专利名称：高速电气化铁路全并联at供电方式故障测距装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路供电方式中的故障测距系统，具体是指一种高速电气 化铁路全并联AT供电方式故障测距装置。
背景技术：
高速铁路的牵引动力一般为电力牵引，在高速铁路下，列车运行速度高、 行车密度大，要求列车牵引功率大、供电分区尽量少、可靠性高。全并联AT 供电方式由于供电功率大、供电区段长、适应高速、可靠性更高的特点，而受 到人们青睐，其具体的连接结构示意图如图l所示，即在复线AT供电方式的 基础上，将上下行牵引网的接触线T、钢轨R和正馈线F在变电所出线处及 AT所处通过横联线并联起来。由于在每一个AT站进行电气的横联后，牵引 网内的电流分布及牵引网的测量阻抗将发生相应的变化，从而使得整个牵弓I网 的电路拓扑结构变得极其复杂。
当牵引网线路发生短路或者断路故障时，由于其拓扑结构非常复杂，从而 使得故障区段及故障地点的准确判别也变得非常困难。但是，目前国内还没有 出现能够在牵引网线路发生故障时及时的检测出故障区段及故障地点的检测 装置，因此，如何在牵引网线路发生故障时及时的检测出故障区段及故障点便 是技术人员急需解决的难题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种高速电 气化铁路全并联AT供电方式故障测距装置。本装置不仅结构非常简单，而且 可以安装在不同的地点，如变电所、AT所或分区所，并能对每个安装点的故 障信息进行精确的提取。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现 一种高速电气化铁路全并联AT供电方式故障测距装置，该故障测距装置分别安装在变电所、AT所或分
区所处，用于电气化铁路接触网发生各种短路故障后自动进行故障诊断和故障
点精确测距；所述的故障测距装置由交流变换插件、测控CPU插件、信号插 件、传感器插件、接口插件及电源插件组成，且测控CPU插件分别与信号插 件、传感器插件、接口插件及交流变换插件相连，传感器插件还直接与信号插 件相连，所述的电源插件还直接与接口插件相连；所述的接触网某个地点发生 故障时，本故障测距装置能够自动将线路故障点的电流互感器、电压互感器所 采集的数据经测控CPU插件判断计算得到相应测距原理所需要的中间结果。 所述的该中间结果再经传输通道协议上传至控制中心，并由设置在控制中心的 计算模块根据所接收的中间结果完成故障类型的判断及故障点的标定。
为了进一步提高该故障测距装置的性能，所述的测控CPU插件采用32位 的高性能CPU芯片，并在所述的接口插件上还设置有采用插卡方式并支持光 纤冗余自愈双环网结构的通信接口 。
在所述的接口插件上还设有一个标准的RS232串口及一个标准的USB接□。
所述的通信接口支持IEC60870-5-103通信规约。
所述的电流互感器、电压互感器所采集的数据是利用断路器跳闸后各处同 步失压原理完成的。
本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果
(1) 本实用新型基于AT中性点吸上电流比原理并结合横联线电流比原 理圆满解决了全并联AT供电方式的牵引网故障测距问题。由于本装置可以分 别的安装在不同的地方，因此在牵引网发生故障后，能够快速、准确地査找出 故障位置，将可以大量地节省寻找故障点的人力物力，减轻铁路供电维护部门 的劳动强度，可以尽早地排除故障，恢复供电，减少由于停电造成的损失。
(2) 本实用新型创新性采用了同步失压原理。各所的数据同步是利用断 路器跳闸后各处同步失压的原理完成的。本装置还可以有效地发现故障造成的安全隐患，从而及时采取相应的防范措施，提高交通运输的n]-靠性，不仅有利 于及时修复故障馈线，保证牵引供电处于良好的运行工况下，而且还能保证铁 路系统的安全、可靠和高效运输。
图1为现有的电气化铁路全并联AT供电方式结构示意图； 图2为本实用新型的整体结构示意图； 图3为本实用新型中的测控CPU插件内部结构示意图； 图4为本实用新型中的接口插件内部结构示意图； 图5为本装置用于变电所时的信息量提取示意图； 图6为本装置用于AT所时的信息量提取示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用 新型的实施方式不限于此。 实施例
如图2所示，本实用新型的交流变换插件采用电压、电流变换器，将PT、 CT 二次侧的交流信号转换成-10 10V的弱电信号供A/D转换器采样。其中 电流变换器的饱和电流不小于20倍的额定电流。
测控CPU插件是实现测距功能的核心，主要完成模拟数据采集、数据处 理、定值存储、开关量输入/输出、通信等功能。该测控CPU插件还提供16 个模拟信号输入通道，经二级阻容式低通滤波器输出到高速多通道的A/D转 换器件。
信号插件则由若干信号继电器组成，能输出告警信号，供当地、检测车及 远动使用，同时提供控制信号。
接口插件通过串口与测控插件通信，实现装置内部数据交换，通过通信卡 与监控机通信，实现装置的远方功能。接口插件与测控插件通信采用査询方式， 接口插件由32位CPU、存储器、实时时钟等芯片组成，该接口插件还通过串口与试验仿真工K软件连接，实现试验仿真功能。面板组件的前面板有4个 指示灯，用于反映装置的当前运行状态。
稳压电源采用逆变开关电源，输入电压可选DC 220V或110V，输出为 +5V、 5A， 士15V、 0.4A和24V、 2A， 12V、 1.5A,具有输出失电告警功能。
同时，为了能完善本装置的测距功能，所述的接口插件还可以直接与PC 主机相连，用于各种程序或软件的更新。在接口插件上面，还设置有USB接 口及RS232串口，用于同其他需要新增的设备或装置相连。
图3示出了测控CPU插件的内部结构示意图，即该测控CPU插件的 FLASH存储器、SRAM存储器、CPU2及复位电路均通过总线与可编程逻辑 器件相连。同时，该可编程逻辑器件还分别与CPU1及光电隔离开关相连。该 测控CPU插件内部还设置有二级RC滤波器及A/D转换器，该二级RC滤波 器的输入端接收输入的模拟量信号，二级RC滤波器的输出端则直接与A/D转 换器相连，将经过滤波后的信号传输给A/D转换器进行模数转换。该A/D转 换器的输出端直接与CPU1相连，同时，为了方便存储，该CPU1还与另一个 FLASH存储器相连。为了能提高处理速度和运行速率，所述的两个CPU，即 CPU1及CPU2均采用32位的CPU控制器。
如图4所示，接口插件的内部的FLASH存储器、SRAM存储器、时钟芯 片、CPU及复位电路均通过总线分别与双口RAM、可编程逻辑器件及485接 口相连，可编程逻辑器件还直接与光电隔离开关相连，用于开入量及开出量的 输入和输出，同时，双口RAM还直接与通讯插件相连。
本故障装置工作原理如下测控CPU插件中的两个CPU对A/D采样数 据进行分析、处理，按预先编制的软件进行故障参数计算、逻辑判断，当接触 网发生故障时，由自启动元件或外部启动信号启动故障检测程序运行，进行故 障距离计算与故障参数测量。本装置同时还可实现其它多种功能，如故障录波、
故障报告、事件报告、自检报告等。
其线路正常时，测距装置测控C PU通过对A/D采样数据进行分析、处理，实时记录着线路的电压、电流等信息，按预先编制的软件进行故障参数计 算、逻辑判断；故障时，当接触网发生故障时，由自启动元件或外部启动信号 启动故障检测程序运行，进行故障距离计算与故障参数测量，通过变电所内测距装置向AT所发送召唤命令，提取故障时刻的电压电流模值。AT所内故测 装置接收到来自变电所的召唤命令后将保存下来的故障时刻的电压电流模值 上传至变电所；变电所处的故障测距装置接收到AT所传来的电压电流值后开 始进行故障类型及方向判别工作，最后标定故障点并将计算结果本地显示或上 传至调度中心。各所的数据同步是利用断路器跳闸后各处同歩失压的原理完成 的。按本实用新型原理故障测距时需要提取的信息量包括变电所出线处上下 行牵引网的T、 F线电压及电流；各AT所处的T、 F线电压和AT的吸上电流 及T、 F线横联线电流及用于同歩对时的各故障测距装置处的电压。针对全并 联AT供电牵引网结构上的特点，信息量的提取可以分为变电所出线处信息量 提取如图5所示，AT所处信息量提取如图6所示。本故障测距装置的软件工 作原理包括信息量的提取、故障测距原理、故障启动原理、数据同步方法、数 据处理算法和等，具体如下-如图5所示的为牵引主变为带中间抽头的单相变压器或Y/o或者Y/M接 线形式的变压器时的信息量提�。蝗羟Ｒ鞅湮猄cott接线形式，则在牵引变 电所出线处还需要增加自耦变压器，此时的信息量提取形式同图6中AT所信 息量的提取方式。在全并联AT供电方式下，由于上下行牵引网的断路器为一 用一备形式，为提取"理论横联线电流"，在图5中上下行牵引网和横联线均 设有电流互感器，此时的"理论横联线电流"可以用电流互感器1LH或者2LH 与电流互感器3LH的组合来求得，具体的求取组合方法取决于电流互感器1LH 与2LH那个投入使用。图6为AT所处的电流信息量及电压信息量提取图，由于在利用横联线电 流判别故障方式时需要单独用到正馈线和接触线的横联线电流，所以电流互感器的布置采用在正馈线和接触线的横联线上分别布置的方式。而在全并联AT供电方式下上下行牵引网中的AT，一般都釆用一用一备的运行方式，此时"理 论横联线电流"无法直接在上下行牵引网的横联线上取得。在AT为-一用一备 的运行方式下，横联线电流采用在两个AT靠近线路侧求取的方法，其"理论 横联线电流"为并联上下行两侧互感之和的 一半，可以采用将分布在上下行两 侧的互感线圈直接耦合的方式来获得横联线电流。上述方式也适用于两台AT 都投入使用时的横联线电流的提取。 AT中性点吸上电流比原理在T-R、 F-R故障下，AT中性点吸上电流比原理可以解决故障点标定问 题。测距公式如下A、'2Z2 +Z3"1 T 、'2z2在断线情况下AT中性点吸上电流比原理也可以解决故障点标定问题( ①电源侧接地、非电源侧悬空断线接地故障时，测距公式如下'S2厶,'+ /,出式中^为与AT漏抗、线路参数等因素有关的参数，可由现场实际实验得②非电源侧接地、电源侧悬空断线接地故障时，测距公式如下1 =〖4(尺5 —「Sl +式中&、 ^为与AT漏抗、线路参数有关的系数，可由现场实际实验得出。 AT中性点吸上电流比原理不能解决T-F故障标定问题。可利用阻抗分析 法来进行T-F短路故障测距。 横联线电流比原理在T-R、 F-R、 T-F故障下，横联线电流比原理可以解决故障点标定问题。8测距公式如下<formula>formula see original document page 9</formula>在断线情况下横联线电流比原理也可以解决故障点标定问题。 ①电源侧接地、非电源侧悬空断线接地故障时，测距公式如下<formula>formula see original document page 9</formula>出式中^为与AT漏抗、线路参数等因素有关的参数，可由现场实际实验得②非电源侧接地、电源侧悬空断线接地故障时，测距公式如下:<formula>formula see original document page 9</formula>式中A、 ^为与AT漏抗、线路参数有关的系数，可由现场实际实验得出。 启动元件与数据同步1、 变电所启动元件及数据召唤故障时，变电所处装置接受继电保护动作给出的启动信号，启动装置的测距 功能。并给出一个命令，通过远动管理机向AT所及分区亭故障测装置发布接 收数据的信号，各装置收到信号后，按照协议将数据通过远动通道上送。2、 所、分区亭装置启动与数据同步正常情况下，AT所或分区亭故测装置完成数据采集、监控工作； 故障时，各所、亭馈线断路器跳闸，故测装置判断下式成立启动0见装置接收到来自变电所的召唤命令后，将通信缓冲区内的数据上传。变电 所故测装置接收到传来的数据后，根据记录下的故障时刻查找与此时刻最接近 的数据用来计算标定故障位置。本实用新型基于AT中性点吸上电流比原理并结合横联线电流比原理圆满解决了全并联AT供电方式的牵引网故障测距问题。整套装置测距方案的基本 思路是线路正常时，测距装置实时记录着线路的电压、电流等信息；故障时， 通过继电保护动作信号使变电所内测距装置启动测距功能，向AT所发送召唤 命令，提取故障时刻的电压电流模值。AT所内故测装置接收到来自变电所的 召唤命令后将保存下来的故障时刻的电压电流模值上传至变电所；变电所处的 故障测距装置接收到AT所传来的电压电流值后开始进行故障类型及方向判别 工作，最后标定故障点并将计算结果本地显示或上传至调度中心。各所的数据 同步是利用断路器跳闸后各处同步失压的原理完成的。 如上所述，便可较好的实现本实用新型。
权利要求1、一种高速电气化铁路全并联AT供电方式故障测距装置，其特征在于，该故障测距装置分别安装在变电所、AT所或分区所处，用于电气化铁路接触网发生各种短路故障后自动进行故障诊断和故障点精确测距；所述的故障测距装置由交流变换插件、测控CPU插件、信号插件、传感器插件、接口插件及电源插件组成，且测控CPU插件分别与信号插件、传感器插件、接口插件及交流变换插件相连，传感器插件还直接与信号插件相连，所述的电源插件还直接与接口插件相连；所述的接触网某个地点发生故障时，本故障测距装置能够自动将线路故障点的电流互感器、电压互感器所采集的数据经测控CPU插件判断计算得到相应测距原理所需要的中间结果。
2、 根据权利要求1所述的高速电气化铁路全并联AT供电方式故障测距 装置，其特征在于，所述的测控CPU插件采用32位的高性能CPU芯片。
3、 根据权利要求1所述的高速电气化铁路全并联AT供电方式故障测距 装置，其特征在于，在所述的接口插件上还设置有采用插卡方式并支持光纤冗 余自愈双环网结构的通信接口。
4、 根据权利要求1所述的高速电气化铁路全并联AT供电方式故障测距 装置，其特征在于，在所述的接口插件上还设有一个标准的RS232串口及一 个标准的USB接口。
5、 根据权利要求3所述的高速电气化铁路全并联AT供电方式故障测距 装置，其特征在于，所述的通信接口支持正C60870-5-103通信规约。
专利摘要本实用新型公开了一种高速电气化铁路全并联AT供电方式故障测距装置，其特征在于，该故障测距装置由交流变换插件、测控CPU插件、信号插件、传感器插件、接口插件及电源插件组成，且测控CPU插件分别与信号插件、传感器插件、接口插件及交流变换插件相连，传感器插件还直接与信号插件相连，所述的电源插件还直接与接口插件相连；所述的接触网某个地点发生故障时，本故障测距装置能够自动将线路故障点的电流互感器、电压互感器所采集的数据经测控CPU插件判断计算得到相应测距原理所需要的中间结果。本实用新型能够大量地节省寻找故障点的人力物力，减轻铁路供电维护部门的劳动强度，可以尽早地排除故障恢复供电，减少由于停电造成的损失。
文档编号G01R31/02GK201327523SQ20082014125
公开日2009年10月14日 申请日期2008年11月7日 优先权日2008年11月7日
发明者张成武, 岗 李, 李晓航, 林国松, 熊烈斌, 陈小川, 陈德明, 高仕斌 申请人:成都交大许继电气有限责任公司;西南交通大学
专业数控铣床产品供应商
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