專利名稱：高速電氣化鐵路全并聯(lián)at供電方式故障測距裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鐵路供電方式中的故障測距系統(tǒng)，具體是指一種高速電氣 化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距裝置。
背景技術：
高速鐵路的牽引動力一般為電力牽引，在高速鐵路下，列車運行速度高、 行車密度大，要求列車牽引功率大、供電分區(qū)盡量少、可靠性高。全并聯(lián)AT 供電方式由于供電功率大、供電區(qū)段長、適應高速、可靠性更高的特點，而受 到人們青睞，其具體的連接結構示意圖如圖l所示，即在復線AT供電方式的 基礎上，將上下行牽引網的接觸線T、鋼軌R和正饋線F在變電所出線處及 AT所處通過橫聯(lián)線并聯(lián)起來。由于在每一個AT站進行電氣的橫聯(lián)后，牽引 網內的電流分布及牽引網的測量阻抗將發(fā)生相應的變化，從而使得整個牽弓I網 的電路拓撲結構變得極其復雜。
當牽引網線路發(fā)生短路或者斷路故障時，由于其拓撲結構非常復雜，從而 使得故障區(qū)段及故障地點的準確判別也變得非常困難。但是，目前國內還沒有 出現(xiàn)能夠在牽引網線路發(fā)生故障時及時的檢測出故障區(qū)段及故障地點的檢測 裝置，因此，如何在牽引網線路發(fā)生故障時及時的檢測出故障區(qū)段及故障點便 是技術人員急需解決的難題。

實用新型內容
本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種高速電 氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距裝置。本裝置不僅結構非常簡單，而且 可以安裝在不同的地點，如變電所、AT所或分區(qū)所，并能對每個安裝點的故 障信息進行精確的提取。
本實用新型的目的通過下述技術方案實現(xiàn) 一種高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距裝置，該故障測距裝置分別安裝在變電所、AT所或分
區(qū)所處，用于電氣化鐵路接觸網發(fā)生各種短路故障后自動進行故障診斷和故障
點精確測距；所述的故障測距裝置由交流變換插件、測控CPU插件、信號插 件、傳感器插件、接口插件及電源插件組成，且測控CPU插件分別與信號插 件、傳感器插件、接口插件及交流變換插件相連，傳感器插件還直接與信號插 件相連，所述的電源插件還直接與接口插件相連；所述的接觸網某個地點發(fā)生 故障時，本故障測距裝置能夠自動將線路故障點的電流互感器、電壓互感器所 采集的數(shù)據經測控CPU插件判斷計算得到相應測距原理所需要的中間結果。 所述的該中間結果再經傳輸通道協(xié)議上傳至控制中心，并由設置在控制中心的 計算模塊根據所接收的中間結果完成故障類型的判斷及故障點的標定。
為了進一步提高該故障測距裝置的性能，所述的測控CPU插件采用32位 的高性能CPU芯片，并在所述的接口插件上還設置有采用插卡方式并支持光 纖冗余自愈雙環(huán)網結構的通信接口 。
在所述的接口插件上還設有一個標準的RS232串口及一個標準的USB接□。
所述的通信接口支持IEC60870-5-103通信規(guī)約。
所述的電流互感器、電壓互感器所采集的數(shù)據是利用斷路器跳閘后各處同 步失壓原理完成的。
本實用新型較現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及有益效果
(1) 本實用新型基于AT中性點吸上電流比原理并結合橫聯(lián)線電流比原 理圓滿解決了全并聯(lián)AT供電方式的牽引網故障測距問題。由于本裝置可以分 別的安裝在不同的地方，因此在牽引網發(fā)生故障后，能夠快速、準確地査找出 故障位置，將可以大量地節(jié)省尋找故障點的人力物力，減輕鐵路供電維護部門 的勞動強度，可以盡早地排除故障，恢復供電，減少由于停電造成的損失。
(2) 本實用新型創(chuàng)新性采用了同步失壓原理。各所的數(shù)據同步是利用斷 路器跳閘后各處同步失壓的原理完成的。本裝置還可以有效地發(fā)現(xiàn)故障造成的安全隱患，從而及時采取相應的防范措施，提高交通運輸?shù)膎]-靠性，不僅有利 于及時修復故障饋線，保證牽引供電處于良好的運行工況下，而且還能保證鐵 路系統(tǒng)的安全、可靠和高效運輸。


圖1為現(xiàn)有的電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式結構示意圖； 圖2為本實用新型的整體結構示意圖； 圖3為本實用新型中的測控CPU插件內部結構示意圖； 圖4為本實用新型中的接口插件內部結構示意圖； 圖5為本裝置用于變電所時的信息量提取示意圖； 圖6為本裝置用于AT所時的信息量提取示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地的詳細說明，但本實用 新型的實施方式不限于此。 實施例
如圖2所示，本實用新型的交流變換插件采用電壓、電流變換器，將PT、 CT 二次側的交流信號轉換成-10 10V的弱電信號供A/D轉換器采樣。其中 電流變換器的飽和電流不小于20倍的額定電流。
測控CPU插件是實現(xiàn)測距功能的核心，主要完成模擬數(shù)據采集、數(shù)據處 理、定值存儲、開關量輸入/輸出、通信等功能。該測控CPU插件還提供16 個模擬信號輸入通道，經二級阻容式低通濾波器輸出到高速多通道的A/D轉 換器件。
信號插件則由若干信號繼電器組成，能輸出告警信號，供當?shù)亍z測車及 遠動使用，同時提供控制信號。
接口插件通過串口與測控插件通信，實現(xiàn)裝置內部數(shù)據交換，通過通信卡 與監(jiān)控機通信，實現(xiàn)裝置的遠方功能。接口插件與測控插件通信采用査詢方式， 接口插件由32位CPU、存儲器、實時時鐘等芯片組成，該接口插件還通過串口與試驗仿真工K軟件連接，實現(xiàn)試驗仿真功能。面板組件的前面板有4個 指示燈，用于反映裝置的當前運行狀態(tài)。
穩(wěn)壓電源采用逆變開關電源，輸入電壓可選DC 220V或110V，輸出為 +5V、 5A， 士15V、 0.4A和24V、 2A， 12V、 1.5A,具有輸出失電告警功能。
同時，為了能完善本裝置的測距功能，所述的接口插件還可以直接與PC 主機相連，用于各種程序或軟件的更新。在接口插件上面，還設置有USB接 口及RS232串口，用于同其他需要新增的設備或裝置相連。
圖3示出了測控CPU插件的內部結構示意圖，即該測控CPU插件的 FLASH存儲器、SRAM存儲器、CPU2及復位電路均通過總線與可編程邏輯 器件相連。同時，該可編程邏輯器件還分別與CPU1及光電隔離開關相連。該 測控CPU插件內部還設置有二級RC濾波器及A/D轉換器，該二級RC濾波 器的輸入端接收輸入的模擬量信號，二級RC濾波器的輸出端則直接與A/D轉 換器相連，將經過濾波后的信號傳輸給A/D轉換器進行模數(shù)轉換。該A/D轉 換器的輸出端直接與CPU1相連，同時，為了方便存儲，該CPU1還與另一個 FLASH存儲器相連。為了能提高處理速度和運行速率，所述的兩個CPU，即 CPU1及CPU2均采用32位的CPU控制器。
如圖4所示，接口插件的內部的FLASH存儲器、SRAM存儲器、時鐘芯 片、CPU及復位電路均通過總線分別與雙口RAM、可編程邏輯器件及485接 口相連，可編程邏輯器件還直接與光電隔離開關相連，用于開入量及開出量的 輸入和輸出，同時，雙口RAM還直接與通訊插件相連。
本故障裝置工作原理如下測控CPU插件中的兩個CPU對A/D采樣數(shù) 據進行分析、處理，按預先編制的軟件進行故障參數(shù)計算、邏輯判斷，當接觸 網發(fā)生故障時，由自啟動元件或外部啟動信號啟動故障檢測程序運行，進行故 障距離計算與故障參數(shù)測量。本裝置同時還可實現(xiàn)其它多種功能，如故障錄波、
故障報告、事件報告、自檢報告等。
其線路正常時，測距裝置測控C PU通過對A/D采樣數(shù)據進行分析、處理，實時記錄著線路的電壓、電流等信息，按預先編制的軟件進行故障參數(shù)計 算、邏輯判斷；故障時，當接觸網發(fā)生故障時，由自啟動元件或外部啟動信號 啟動故障檢測程序運行，進行故障距離計算與故障參數(shù)測量，通過變電所內測距裝置向AT所發(fā)送召喚命令，提取故障時刻的電壓電流模值。AT所內故測 裝置接收到來自變電所的召喚命令后將保存下來的故障時刻的電壓電流模值 上傳至變電所；變電所處的故障測距裝置接收到AT所傳來的電壓電流值后開 始進行故障類型及方向判別工作，最后標定故障點并將計算結果本地顯示或上 傳至調度中心。各所的數(shù)據同步是利用斷路器跳閘后各處同歩失壓的原理完成 的。按本實用新型原理故障測距時需要提取的信息量包括變電所出線處上下 行牽引網的T、 F線電壓及電流；各AT所處的T、 F線電壓和AT的吸上電流 及T、 F線橫聯(lián)線電流及用于同歩對時的各故障測距裝置處的電壓。針對全并 聯(lián)AT供電牽引網結構上的特點，信息量的提取可以分為變電所出線處信息量 提取如圖5所示，AT所處信息量提取如圖6所示。本故障測距裝置的軟件工 作原理包括信息量的提取、故障測距原理、故障啟動原理、數(shù)據同步方法、數(shù) 據處理算法和等，具體如下-如圖5所示的為牽引主變?yōu)閹е虚g抽頭的單相變壓器或Y/o或者Y/M接 線形式的變壓器時的信息量提??；若牽引主變?yōu)镾cott接線形式，則在牽引變 電所出線處還需要增加自耦變壓器，此時的信息量提取形式同圖6中AT所信 息量的提取方式。在全并聯(lián)AT供電方式下，由于上下行牽引網的斷路器為一 用一備形式，為提取"理論橫聯(lián)線電流"，在圖5中上下行牽引網和橫聯(lián)線均 設有電流互感器，此時的"理論橫聯(lián)線電流"可以用電流互感器1LH或者2LH 與電流互感器3LH的組合來求得，具體的求取組合方法取決于電流互感器1LH 與2LH那個投入使用。圖6為AT所處的電流信息量及電壓信息量提取圖，由于在利用橫聯(lián)線電 流判別故障方式時需要單獨用到正饋線和接觸線的橫聯(lián)線電流，所以電流互感器的布置采用在正饋線和接觸線的橫聯(lián)線上分別布置的方式。而在全并聯(lián)AT供電方式下上下行牽引網中的AT，一般都釆用一用一備的運行方式，此時"理 論橫聯(lián)線電流"無法直接在上下行牽引網的橫聯(lián)線上取得。在AT為-一用一備 的運行方式下，橫聯(lián)線電流采用在兩個AT靠近線路側求取的方法，其"理論 橫聯(lián)線電流"為并聯(lián)上下行兩側互感之和的 一半，可以采用將分布在上下行兩 側的互感線圈直接耦合的方式來獲得橫聯(lián)線電流。上述方式也適用于兩臺AT 都投入使用時的橫聯(lián)線電流的提取。 AT中性點吸上電流比原理在T-R、 F-R故障下，AT中性點吸上電流比原理可以解決故障點標定問 題。測距公式如下A、'2Z2 +Z3"1 T 、'2z2在斷線情況下AT中性點吸上電流比原理也可以解決故障點標定問題( ①電源側接地、非電源側懸空斷線接地故障時，測距公式如下'S2厶,'+ /,出式中^為與AT漏抗、線路參數(shù)等因素有關的參數(shù)，可由現(xiàn)場實際實驗得②非電源側接地、電源側懸空斷線接地故障時，測距公式如下1 =〖4(尺5 —「Sl +式中&、 ^為與AT漏抗、線路參數(shù)有關的系數(shù)，可由現(xiàn)場實際實驗得出。 AT中性點吸上電流比原理不能解決T-F故障標定問題?？衫米杩狗治?法來進行T-F短路故障測距。 橫聯(lián)線電流比原理在T-R、 F-R、 T-F故障下，橫聯(lián)線電流比原理可以解決故障點標定問題。8測距公式如下<formula>formula see original document page 9</formula>在斷線情況下橫聯(lián)線電流比原理也可以解決故障點標定問題。 ①電源側接地、非電源側懸空斷線接地故障時，測距公式如下<formula>formula see original document page 9</formula>出式中^為與AT漏抗、線路參數(shù)等因素有關的參數(shù)，可由現(xiàn)場實際實驗得②非電源側接地、電源側懸空斷線接地故障時，測距公式如下:<formula>formula see original document page 9</formula>式中A、 ^為與AT漏抗、線路參數(shù)有關的系數(shù)，可由現(xiàn)場實際實驗得出。 啟動元件與數(shù)據同步1、 變電所啟動元件及數(shù)據召喚故障時，變電所處裝置接受繼電保護動作給出的啟動信號，啟動裝置的測距 功能。并給出一個命令，通過遠動管理機向AT所及分區(qū)亭故障測裝置發(fā)布接 收數(shù)據的信號，各裝置收到信號后，按照協(xié)議將數(shù)據通過遠動通道上送。2、 所、分區(qū)亭裝置啟動與數(shù)據同步正常情況下，AT所或分區(qū)亭故測裝置完成數(shù)據采集、監(jiān)控工作； 故障時，各所、亭饋線斷路器跳閘，故測裝置判斷下式成立啟動0見裝置接收到來自變電所的召喚命令后，將通信緩沖區(qū)內的數(shù)據上傳。變電 所故測裝置接收到傳來的數(shù)據后，根據記錄下的故障時刻查找與此時刻最接近 的數(shù)據用來計算標定故障位置。本實用新型基于AT中性點吸上電流比原理并結合橫聯(lián)線電流比原理圓滿解決了全并聯(lián)AT供電方式的牽引網故障測距問題。整套裝置測距方案的基本 思路是線路正常時，測距裝置實時記錄著線路的電壓、電流等信息；故障時， 通過繼電保護動作信號使變電所內測距裝置啟動測距功能，向AT所發(fā)送召喚 命令，提取故障時刻的電壓電流模值。AT所內故測裝置接收到來自變電所的 召喚命令后將保存下來的故障時刻的電壓電流模值上傳至變電所；變電所處的 故障測距裝置接收到AT所傳來的電壓電流值后開始進行故障類型及方向判別 工作，最后標定故障點并將計算結果本地顯示或上傳至調度中心。各所的數(shù)據 同步是利用斷路器跳閘后各處同步失壓的原理完成的。 如上所述，便可較好的實現(xiàn)本實用新型。
權利要求1、一種高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距裝置，其特征在于，該故障測距裝置分別安裝在變電所、AT所或分區(qū)所處，用于電氣化鐵路接觸網發(fā)生各種短路故障后自動進行故障診斷和故障點精確測距；所述的故障測距裝置由交流變換插件、測控CPU插件、信號插件、傳感器插件、接口插件及電源插件組成，且測控CPU插件分別與信號插件、傳感器插件、接口插件及交流變換插件相連，傳感器插件還直接與信號插件相連，所述的電源插件還直接與接口插件相連；所述的接觸網某個地點發(fā)生故障時，本故障測距裝置能夠自動將線路故障點的電流互感器、電壓互感器所采集的數(shù)據經測控CPU插件判斷計算得到相應測距原理所需要的中間結果。
2、 根據權利要求1所述的高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距 裝置，其特征在于，所述的測控CPU插件采用32位的高性能CPU芯片。
3、 根據權利要求1所述的高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距 裝置，其特征在于，在所述的接口插件上還設置有采用插卡方式并支持光纖冗 余自愈雙環(huán)網結構的通信接口。
4、 根據權利要求1所述的高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距 裝置，其特征在于，在所述的接口插件上還設有一個標準的RS232串口及一 個標準的USB接口。
5、 根據權利要求3所述的高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距 裝置，其特征在于，所述的通信接口支持正C60870-5-103通信規(guī)約。
專利摘要本實用新型公開了一種高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測距裝置，其特征在于，該故障測距裝置由交流變換插件、測控CPU插件、信號插件、傳感器插件、接口插件及電源插件組成，且測控CPU插件分別與信號插件、傳感器插件、接口插件及交流變換插件相連，傳感器插件還直接與信號插件相連，所述的電源插件還直接與接口插件相連；所述的接觸網某個地點發(fā)生故障時，本故障測距裝置能夠自動將線路故障點的電流互感器、電壓互感器所采集的數(shù)據經測控CPU插件判斷計算得到相應測距原理所需要的中間結果。本實用新型能夠大量地節(jié)省尋找故障點的人力物力，減輕鐵路供電維護部門的勞動強度，可以盡早地排除故障恢復供電，減少由于停電造成的損失。
文檔編號G01R31/02GK201327523SQ20082014125
公開日2009年10月14日 申請日期2008年11月7日 優(yōu)先權日2008年11月7日
發(fā)明者張成武, 崗 李, 李曉航, 林國松, 熊烈斌, 陳小川, 陳德明, 高仕斌 申請人:成都交大許繼電氣有限責任公司;西南交通大學