适用于不同运行方式的高速铁路牵引网的at故障测距装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提出一种适用于不同运行方式的高速铁路牵引网的AT故障测距装置，装置硬件主要包括：交流模件、开入模件、开出模件、面板模件、CPU模件、电源模件。所述CPU模件与所述交流模件、所述开入模件、所述开出模件和所述面板模件相连。本发明提供了AT供电方式的高速铁路牵引网的故障定位及故障方向和故障类型判别功能，并同时提供了以供电臂为单位的测距系统的遥控和遥测功能，能够满足高速铁路牵引网的故障定位、测量、控制的综合要求，数据采集延时低，实用性强、功能完整。
【专利说明】
适用于不同运行方式的高速铁路牵引网的AT故障测距装置
技术领域
[0001]本发明涉及高速铁路牵引供电系统领域。其设计的装置实现了高速铁路牵引网在不同运行方式下的故障定位、故障类型和故障方向判别功能。
【背景技术】
[0002]近期出台的“十三五”规划纲要(草案)中提出要加强重大基础设施建设，到2020年高铁营业里程达到3万公里、覆盖80%以上的大城市。截至2015年底，国内高铁营运里程已经达到1.9万公里，如果要实现2020年高铁营运里程达到3万公里的话，则需要在未来五年内新增1.1万公里。高速铁路将在未来五年内得到更大的发展，而全并联AT供电方式的电气化铁路接触网作为高速电气化铁路牵引供电系统的重要部分，对铁路运输供电安全稳定运行起着举足轻重的作用。由于采用受电弓滑动取流，接触网故障概率非常高。不论是瞬时性还是永久性故障，快速修复线路对保证供电的可靠性至关重要。因此专用的AT故障测距装置得到了很大的应用。
[0003]AT故障测距装置针对不同运行方式采用对应的测距原理，能够快速测定故障点位置，确定故障类型和故障方向，为高速铁路牵引网的正常供电提供了可靠的保障。由于高速铁路的机车密度大，负荷重等原因，能够在发生故障后及时对故障定位，是对测距装置的最基本的要求，另外在线路检修过程中，为确保非故障方向的线路能够正常运行，牵引网将切换到特殊的运行方式，测距装置应具备这种新的运行方式下的故障测距功能。
[0004]目前，高速铁路应用的测距装置都能适用全并联AT供电方式，但是能够适应不同运行方式下的故障测距装置不多，且不能实现整个供电臂的相关线路电流的测量监控及开关遥控功能，不能很好的满足高速铁路牵引网的运行需求。
【发明内容】
[0005]针对上述技术问题，本发明提出一种适用于不同运行方式的高速铁路牵引网的AT故障测距装置。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0007]1、故障测距装置硬件设计方案，装置整体抗干扰能力较强。
[0008]装置硬件主要组成有:交流模件、CPU模件、面板模件、开入模件、开出模件、电源模件。
[0009]交流模件:包括多个电压输入和电流输入回路；
[0010]开入模件:提供多路开入量，所有开入量进入装置后都通过光耦进行电气隔离；
[0011]开出模件:提供多路开出量，所有开出量都以继电器空接点形式输出；
[0012]面板模件:包括显示器和键盘输入；
[0013]CPU模件:与交流模件、开入模件、开出模件和面板模件相连；
[0014]电源模件:提供多路稳压电源，给各模件供电；
[0015]CPU模件包括以太网通信接口，通过以太网通信接口接入变电站自动化系统；
[0016]CPU模件还包括专用的测距通信网络接口，用于发送和接收测距通信报文，过滤非测距通信报文，提高测距通信可靠性；
[0017]故障测距装置通过专用的测距通信网络接口接入专用测距通道，同一供电臂上的测距装置通过专用测距通道进行通信。
[0018]还包括GPS接收模块:集成在CPU模件中，通过接收GPS对时信号来实现故障测距装置间的同步通信。
[0019]其中，CPU模件与面板模件之间通过SPI接口进行通信，避免CPU模件大量的总线外引，提尚了装置的可靠性。
[0020]2、采用专用的测距通信网络接口，通信时延低，数据采集延时小。
[0021]装置在CPU模件上设置了专用的测距通信网络接口，用于接入专用测距通道，降低了变电所和AT所及分区所的测距装置之间的通信延时，保证了测量数据的准确性和同步性。同一供电臂上的测距装置通过专用测距通道进行通信。
[0022]由于同一供电臂的故障测距装置用专用的内部通信规约经由测距通信线路连接，所以可以通过变电所处的故障测距装置监测其他各测距装置的电流采集数据。当监测到电量异常情况，将会发出告警信息。
[0023]装置配备开出模件，可通过所内的后台监控系统或者远方的调度系统，由装置的开出继电器的空接点对线路开关进行遥控操作。
[0024]本发明具有以下有益效果:
[0025]1、本发明实现了AT供电方式的高速铁路牵引网的故障定位及故障方向和故障类型判别功能，装置整体抗干扰能力较强。
[0026]2、本发明实现了以供电臂为单位的测距系统的遥控和遥测功能，能够满足高速铁路牵引网的故障定位、测量、控制的综合要求，实用性强、功能完整。
[0027]3、本发明实现了专用的测距通信网络接口，通信时延低，数据采集延时小。
[0028]4、本发明能够实现供电臂上相关开关的遥控功能。
[0029]5、本发明的故障测距装置功能完善、自动化控制功能齐全，能适应尚速铁路各种不同的运行方式，这对帮助用户准确、快速的确定故障位置，缩短停电时间及时恢复供电，保证供电的稳定性有重要意义。运用前景广阔。
【附图说明】
[0030]图1为本发明实施例中故障测距装置的硬件结构图；
[0031]图2为本发明实施例中故障测距装置的系统配置图。
【具体实施方式】
[0032]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。
[0033]1、硬件设计方案
[0034]本装置对各模块设计、程序执行、信号指示、通信实现等方面均充分考虑了抗干扰的要求，装置整体抗干扰能力较强，组屏时不需加装另外的抗干扰器件，硬件主要由交流模件、CPU模件、面板模件、开入模件、开出模件、电源模件等组成。
[0035]各模件关系见图1，各模件功能如下:
[0036]?交流模件提供多个电压输入和电流输入回路，供故障距离计算时使用；
[0037]_CPU模件:装置的核心模件，其功能包括模拟数据的采样和处理、故障测距算法、开入扫描、信号输出、与面板模件和监控系统通信、接收GPS对时信号等基本功能，可以实现各种复杂的故障处理功能。本模件集成了 GPS接收模块，用于接收GPS对时信号。本模件提供了以太网通信接口接入变电站自动化系统，并提供专用的测距通信网络接口，用于接入专用测距通道，接收同一供电臂的其他测距装置的数据信息。专用的测距通信网络接口，能够发送和接收装置间的测距通信报文，并能够过滤非测距通信报文，提高测距通信可靠性。
[0038]?面板模件:负责键盘处理、液晶显示等功能。模件提供汉字液晶显示器和键盘输入，人机界面清晰易懂，操作方便、简单。面板模件与CPU模件之间通过SPI接口进行通信，避免了CPU模件大量的总线外引，提高了装置的可靠性。
[0039]?开入模件:模件提供多路开入量，所有开入量进入装置后都通过光耦进行电气隔离。
[0040]?开出模件:模件提供多路开出量，所有开出量都以继电器空接点形式输出。
[0041 ] ?电源模件:提供多路稳压电源，给装置模件供电。
[0042]2、故障测距装置的系统配置
[0043]如图2所示，对于高速铁路的AT牵引供电系统来说，在牵引变电所处配置2台测距装置(A型)分别供上下行2个方向的供电臂测距使用，在沿线的AT所配置I台测距装置(B型)，分区所配置2台测距装置(B型hA型装置和B型装置功能不同，具体区别如下:A型装置集成了交流量数据采集、故障测距功能启动、发送测距召唤报文及故障距离计算等功能于一体;而B型装置则能够实时采集交流量数据，并接收和响应A型装置的测距召唤报文。同一供电臂上的测距装置通过专用测距通道来通信，交换交流测量数据及自动控制数据。同一供电臂上的A型和B型装置构成一套完整的测距系统。具体配置如图2所示。
[0044]装置采集8路电流包括上行馈线T线电流ITl、上行馈线F线电流IFl、下行馈线T线电流IT2、下行馈线F线电流IF2、备用T线电流ITB、备用F线电流IFB、吸上电流IG1、吸上电流IG2。装置采集的2路电压包括T线电压UTl、F线电压UFl。
[0045]3、主要故障测距原理说明
[0046]本装置测距原理的选择旨在保证能够适用于高速铁路牵引网的故障测距，测距原理简单可靠，针对不同的高速铁路运行方式，采用不同的测距原理。当线路沿线通信通道具备的情况下，在AT供电方式下出现T-R或F-R故障时，采用“AT中性点吸上电流比原理”计算故障距离;在AT供电方式下出现T-F故障时，采用“TF电流比原理”计算故障距离；在直供方式下出现T-R、F-R或T-F故障时，采用“线性电抗法”进行测距。如果供电臂上只有末端上下行并联时，可采用“上下行电流比法”进行测距。如此可以确保线路在不同运行方式下出现不同类型故障时，装置都能采用相应的原理来测距。
[0047]I )AT中性点吸上电流比原理
[0048 ]当发生T-R或F-R故障时，故障点邻近的两个AT中性点吸上电流之比与故障点离2个AT的距离是成反比关系的，而且整个供电臂上所有AT吸上电流的最大值出现在故障点两端。实际证明，故障点两侧AT吸上电流的比值跟故障点与2个AT间的距离不是理想的反比关系，与钢轨漏抗，AT自耦变漏抗、馈线长短、钢轨联接导电情况等因素有关。考虑到以上情况，对吸上电流比原理公式进行修正，即可用于实际的故障测距。
[0049]2)TF电流比原理
[0050]当AT供电方式线路在变电所和AT所之间发生T-F类型故障时，装置采用变电所处的上下行TF合成电流的比值来计算故障距离。当AT供电方式线路在AT所和分区所之间发生T-F类型故障时，装置采用AT所和分区所的合成T线电流比值来计算故障距离。
[0051 ] 3)线性电抗法
[0052]“线性电抗法”适用于直供运行方式下的故障测距，采用分段线性化电抗逼近，本装置可适用于线性化分段最多分为10段的馈线。装置接入馈线上下行的T线和F线电流，分别用于测量直供运行方式下的T-R，F-R，T-F类型短路时的故障距离。
[0053]4)上下行电流比法
[0054]“上下行电流比法”通过采用变电所的上下行TF合成电流比值来计算故障距离。此方法适用于供电臂沿线没有专用测距通道，且只有末端上下行并联的情况。
[0055]4、变电所处的测距装置(A型)与同一供电臂的AT所及分区所处的测距装置(B型)采用GPS对时功能来实现通信的同步。每台装置安装GPS接收模块，用于接收GPS专用对时装置的对时信号。当线路上发生短路故障时，变电所处的测距装置判断此时是否满足启动条件，如满足，则启动测距装置，并同时通过通信通道向沿线其他B型测距装置下发带时标的启动报文，当其他B型测距装置接收到启动报文后，计算在故障时刻的交流量的有效值，并向变电所处的测距装置发送。从而实现多台装置交流量的同步采集。采用GPS对时同步方法的优点是，采样的同步与通信的路由没有关系，计算量比较少。在不能保证通道的实时性条件下，仍可以满足精度要求。
[0056]当装置的GPS对时功能出现问题时，可以采用“突变量启动”功能来保证测距启动时线路上各台装置数据的同步采集。“突变量启动”功能投入后，A型和B型装置通过故障时刻线路电压同时跌落或者同时上升的特点来精确同步数据。
[0057]5、提供故障类型和故障方向的判别功能。
[0058]测距装置根据故障点的位置及故障点附近各所的线路电流的分布情况，智能确定线路故障类型和故障方向。
[0059]6、提供供电臂相关线路电流测量监测功能。
[0060]同一供电臂上的所有测距装置采用专用的通信规约进行数据交换，变电所处配置的测距装置可以检测其他测距装置采集的线路测量电流。
[0061]7、提供供电臂上相关开关的遥控功能。
[0062]故障测距装置具备多个开出接点，用于遥控所内或者牵引网的断路器或者隔离开关。
[0063]以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。
【主权项】
1.适用于不同运行方式的高速铁路牵引网的AT故障测距装置，其特征在于，包括: 交流模件:包括多个电压输入和电流输入回路； 开入模件:提供多路开入量，所有开入量进入装置后都通过光耦进行电气隔离； 开出模件:提供多路开出量，所有开出量都以继电器空接点形式输出； 面板模件:包括显示器和键盘输入； CHJ模件:与所述交流模件、所述开入模件、所述开出模件和所述面板模件相连； 电源模件:提供多路稳压电源，给各模件供电； 所述CPU模件通过SPI接口与所述面板模件通信，避免所述CPU模件大量的总线外引； 所述CHJ模件包括以太网通信接口，通过以太网通信接口接入变电站自动化系统； 所述CHJ模件还包括专用的测距通信网络接口，用于发送和接收测距通信报文，过滤非测距通信报文，提高测距通信可靠性； 故障测距装置通过所述专用的测距通信网络接口接入专用测距通道，同一供电臂上的测距装置通过所述专用测距通道进行通信。2.根据权利要求1所述的故障测距装置，其特征在于:所述CPU模件中还集成有GPS接收模块，通过接收GPS对时信号来实现故障测距装置间的同步通信。
【文档编号】G01R31/08GK205643598SQ201620319585
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】王丹, 张 林, 陈娜娜
【申请人】南京国电南自轨道交通工程有限公司