电系统采用单端供电方式,系统中性点非有效接地,属于小接地电流系统[3]。供电系统一旦发生单相接地故障,由于接地电流较小,故很难确定故障点的位置。目前国内井下电力电缆的故障测距实际使用的大多是离线测距方式,主要分为阻抗法和行波法两类。电力电缆离线故障测距技术已基本成熟,但测距精度不高。因电缆故障引起的停电事件时有发生,在一定程度上影响了原煤的生产效率。所以,如何提高井下电缆故障测距的精度以及实现在线故障定位已成为井下供电系统迫切需要解决的问题之一。

由于故障线路零序特征量的暂态信号中含有丰富的故障特征信息,利用暂态零序无功功率在选线频带内的极性可选出故障线路,从而克服利用稳态分量及其它暂态选线方法的局限性。本文在采用暂态选线方法的基础上,利用有些频带的暂态高频信号与故障距离成一定映射关系的特点,运用小波分析与神经网络的紧密结合(即小波神经网络)来实现故障定位。仿真结果表明,该方法可以快速准确地实现井下电缆的在线故障选线和定位功能。

1 井下电缆单相接地故障特征分析

利用Simulink软件[4]可建立井下电缆供电系统的仿真模型,并得到各种故障情况下的零序电压、零序电流波形,从而分析总结它们的波形特征。系统仿真模型如图1所示,简化模拟矿井供电系统中井下中央变电所对2个采区和1个一般负荷供电。其中进线电缆(InLine)用YJV42,其正序电阻为0.08Ψ/km;500 m配电电缆(Line)为YJV32,其正序电阻为0.08Ψ/km,采区电缆(Mine Line)用UPQ,其正序电抗为0.732Ψ/km,正序电阻为0.07Ψ/km,长为100～150 m。采区电压为660～1 140 V,变压器(Ground Transformer)型号为KSJ2-100/6 6/0.69 kV 9.6/84 A Y/Y-12,其短路电压为4.5 V,短路电压有功分量为2.4 V,短路电压无功分量为3.82 V,空载损耗为600 W,短路损耗为2 400 W,电阻为0.113,电抗为0.182。隔爆移动变电站(Mine T)选用KSGZY-500/6 6/1.2 kV,其空载损耗为1 900 W,短路损耗为3 000 W,其短路电压百分比为4,空载电流百分比为2。Continuous为用户界面分析模块;Multimeter为万用表模块;Fault Scope为示波器模块。

仿真得到单相接地故障时的零序电压和零序电流波形如图2所示。从图2可看出,在发生单相接地故障的暂态过程中,零序电压和零序电流的变化很明显富含了故障特征量

2 暂态量小波分析选线

对于中性点不接地系统和经消弧线圈接地的配电网均能得到一个特征频带在该频带上故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反。假设第一条馈电线路发生单相接地故障,这时系统模型的零序网络如图3所示。

下面分别针对中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统进行分析。

(1)中性点不接地系统

从线路k的测量端看进去,输入零序等效阻抗为

式中:Zλ为零序特征阻抗,,其中γ0k、Z0k、y0k、L0k、C0k分别为单位长度的电阻、阻抗、导纳、电感、电容;γ为线路的零序传播常数,;Lk为线路长度;Zlk为末端负荷的零序等值阻抗。

若Zlk=∞,则有

由式(2)可导出Z0k的相频特性:

则线路k将交替发生串联谐振和并联谐振,阻抗在串联谐振时呈容性,在并联谐振时呈感性,且随着频率的升高交替呈现容性和感性。

非故障线路首次发生串联谐振(Z0k的相频特性φ=0)的临界频率为

在0<ω<ω0频带内,零序等效阻抗呈容性。设ωmin为所有非故障线路自身首次发生串联谐振频率的最小值,则在0<ω<ωmin配电线路的特征频带内,所有线路零序等效阻抗均呈容性。健全线路可等效成一个集中电容参数,而故障线路的零序等效阻抗为所有健全线路零序等效阻抗的总和。所以在选定的特征频带内,零序容性电流可理解为由故障点虚拟电源U0放电产生,经故障线路分配给其余非故障线路,即故障线路的容性电流幅值大于任何一条非故障线路,且故障线路的容性电流从线路流向母线,而非故障线路的电流从母线流向线路,二者的零序容性电流方向相反。

(2)中性点经消弧线圈接地系统

设消弧线圈在频率ωr下可以完全补偿系统的电容电流,则有

式中:C0为整个中性点不接地系统的零序网络对地等效零序电容。

那么在任意频率ω下,故障线路i检测的容性电流为

式中:分别为整个网络、出线k、消弧线圈的零序电流;U0为零序电压;C0h为故障线路等效参数电容;C0(ω)、C0(ωr)分别为任意频率ω下、临界频率ωr下的电容值。

若,则故障线路中仍有容性电流且其方向从线路流向母线,与非故障线路的容性电流流向相反。故障线路含有电容电流的临界条件为

式中:ωL为故障线路容性电流为零时的频率。

则在ωL<ωmin频带内,故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反,消除了消弧线圈的影响。

所以对于中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统的配电网,均有一个特定的频带,在该频带内故障线路的零序电流与非故障线路的流向相反。这样在选定的特征频带内,根据零序无功功率的传输方向就可以判断出故障线路,即零序无功功率为正时,线路为非故障线路,相反则为故障线路。暂态零序无功功率的计算流程如图4所示。

零序无功功率计算公式为

式中:和分别为i0(t)、u0(t-900)在小波j0和定位k上的尺度系数;dj,k和d′j,k分别为i0(t)、u0(t-900)在小波j和定位k上的尺度系数。

3 基于小波神经网络的井下电缆故障定位

小波神经网络是小波分析理论与人工神经网络结合的产物,具有小波变换良好的时频局部化特性和神经网络强大的学习能力[5]。其结合途径大致可分为松散型结合与紧密型结合,这里采用紧密型结合。

小波神经网络的结构如图5所示,其中学习样本经输入层投影压缩后作用于小波神经网络[6]。图5中,输入端有2M个节点,隐层有k个节点,给定P组输入输出样本。隐层选取的小波为Morlet小波,对网络的输出也并不是进行简单的加权求和,而是先对网络隐层小波节点的输出加权求和经Sigmoid函数变换后得到最终的网络输出。这样有利于处理分类问题,同时减少训练过程中发散的可能性[7,8]。

训练样本时,在权值和阈值的修正算法中加入动量项,引进前一步的修正值来平滑学习路径,避免引入局部极小,加速学习速率。为了避免在逐个样本训练时对权值和阈值修正可能出现的振荡,采用成批训练方法,将一批样本所产生的修正值累计后统一进行一次处理。

选取的代价函数为

式中:Yp为输出层的期望输出;yp为网络输出。

隐层输出和输出层输出分别为

式中:ψ为小波变换函数;wkm为连接权值;imp、U mp分别为神经网络输入的电流值和电压值。

小波神经网络训练算法逐步更新神经元间的连接权值wkm、wk及小波的伸缩因子ak和平移因子bk,其表达式为

式中:wknew、wkmnew、aknew、bknew为更新值;wkold、wkmold、akold、bkold为更新前的值;Δwkold、Δwkmold、Δakold、Δbkold为更新值与原值的差值;δk、δkm、δak、δbk分别为Ep对wk、wkm、ak、bk的梯度,;xpm为输入样本。

学习算法的具体实现步骤[9]:

(1)网络参数的初始化:将小波的伸缩因子ak、平移因子bk、网络连接权值wkm和wk、学习率η(η>0)以及动量因子λ(0<λ<1)赋予初始值,并令其输入样本计数器m=1。

(2)输入学习样本及相应的期望输出Yp。

(3)计算隐层及输出层的输出。

(4)计算误差和梯度向量。

(5)进行递增运算,即m=m+1,如果m

(6)当E<ε,即代价函数E小于预先设定的某个值ε(ε>0)时,停止网络的学习,否则将m重置为1,并转步骤(2)。

假设线路L1的A相发生故障,将不同条件下发生故障时得到的系统母线零序电压和线路零序电流作为输入样本对小波神经网络进行故障测距训练,然后通过训练好的网络来验证小波神经网络的实际测距能力。取表1中的故障情况,训练结果如图6所示。

从图6可看出,所选故障情况在测试中能够达到预期的结果,前提是该网络有足够的训练样本。

4 结语

提出的基于小波变换的井下电缆单相接地故障在线选线和定位方法具有精度高、抗干扰能力强、实时性好的特点。利用该方法,仅需测量井下变电站出口单端信息就能实现供电线路的选线和电缆故障定位功能,对井下供电电缆的快速、准确故障定位以及矿井的快速恢复生产和安全可靠供电具有重大意义

参考文献

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[4]黄永安,马路,刘慧敏.MATLAB 7.0/Si mulink 6.0建模仿真开发与高级工程应用[M].北京:清华大学出版社,2005.

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[8]成礼智,王红霞,罗永.小波的理论与应用[M].北京:科学出版社,2004.

选线及设计方法 篇3

既有线改建与增建二线设计，涵盖面广、涉及问题多。笔者结合自己多年从事既有线改建及增建二线设计工作的经验，从以下几个方面对既有线增建二线选线原则及方法进行探讨。

1 并行与绕行地段的选择

既有线增建二线应根据已确定的二线技术标准，结合既有设施利用情况，同时应充分考虑二线施工对既有线行车干扰等各种因素，合理的选择二线并行与绕行地段。应遵循以下几种选线原则：

1)当二线与既有线技术标准一致时，二线通常应与既有线并行。两线并行可以少占农田，节省路基土石方数量，同时便于以后运营管理。

2)当既有线标准低于二线时，有时由于既有线改建困难或其它原因，既有线平面小半径或纵断面超限坡度予以保留，二线采用新的技术标准，这时二线可以考虑采用绕行方案。

3)既有线保留超限坡度时，通过合理的二线边侧选择，使超限坡道作为下坡运行线，第二线采用较缓坡度作为上坡运行线。这时二线也可与既有线并行。

4)绕避既有线不良地质的地段，二线可以考虑采用绕行方案。当然既有线病害严重时，应随二线施工一并改建。

5)桥梁地段由于第二线桥梁基础施工时，要确保桥梁墩台地基的稳固，不致发生有害变形，两线应拉开一定施工间距。

6)增建第二线隧道施工时，应保证既有隧道的结构稳定和运营安全，两相邻隧道应满足最小线间距离要求，这时二线也可作为绕行地段考虑。

7)其它原因需要变换线间距地段，一般认为两线线间距大于12m时，路基完全分开，这时二线纵坡可不受既有线控制，这时二线也可作为绕行地段考虑。

2 第二线边侧的选择

二线并行与绕行地段确定后，绕行地段按新线设计，遵照新线选线原则和方法，这里不再叙述。对并行地段而言，第二线选在既有线线的哪一侧，对既有建筑物的稳定、第二线的工程数量、第二线施工期间和运营的干扰以及通车后的运营工作，都有重大影响。平面设计时应当综合分析各种影响因素，比较各种方案的优劣，慎重选定第二线的边侧。应特别注意以下几种情况：

1)若修建既有线时就已预留第二线的位置，则可按预留位置决定第二线的边侧。2)既有线保留超限坡度时，应使超限坡道作为下坡运行线，第二线采用较缓坡度作为上坡运行线。按左手行车原则确定第二线边侧。3)当设计线双方向货流量非常悬殊时，因第二线设计标准一般较既有线高，其运营指标好，运输成本低，将第二线布置在货流量大的方向有利。4)车站范围内第二线的合理边侧应根据车站的类别与布置图决定。保证增建二线后车站改扩建工程较省。会让站、中间站范围内，一般宜将第二线布置在客运站房对侧，以保证原有的客运设备与货场不致改建。区段站范围内，宜将第二线布置在客运站房同侧，以保证对侧机务段出口处的咽喉区不致改建。如区段站作业量较大，也可将第二线布置在机务段的外包线一侧，以减少第二线的出发列车对咽喉区的干扰，避免咽喉区的改建。5)区间第二线的边侧选择，应尽量少占农田，尽可能保留原有工程，并根据地形地质条件，力争减少工程数量，保证路基稳定。6)大中桥处，应以桥址的水文条件，基础的地质条件作为选择桥址、决定第二线边侧的主要依据，一般宜将第二线设在既有桥梁下游一侧，以避免既有导流建筑物、桥头路基防护和桥墩破冰棱设备的废弃或破坏。7)隧道处，第二线应选在地质条件较好、隧道长度较短、施工方便的一侧。8)不良地质地段，第二线无法绕避时，第二线的选边应有利于防治地质病害。图1为线路通过非活动性滑坡区时，第二线合理位置示意图。

9)路基病害地段，第二线的选边应有利于既有线的整修工作，力争结合第二线的修建来整治病害。图2为路基有道碴陷槽与路堑边坡塌滑地段选择第二线合理边侧的示意图。

10)陡坡地段，如既有线为路堤，第二线宜设在山坡上方;如既有线为路堑，则应设在下方。以减少第二线土石方工程。

3 第二线的换边

第二线边侧选定后，某一地段可能在既有线右侧合理;而在另一地段，又可能在左侧有利。这样，第二线就需要变换边侧。第二线换边，在施工中要中断行车，且给利用新建第二线运料带来困难;同时当既有线和第二线接通后，对临时运营也不利。所以设计时，应尽量减少换边次数。第二线换边地点，宜选择在：

1)低路堤或浅路堑处，使路基较为稳定;高路堤地段不应换边，以免新旧路基沉降不同，影响路基稳定和行车安全。2)纵断面不抬高不降低的地段，以保证施工中不修筑便线。3)曲线地段或双绕地段，可不额外增加曲线。直线上换边则要增加一组反向曲线，仅在特殊情况下方可采用。4)结合站内线距加宽在站外曲线上换边，可减少对施工运料和铺轨的影响。如在车站内换边，将使通过列车因侧向过岔而减速，对运营不利，不宜采用。

总之，既有线增建二线选线时，遵循以上选线原则，综合分析各种影响因素，比较各种方案的优劣，才能选择出一条技术可行、经济合理的线路方案。

参考文献

[1]铁路线路设计规范[S] (GB50090-2006) .北京:中国计划出版社, 2006.

选线及设计方法 篇4

随着电力系统的发展,配电网电缆线路越来越多,势必会导致系统电容电流急剧增加。在中性点不接地系统中,电容电流增加会严重影响设备绝缘安全和保护设备配备;中性点经消弧线圈接地虽然可以提高供电可靠性和电气设备与线路的绝缘水平,但是在电力系统发生单相接地故障时,故障线路的选择又成了难题[1]。目前,电力系统内投用的消弧控制装置的型号、种类很多,选线的原理和方法又不尽相同,若不对此有清楚的认识,则可能无法充分发挥消弧控制装置的作用,甚至引发事故。

1 消弧控制装置简介

220kV雨塘变电站10kV系统采用中性点经消弧线圈接地方式,主接线如图1所示。消弧线圈在电网发生单相接地故障时产生电感电流补偿电网电容电流,起到减小故障点残流,抑制并稳定电弧过电压,消除电磁式压变饱和引起的铁磁谐振过电压,降低线路故障跳闸率等作用[2,3,4]。

220kV雨塘变电站采用ZTJD系列智能型消弧控制装置。该装置的核心部件是JDK-9型带选线功能的消弧线圈控制器,其主要作用是通过测量并计算电力系统的电容电流来控制有载开关实现消弧线圈自动跟踪补偿,从而达到有效控制残流的目的。该装置除采用各线路有功电流分量、5次谐波、相位进行多重选线判别外,还采用有功增量法进行认定。

2 异常情况介绍

2012年3月18日晚,220kV雨塘变电站后台报“#1消弧线圈系统交流电源I失压报警”。检查发现消弧控制屏上的交流电源空开DK1跳闸,在手工投上后又一次跳闸。再次检查发现交流电源供电回路中真空接触器存在短路故障,于是拆开接至真空接触器的N线(如图2所示),重新投上DK1,正常。

在2012年3月26日晚,220kV雨塘变电站后台报“10kVⅠ母单相接地”。现场测得10kVⅠ母TV二次侧电压A相为20.6V,B相为80.4V,C相为79.6V。消弧控制装置选出10kV F3线路接地。遥控切除10kV F3开关,10kVⅠ母电压未恢复,接地故障信号未消失;后遥控切除10kV F7开关,10kVⅠ母电压立刻恢复,接地故障信号消失。分析认为可能是真空接触器损坏导致消弧控制装置选线错误。

3 异常情况分析

为确认是真空接触器故障引发单相接地故障,导致消弧控制装置选线功能失效,对消弧控制装置进行试验,以确保除真空接触器损坏外,该装置没有其它故障或问题。现场试验接线如图3所示。

L621与L622为接地变中性点外附电压互感器的二次绕组电压回路端子,1CT-A与1CT-B为接入消弧装置的回路1的零序电流回路端子。试验仪输出电压为80V,输出电流为0.2A,输出电流与输出电压同相且同时输出。模拟回路1发生单相接地故障,结果显示消弧控制装置不能正确选出回路1。

导致结果不正确有两种可能:试验方法有误或消弧控制装置本身存在异常。为此,查阅了该型号消弧控制装置的接地选线原理,如图4所示。

由图4可知,选线程序是在中性点位移电压超过相电压的20%时判断单相接地,并发出指令使微机控制器(JDK—9)中的一个继电器的常开触点闭合,控制快速投切控制盒(KTK)内的另一个继电器的常开触点,使真空接触器吸合或断开,达到投退阻尼电阻(投入和退出有功电流)的目的,最后利用阻尼电阻投退情况下的有功增量选择出单相接地线路。

由于正常运行时各线路的有功分量很小,而发生单相接地故障后短时投入阻尼电阻所产生的有功电流只流经接地线路,因此消弧控制装置选线采用“有功增量法”,即在消弧线圈二次绕组(或一次)投切一个电阻(也称为阻尼电阻),使流经接地线路的有功电流增加1～10A。“有功增量法”接线如图5所示。

未接地时,开关K闭合,阻尼电阻R2接通,相当于直接在一次回路接了一个R1=n2R2的电阻,起到阻尼限压作用。单相接地时,开关K断开,取消阻尼电阻。R2同时也作为选线时的有功增量电阻。微机判别出系统单相接地时,延时0.1s进入选线程序。

(1)微机控制K合上,并采集计算各路零序电流的基波有功分量Ipi1(i=1,2,…31)。

(2)微机控制K断开,并采集计算各路零序电流的基波有功分量Ipi2(i=1,2,…31)。

(3)计算各路零序电流基波有功分量两次采集计算值之差ΔIpi(i=1,2……31)。

(4)比较各ΔIpi,找出ΔIpi最大(ΔIpimax)的线路。

(5)将ΔIpimax与设定的最大干扰增量ΔIpi进行比较。ΔIpimax>ΔIpi时,对应的线路便为接地线路;ΔIpimax<ΔIpi时,表明没有线路接地,视为母线接地。

根据消弧控制装置原理,重新审视之前的试验方法。只向消弧控制装置通入零序电压、零序电流是不能实现正确选线的,这是因为这样无法模拟出开关K的闭合与断开,即没有模拟出有功电流的投入与退出,也就没有有功的变化,最终导致消弧选线装置不能正确选出接地故障线路。

咨询消弧控制装置厂家技术人员,了解到消弧控制装置背板D的13、14端子是板内一个继电器的常开触点。在系统接地的情况下,通过该触点快速投切控制盒(KTK)内继电器,控制真空接触器的吸合与断开,可达到投退阻尼电阻目的。试验时,将电流回路串过此触点(如图6所示),再通过程序控制继电器动作,产生电流接通与断开过程,从而模拟出有功电流的投退。

试验步骤如下:

(1)为避免加压时反充电到消弧线圈一次侧,出现高压危险,拆开外附电压互感器进线,在控制屏L621、L622端子加电压。

(2)拆开选线装置背板D的13、14端子上的配线;将试验仪电流输出线中的一根接于D板的13端子,将D板的14端子与某回路选线端子A相连;再将试验仪电流输出线的另一根与某回路选线端子B相连。由此便实现了将板内一个继电器的常开触点串到电流回路。

(3)输出电压为80V,输出电流为0.2～0.3A,输出电流和输出电压同相且同时输出。

多次模拟试验中,消弧控制装置均能正确选出模拟的接地线路,证明了试验方法是正确的,消弧控制装置是完好的。

4 结束语

在中性点经消弧线圈接地的变电站中,消弧控制装置正常、可靠运行对系统的安全稳定运行有着重要意义。而在消弧控制装置工作异常时,需根据其工作原理采用正确的试验方法,才能准确验证其完好性。

参考文献

[1]DL/T620—1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]

[2]孙云,陈李波,马树瑛.中性点经消弧线圈接地系统的优点[J].农村电气化,2002(10):27

[3]要换年,曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社,2000