專利名稱：高速電氣化鐵路全并聯(lián)at供電方式故障測(cè)距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵路供電方式中的故障測(cè)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(cè)距裝置。
背景技術(shù)：
高速鐵路的牽引動(dòng)力一般為電力牽引，在高速鐵路下，列車運(yùn)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(yīng)高速、可靠性更高的特點(diǎn)，而受 到人們青睞，其具體的連接結(jié)構(gòu)示意圖如圖l所示，即在復(fù)線AT供電方式的 基礎(chǔ)上，將上下行牽引網(wǎng)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(gè)AT站進(jìn)行電氣的橫聯(lián)后，牽引 網(wǎng)內(nèi)的電流分布及牽引網(wǎng)的測(cè)量阻抗將發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使得整個(gè)牽弓I網(wǎng) 的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得極其復(fù)雜。
當(dāng)牽引網(wǎng)線路發(fā)生短路或者斷路故障時(shí)，由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，從而 使得故障區(qū)段及故障地點(diǎn)的準(zhǔn)確判別也變得非常困難。但是，目前國內(nèi)還沒有 出現(xiàn)能夠在牽引網(wǎng)線路發(fā)生故障時(shí)及時(shí)的檢測(cè)出故障區(qū)段及故障地點(diǎn)的檢測(cè) 裝置，因此，如何在牽引網(wǎng)線路發(fā)生故障時(shí)及時(shí)的檢測(cè)出故障區(qū)段及故障點(diǎn)便 是技術(shù)人員急需解決的難題。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)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(cè)距裝置。本裝置不僅結(jié)構(gòu)非常簡單，而且 可以安裝在不同的地點(diǎn)，如變電所、AT所或分區(qū)所，并能對(duì)每個(gè)安裝點(diǎn)的故 障信息進(jìn)行精確的提取。
本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種高速電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式故障測(cè)距裝置，該故障測(cè)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(wǎng)發(fā)生各種短路故障后自動(dòng)進(jìn)行故障診斷和故障
點(diǎn)精確測(cè)距；所述的故障測(cè)距裝置由交流變換插件、測(cè)控CPU插件、信號(hào)插 件、傳感器插件、接口插件及電源插件組成，且測(cè)控CPU插件分別與信號(hào)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(hào)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(wǎng)某個(gè)地點(diǎn)發(fā)生 故障時(shí)，本故障測(cè)距裝置能夠自動(dòng)將線路故障點(diǎn)的電流互感器、電壓互感器所 采集的數(shù)據(jù)經(jīng)測(cè)控CPU插件判斷計(jì)算得到相應(yīng)測(cè)距原理所需要的中間結(jié)果。 所述的該中間結(jié)果再經(jīng)傳輸通道協(xié)議上傳至控制中心，并由設(shè)置在控制中心的 計(jì)算模塊根據(jù)所接收的中間結(jié)果完成故障類型的判斷及故障點(diǎn)的標(biāo)定。
為了進(jìn)一步提高該故障測(cè)距裝置的性能，所述的測(cè)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(shè)置有采用插卡方式并支持光 纖冗余自愈雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的通信接口 。
在所述的接口插件上還設(shè)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口及一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(jù)是利用斷路器跳閘后各處同 步失壓原理完成的。
本實(shí)用新型較現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果
(1) 本實(shí)用新型基于AT中性點(diǎn)吸上電流比原理并結(jié)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(wǎng)故障測(cè)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(wǎng)發(fā)生故障后，能夠快速、準(zhǔn)確地査找出 故障位置，將可以大量地節(jié)省尋找故障點(diǎn)的人力物力，減輕鐵路供電維護(hù)部門 的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以盡早地排除故障，恢復(fù)供電，減少由于停電造成的損失。
(2) 本實(shí)用新型創(chuàng)新性采用了同步失壓原理。各所的數(shù)據(jù)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(shí)采取相應(yīng)的防范措施，提高交通運(yùn)輸?shù)膎]-靠性，不僅有利 于及時(shí)修復(fù)故障饋線，保證牽引供電處于良好的運(yùn)行工況下，而且還能保證鐵 路系統(tǒng)的安全、可靠和高效運(yùn)輸。


圖1為現(xiàn)有的電氣化鐵路全并聯(lián)AT供電方式結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本實(shí)用新型中的測(cè)控CPU插件內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本實(shí)用新型中的接口插件內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本裝置用于變電所時(shí)的信息量提取示意圖； 圖6為本裝置用于AT所時(shí)的信息量提取示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本實(shí)用 新型的實(shí)施方式不限于此。 實(shí)施例
如圖2所示，本實(shí)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(cè)的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成-10 10V的弱電信號(hào)供A/D轉(zhuǎn)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(cè)控CPU插件是實(shí)現(xiàn)測(cè)距功能的核心，主要完成模擬數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處 理、定值存儲(chǔ)、開關(guān)量輸入/輸出、通信等功能。該測(cè)控CPU插件還提供16 個(gè)模擬信號(hào)輸入通道，經(jīng)二級(jí)阻容式低通濾波器輸出到高速多通道的A/D轉(zhuǎn) 換器件。
信號(hào)插件則由若干信號(hào)繼電器組成，能輸出告警信號(hào)，供當(dāng)?shù)?、檢測(cè)車及 遠(yuǎn)動(dòng)使用，同時(shí)提供控制信號(hào)。
接口插件通過串口與測(cè)控插件通信，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)交換，通過通信卡 與監(jiān)控機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)裝置的遠(yuǎn)方功能。接口插件與測(cè)控插件通信采用査詢方式， 接口插件由32位CPU、存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等芯片組成，該接口插件還通過串口與試驗(yàn)仿真工K軟件連接，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)仿真功能。面板組件的前面板有4個(gè) 指示燈，用于反映裝置的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。
穩(wěn)壓電源采用逆變開關(guān)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(shí)，為了能完善本裝置的測(cè)距功能，所述的接口插件還可以直接與PC 主機(jī)相連，用于各種程序或軟件的更新。在接口插件上面，還設(shè)置有USB接 口及RS232串口，用于同其他需要新增的設(shè)備或裝置相連。
圖3示出了測(cè)控CPU插件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，即該測(cè)控CPU插件的 FLASH存儲(chǔ)器、SRAM存儲(chǔ)器、CPU2及復(fù)位電路均通過總線與可編程邏輯 器件相連。同時(shí)，該可編程邏輯器件還分別與CPU1及光電隔離開關(guān)相連。該 測(cè)控CPU插件內(nèi)部還設(shè)置有二級(jí)RC濾波器及A/D轉(zhuǎn)換器，該二級(jí)RC濾波 器的輸入端接收輸入的模擬量信號(hào)，二級(jí)RC濾波器的輸出端則直接與A/D轉(zhuǎn) 換器相連，將經(jīng)過濾波后的信號(hào)傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。該A/D轉(zhuǎn) 換器的輸出端直接與CPU1相連，同時(shí)，為了方便存儲(chǔ)，該CPU1還與另一個(gè) FLASH存儲(chǔ)器相連。為了能提高處理速度和運(yùn)行速率，所述的兩個(gè)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(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)器、SRAM存儲(chǔ)器、時(shí)鐘芯 片、CPU及復(fù)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(guān)相連，用于開入量及開出量的 輸入和輸出，同時(shí)，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(cè)控CPU插件中的兩個(gè)CPU對(duì)A/D采樣數(shù) 據(jù)進(jìn)行分析、處理，按預(yù)先編制的軟件進(jìn)行故障參數(shù)計(jì)算、邏輯判斷，當(dāng)接觸 網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由自啟動(dòng)元件或外部啟動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)故障檢測(cè)程序運(yùn)行，進(jìn)行故 障距離計(jì)算與故障參數(shù)測(cè)量。本裝置同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)其它多種功能，如故障錄波、
故障報(bào)告、事件報(bào)告、自檢報(bào)告等。
其線路正常時(shí)，測(cè)距裝置測(cè)控C PU通過對(duì)A/D采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，實(shí)時(shí)記錄著線路的電壓、電流等信息，按預(yù)先編制的軟件進(jìn)行故障參數(shù)計(jì) 算、邏輯判斷；故障時(shí)，當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，由自啟動(dòng)元件或外部啟動(dòng)信號(hào) 啟動(dòng)故障檢測(cè)程序運(yùn)行，進(jìn)行故障距離計(jì)算與故障參數(shù)測(cè)量，通過變電所內(nèi)測(cè)距裝置向AT所發(fā)送召喚命令，提取故障時(shí)刻的電壓電流模值。AT所內(nèi)故測(cè) 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(shí)刻的電壓電流模值 上傳至變電所；變電所處的故障測(cè)距裝置接收到AT所傳來的電壓電流值后開 始進(jìn)行故障類型及方向判別工作，最后標(biāo)定故障點(diǎn)并將計(jì)算結(jié)果本地顯示或上 傳至調(diào)度中心。各所的數(shù)據(jù)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(shí)用新型原理故障測(cè)距時(shí)需要提取的信息量包括變電所出線處上下 行牽引網(wǎng)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(duì)時(shí)的各故障測(cè)距裝置處的電壓。針對(duì)全并 聯(lián)AT供電牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，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(cè)距裝置的軟件工 作原理包括信息量的提取、故障測(cè)距原理、故障啟動(dòng)原理、數(shù)據(jù)同步方法、數(shù) 據(jù)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(shí)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(shí)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(wǎng)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(wǎng)和橫聯(lián)線均 設(shè)有電流互感器，此時(shí)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(gè)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(shí)需要單獨(dú)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(wǎng)中的AT，一般都釆用一用一備的運(yùn)行方式，此時(shí)"理 論橫聯(lián)線電流"無法直接在上下行牽引網(wǎng)的橫聯(lián)線上取得。在AT為-一用一備 的運(yùn)行方式下，橫聯(lián)線電流采用在兩個(gè)AT靠近線路側(cè)求取的方法，其"理論 橫聯(lián)線電流"為并聯(lián)上下行兩側(cè)互感之和的 一半，可以采用將分布在上下行兩 側(cè)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(tái)AT 都投入使用時(shí)的橫聯(lián)線電流的提取。 AT中性點(diǎn)吸上電流比原理在T-R、 F-R故障下，AT中性點(diǎn)吸上電流比原理可以解決故障點(diǎn)標(biāo)定問 題。測(cè)距公式如下A、'2Z2 +Z3"1 T 、'2z2在斷線情況下AT中性點(diǎn)吸上電流比原理也可以解決故障點(diǎn)標(biāo)定問題( ①電源側(cè)接地、非電源側(cè)懸空斷線接地故障時(shí)，測(cè)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(guān)的參數(shù)，可由現(xiàn)場實(shí)際實(shí)驗(yàn)得②非電源側(cè)接地、電源側(cè)懸空斷線接地故障時(shí)，測(cè)距公式如下1 =〖4(尺5 —「Sl +式中&、 ^為與AT漏抗、線路參數(shù)有關(guān)的系數(shù)，可由現(xiàn)場實(shí)際實(shí)驗(yàn)得出。 AT中性點(diǎn)吸上電流比原理不能解決T-F故障標(biāo)定問題?？衫米杩狗治?法來進(jìn)行T-F短路故障測(cè)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(diǎn)標(biāo)定問題。8測(cè)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(diǎn)標(biāo)定問題。 ①電源側(cè)接地、非電源側(cè)懸空斷線接地故障時(shí)，測(cè)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(guān)的參數(shù)，可由現(xiàn)場實(shí)際實(shí)驗(yàn)得②非電源側(cè)接地、電源側(cè)懸空斷線接地故障時(shí)，測(cè)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(guān)的系數(shù)，可由現(xiàn)場實(shí)際實(shí)驗(yàn)得出。 啟動(dòng)元件與數(shù)據(jù)同步1、 變電所啟動(dòng)元件及數(shù)據(jù)召喚故障時(shí)，變電所處裝置接受繼電保護(hù)動(dòng)作給出的啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng)裝置的測(cè)距 功能。并給出一個(gè)命令，通過遠(yuǎn)動(dòng)管理機(jī)向AT所及分區(qū)亭故障測(cè)裝置發(fā)布接 收數(shù)據(jù)的信號(hào)，各裝置收到信號(hào)后，按照協(xié)議將數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)動(dòng)通道上送。2、 所、分區(qū)亭裝置啟動(dòng)與數(shù)據(jù)同步正常情況下，AT所或分區(qū)亭故測(cè)裝置完成數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控工作； 故障時(shí)，各所、亭饋線斷路器跳閘，故測(cè)裝置判斷下式成立啟動(dòng)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(nèi)的數(shù)據(jù)上傳。變電 所故測(cè)裝置接收到傳來的數(shù)據(jù)后，根據(jù)記錄下的故障時(shí)刻查找與此時(shí)刻最接近 的數(shù)據(jù)用來計(jì)算標(biāo)定故障位置。本實(shí)用新型基于AT中性點(diǎn)吸上電流比原理并結(jié)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(wǎng)故障測(cè)距問題。整套裝置測(cè)距方案的基本 思路是線路正常時(shí)，測(cè)距裝置實(shí)時(shí)記錄著線路的電壓、電流等信息；故障時(shí)， 通過繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)使變電所內(nèi)測(cè)距裝置啟動(dòng)測(cè)距功能，向AT所發(fā)送召喚 命令，提取故障時(shí)刻的電壓電流模值。AT所內(nèi)故測(cè)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(shí)刻的電壓電流模值上傳至變電所；變電所處的 故障測(cè)距裝置接收到AT所傳來的電壓電流值后開始進(jìn)行故障類型及方向判別 工作，最后標(biāo)定故障點(diǎn)并將計(jì)算結(jié)果本地顯示或上傳至調(diào)度中心。各所的數(shù)據(jù) 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(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)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(cè)距裝置，其特征在于，該故障測(cè)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(wǎng)發(fā)生各種短路故障后自動(dòng)進(jìn)行故障診斷和故障點(diǎn)精確測(cè)距；所述的故障測(cè)距裝置由交流變換插件、測(cè)控CPU插件、信號(hào)插件、傳感器插件、接口插件及電源插件組成，且測(cè)控CPU插件分別與信號(hào)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(hào)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(wǎng)某個(gè)地點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，本故障測(cè)距裝置能夠自動(dòng)將線路故障點(diǎn)的電流互感器、電壓互感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)測(cè)控CPU插件判斷計(jì)算得到相應(yīng)測(cè)距原理所需要的中間結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)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(cè)距 裝置，其特征在于，所述的測(cè)控CPU插件采用32位的高性能CPU芯片。
3、 根據(jù)權(quán)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(cè)距 裝置，其特征在于，在所述的接口插件上還設(shè)置有采用插卡方式并支持光纖冗 余自愈雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的通信接口。
4、 根據(jù)權(quán)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(cè)距 裝置，其特征在于，在所述的接口插件上還設(shè)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口及一 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的USB接口。
5、 根據(jù)權(quán)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(cè)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(shí)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(cè)距裝置，其特征在于，該故障測(cè)距裝置由交流變換插件、測(cè)控CPU插件、信號(hào)插件、傳感器插件、接口插件及電源插件組成，且測(cè)控CPU插件分別與信號(hào)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(hào)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(wǎng)某個(gè)地點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，本故障測(cè)距裝置能夠自動(dòng)將線路故障點(diǎn)的電流互感器、電壓互感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)測(cè)控CPU插件判斷計(jì)算得到相應(yīng)測(cè)距原理所需要的中間結(jié)果。本實(shí)用新型能夠大量地節(jié)省尋找故障點(diǎn)的人力物力，減輕鐵路供電維護(hù)部門的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以盡早地排除故障恢復(fù)供電，減少由于停電造成的損失。
文檔編號(hào)G01R31/02GK201327523SQ20082014125
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年11月7日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:成都交大許繼電氣有限責(zé)任公司;西南交通大學(xué)