一种电气化铁路AT所的故障检测装置的制作方法

本发明属于交流电气化铁路牵引供电测控技术领域。

背景技术：

电气化铁路的AT供电方式相比直接供电方式有着更强的供电能力和更长的供电臂长度，可以减少电分相和无电区，因此，我国高铁几乎都选择了AT供电方式。

现行高铁供电方式采用上下行全并联形式，其优点是供电能力可以进一步增强，但缺点却是，一旦故障，影响范围就会进一步扩大。一种改进方案是将牵引变电所、AT所和分区所进行分段，即在AT所出口的接触网安装分段器，以实现的分段故障隔离，将故障限制在最小范围内，保证更大范围的正常供电。但是，新的问题是：(1)故障段两端的断路器分闸将故障隔离后，列车若从非故障段驶入故障段，则其受电弓会将正常接触网与故障段的接触网短接，造成新的短路故障；(2)如果故障段一端的接触网断线，或者故障段两端的断路器分闸后瞬时短路故障已经消失，此时列车若从非故障段驶入故障段，则属于列车带负荷进入无电区，将造成拉弧，拉弧会烧损接触线，甚至烧断接触线，酿成事故。

显然，现在急需解决的技术问题是：在及时而准确地发现和隔离故障的同时，彻底消除列车从非故障段驶入故障段时受电弓短接接触网造成新的短路和列车带负荷进入无电区造成拉弧和烧损、甚至烧断接触网而引起事故的现象和隐患。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种电气化铁路AT所的故障检测装置，它能有效地解决现有技术中存在的不能及时准确地发现故障和隔离故障的技术问题，再通过操控能彻底消除列车从非故障段驶入故障段时受电弓短接接触网造成新的短路和列车带负荷进入无电区造成拉弧和烧损、甚至烧断接触网而引起事故的现象和隐患，从而提高了供电系统的可靠性和铁路运输的效率。

为了解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：一种电气化铁路AT所的故障检测装置，选取电气化铁路AT供电系统中的三个AT所，分别记为左邻AT所、中间AT所和右邻AT所，所述中间AT所的故障检测装置的输入端分别连接左邻AT所、中间AT所、右邻 AT所的测试端，其输出端连接左邻AT所、中间AT所、右邻AT所的控制端和电调信息发送端；其中，所述左邻AT所、中间AT所、右邻AT所在各自出口的接触网上分别设置两个分段器，且两个分段器之间通过过渡区连接。

所述故障检测装置的左邻AT所的测试端为第二电流互感器的测试端，所述左邻AT所的控制端为第一右上网断路器的控制端；左邻AT所的自耦变一的接触网端子串接第一隔离开关后分成三条支路，第一支路通过第一左上网断路器、第一电流互感器和第一左上网线就近连接到第一左分段器左端的接触网上，第二支路通过第一断路器、第三电流互感器和第一上网线就近连接到第一左分段器和第一右分段器之间的接触网过渡区上，第三支路通过第一右上网断路器、第二电流互感器和第一右上网线就近连接到第一右分段器右端的接触网上。

所述故障检测装置的中间AT所的测试端为第四电流互感器、第五电流互感器和第六电流互感器以及安装于中间AT所的接触网与钢轨之间的第二电压互感器的测试端，中间AT所的控制端为第二左上网断路器、第二右上网断路器、第二断路器的控制端；中间AT所的自耦变二的接触网端子串接第二隔离开关后分成三条支路，第一支路通过第二左上网断路器、第四电流互感器和第二左上网线就近连接到第二左分段器左端的接触网上，第二支路通过第二断路器、第六电流互感器和第二上网线就近连接到第二左分段器和第二右分段器之间的接触网过渡区上，第三支路通过第二右上网断路器、第五电流互感器和第二右上网线就近连接到第二右分段器右端的接触网上。

所述故障检测装置的右邻AT所的测试端为第七电流互感器的测试端，右邻AT所的控制端为第三右上网断路器的控制端；右邻AT所的自耦变三的接触网端子串接第三隔离开关后分成三条支路，第一支路通过第三左上网断路器、第七电流互感器和第三左上网线就近连接到第三左分段器左端的接触网上，第二支路通过第三断路器、第九电流互感器和第三上网线就近连接到第三左分段器和第三右分段器之间的接触网过渡区上，第三支路通过第三右上网断路器、第八电流互感器和第三右上网线就近连接到第三右分段器右端的接触网上。

为了解决上述技术问题，本发明又提出如下技术方案：

所述故障检测装置安装于中间AT所，设列车变流器网侧关闭反应时间为△t1，接触网断路器分闸时间为△t2，列车变流器检测到接触网电压正常后恢复正常工作的时间间隔为△t3，接触网短路后重合闸的时间间隔为△t4，该故障检测方法的具体步骤如下：

判断第二电压互感器测得的电压值U2是否低于状态阈值UT；

若是，则列车失压且处于失压范围，经过△t1秒后列车变流器网侧关闭，此时负荷＝0，同时设△t1+△t3＞△t2+△t4；若反之，则列车运行正常。

当列车处于失压状态下时，具体步骤如下：

若第五电流互感器测得的电流I23与第七电流互感器测得的电流I32之差的绝对值大于不平衡电流△I，即▕I23-I32▏＞△I，则认定中间AT所与右邻AT所之间的接触网T发生短路故障，中间AT所与右邻AT所之间的AT段为故障段，所述故障检测装置发出分闸命令，经△t2秒后中间AT所第二断路器、第二右上网断路器、右邻AT所第三左上网断路器均分闸，同时接触网过渡区失压，故障段被隔离，故障段两侧AT段的接触网T电压恢复正常。

在△t1+△t3＞△t2+△t4秒时段内，失压范围的列车仍处于变流器网侧关闭状态，即负荷＝0，经△t2+△t4秒后，故障检测装置命令中间AT所第二右上网断路器和右邻AT所第三左上网断路器重合闸，如果重合闸成功，故障段恢复正常供电，同时故障检测装置命令中间AT 所第二断路器合闸，如果重合闸失败，则故障检测装置通过电调信息发送端向电调报告中间 AT所与右邻AT所之间接触网的永久短路故障信息，组织抢修，同时电调报告行调，行调调整列车运行图；抢修完成后，恢复正常供电，系统恢复正常。

当列车处于失压状态下时，具体步骤如下：若第四电流互感器测得的电流I21与第二电流互感器测得的电流I12之差的绝对值大于不平衡电流△I，即▕I21-I12▏＞△I，则认定中间 AT所与左邻AT所之间的接触网发生短路故障，中间AT所与左邻AT所之间的AT段为故障段，故障检测装置发出分闸命令，经△t2秒后中间AT所第二断路器、第二左上网断路器、左邻AT所第一右上网断路器分闸，接触网过渡区失压，故障段被隔离，故障段两侧AT段的接触网T电压恢复正常。

在△T1+△T3＞△T2+△T4秒时段内，失压范围的列车仍处于变流器网侧关闭状态，即负荷＝0，经△t2+△t4秒后，故障检测装置命令中间AT所第二左上网断路器和左邻AT所第一右上网断路器重合闸，如果重合闸成功，故障段恢复正常供电，同时故障检测装置命令中间AT所第二断路器合闸，如果重合闸失败，则故障检测装置通过电调信息发送端向电调报告中间AT所与左邻AT所之间接触网的永久短路故障信息，组织抢修，同时电调报告行调，调整列车运行图；抢修完成后，恢复正常供电，系统恢复正常。

若第六电流互感器测得的电流I2＞0，则认定中间AT所出口的接触网过渡区发生短路故障，故障检测装置发出分闸命令，经△t2秒后中间AT所的第二断路器分闸，在△t1+△t3＞△t2+△t4秒时段内，失压范围的列车仍处于变流器网侧关闭状态，即负荷＝0，经△t2+△t4 秒后，故障检测装置命令中间AT所的第二断路器重合闸，如果重合闸成功，接触网过渡区恢复正常供电，如果重合闸失败，则故障检测装置通过电调信息发送端向电调报告中间AT 所出口接触网过渡区的永久短路故障信息，组织抢修，同时电调报告行调，行调调整列车运行图；抢修完成后，恢复正常供电，系统恢复正常。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、在AT所出口的接触网上设置两个分段器，两个分段器之间设置过渡区，可以用最简单的主结线及其故障检测方法来避免列车从非故障段驶入故障段时其受电弓将非故障段接触网与故障段接触网短接而造成新的短路事故。

二、设列车变流器网侧关闭反应时间为△t1，接触网断路器分闸时间为△t2，列车变流器检测到接触网电压正常后恢复正常工作的时间间隔为△t3，接触网短路后重合闸的时间间隔为△t4；在AT所出口的接触网上设置左右两个分段器，其中间设置过渡区，过渡区由AT所的自耦变直接供电，通过两端的分段器分别将两端的接触网分割；由于△t1＜△t2＜△t3和△ t4，当选择△t1+△t3＞△t2+△t4时，可以用最简单的方法避免列车带负荷进入无电区，就不会造成拉弧和烧损、甚至烧断接触网而引起事故的现象和隐患。

三、可以及时、准确地发现、区分、隔离各种接触网故障，同时保证无故障区段继续供电、运行，最大限度地减少停电范围，避免故障影响的扩大化，进一步提高牵引网供电的可靠性。

四、涉及的相关装置投资较少，实施方便，既便于新线采用，也便于旧线改造。

附图说明

图1是本发明实施例一中所述的电气化铁路AT供电系统的示意图。

图2是本发明实施例一中电气化铁路AT所的故障检测装置的输入输出关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述：

本发明的工作原理为：接触网短路故障时，接触网电压低于状态阈值UT而列车失压，列车变流器网侧关闭，负荷＝0，接触网短路点两侧断路器分闸，设列车变流器网侧关闭反应时间为△t1，接触网断路器分闸时间为△t2，列车变流器检测到接触网电压正常后恢复正常工作的时间间隔为△t3，接触网短路后重合闸的时间间隔为△t4；在AT所出口的接触网上设置左右两个分段器，其中间设置接触网过渡区，过渡区由AT所的自耦变直接供电，通过两端的分段器分别将两端的接触网分割；由于△t1＜△t2＜△t3和△t4，且假设△t1+△t3＞△t2+ △t4，那么，当接触网短路故障时，故障段两端的断路器分闸，接触网过渡区断路器分闸，这样就形成了正常AT段、接触网过渡区和故障段三种区段。此时正常AT段恢复正常供电，但处于短路失压范围，接触网过渡区和故障段无电，失压范围内的列车变流器网侧关闭，即列车负荷＝0，列车由正常AT段通过所述AT所出口的分段器进入无电的接触网过渡区时是不带负荷的，因此可以避免列车带负荷进入无电区，就不会造成拉弧和烧损、甚至烧断接触网而引起事故的现象和隐患，同时接触网过渡区断路器分闸而无电，可以避免列车从正常AT 段(非故障段)驶入故障段时其受电弓将非故障段接触网与故障段的接触网短接而造成新的短路。

实施例一

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路AT所的故障检测装置，选取气化铁路AT供电系统中的左邻AT所AS1、中间AT所AS2和右邻AT所AS3，所述中间AT 所AS2的故障检测装置输入端分别连接左邻AT所AS1、中间AT所AS2、右邻AT所AS3 的测试端，其输出端连接左邻AT所AS1、中间AT所AS2、右邻AT所AS3的控制端和电调信息发送端DD，其中，所述左邻AT所AS1、中间AT所AS2、右邻AT所AS3分别在各自出口的接触网T上设置两个分段器且分段器之间通过过渡区Ta连接。

在本发明实施例中，所述左邻AT所AS1的测试端为第二电流互感器LH12的测试端，所述左邻AT所AS1的控制端为第一右上网断路器DL12的控制端；所述左邻AT所AS1的自耦变一AT1的接触网端子串接第一隔离开关GL1后分成三条支路，第一支路通过第一左上网断路器DL10、第一电流互感器LH10和第一左上网线SW10就近连接到第一左分段器FD1a 左端的接触网T上，第二支路通过第一断路器DL1、第三电流互感器LH1和第一上网线SW1 就近连接到第一左分段器FD1a和第一右分段器FD1b之间的接触网过渡区Ta上，三条支路通过第一右上网断路器DL12、第二电流互感器LH12和第一右上网线SW12就近连接到第一右分段器FD1b右端的接触网T上。

在本发明实施例中，所述中间AT所AS2的测试端为第四电流互感器LH21、第五电流互感器LH23和第六电流互感器LH2以及第二电压互感器YH2测试端，所述中间AT所AS2 的控制端为第二左上网断路器DL21、第二右上网断路器DL23、第二断路器DL2的控制端；所述中间AT所AS2的自耦变二AT2的接触网端子串接第二隔离开关GL2后分成三条支路，第一支路通过第二左上网断路器DL21、第四电流互感器LH21和第二左上网线SW21就近连接到第二左分段器FD2a左端的接触网T上，第二支路通过第二断路器DL2、第六电流互感器LH2和第二上网线SW2就近连接到第二左分段器FD2a和第二右分段器FD2b之间的接触网过渡区Ta上，三支路通过第二右上网断路器DL23、第五电流互感器LH23和第二右上网线SW23就近连接到第二右分段器FD2b右端的接触网T上。

在本发明实施例中，所述右邻AT所AS3的测试端为第七电流互感器LH32的测试端，所述右邻AT所AS3的控制端为第三右上网断路器DL32的控制端；所述右邻AT所AS3的自耦变三AT3的接触网端子串接第三隔离开关GL3后分成三条支路，第一支路通过第三左上网断路器DL32、第七电流互感器LH32和第三左上网线SW32就近连接到第三左分段器FD3a 左端的接触网T上，第二支路通过第三断路器DL3、第九电流互感器LH3和第三上网线SW3 就近连接到第三左分段器FD3a和第三右分段器FD3b之间的接触网过渡区Ta上，三支路通过第三右上网断路器DL34、第八电流互感器LH34和第三右上网线SW34就近连接到第三右分段器FD3b右端的接触网T上。

在本发明实施例中，所述第一电压互感器YH1为安装于左邻AT所AS1的接触网T与钢轨R之间的电压互感器；第二电压互感器YH2为安装于中间AT所AS2的接触网T与钢轨R 之间的电压互感器；第三电压互感器YH3为安装于右邻AT所AS3的接触网T与钢轨R之间的电压互感器。

本发明实施例的具体实施方式详细说明如下：如图1所示，本发明所述的一种电气化铁路AT所故障检测装置，以三个AT所为区间，选位于左邻AT所AS1、右邻AT所AS3之间的中间AT所AS2，该中间AT所AS2与接触网T、钢轨R、负馈线F和左邻AT所AS1、右邻AT所SA3共同组成电气化铁路AT供电系统；两个相邻AT所之间的接触网T、钢轨R、负馈线F称为一个AT段；发生接触网T或负馈线F故障的AT段称为故障段；接触网T短路故障时，接触网T电压低于状态阈值UT而致使列车失压，列车变流器网侧关闭，负荷＝0，接触网T短路点两侧断路器分闸，设列车变流器网侧关闭反应时间为△t1，接触网T断路器分闸时间为△t2，列车变流器检测到接触网电压正常后恢复正常工作的时间间隔为△t3，接触网T短路后重合闸的时间间隔为△t4；接触网T短路造成的接触网T电压低于状态阈值UT 的范围称为失压范围；△t1＜△t2＜△t3和△t4；在AT所出口的接触网T上设置左右两个分段器，两个分段器之间通过接触网过渡区Ta连接，其中左邻AT所AS1出口的第一左分段器记为FD1a、第一右分段器记为FD1b，相同，中间AT所AS2出口的第二左分段器记为FD2a、第二右分段器记为FD2b，右邻AT所AS3出口的第三左分段器记为FD3a、第三右分段器记为FD3b；左邻AT所AS1的自耦变一AT1的接触网端子串接第一隔离开关GL1后分成三条支路，第一支路通过第一左上网断路器DL10及第一电流互感器LH10和第一左上网线SW10 就近连接到第一左分段器FD1a左端的接触网T上，第二支路通过第一断路器DL1及第三电流互感器LH1和第一上网线SW1就近连接到第一左分段器FD1a和第一右分段器FD1b之间的接触网过渡区Ta上，三支路通过第一右上网断路器DL12及第二电流互感器LH12和第一右上网线SW12就近连接到第一右分段器FD1b右端的接触网T上，左邻AT所AS1的接触网T与钢轨R之间并联第一电压互感器YH1；同样，中间AT所AS2的自耦变二AT2的接触网端子串接第二隔离开关GL2后分成三条支路，第一支路通过第二左上网断路器DL21及第四电流互感器LH21和第二左上网线SW21就近连接到第二左分段器FD2a左端的接触网T 上，第二支路通过第二断路器DL2及第六电流互感器LH2和第二上网线SW2就近连接到第二左分段器FD2a和第二右分段器FD2b之间的接触网过渡区Ta上，三支路通过第二右上网断路器DL23及第五电流互感器LH23和第二右上网线SW23就近连接到第二右分段器FD2b 右端的接触网T上，中间AT所AS2的接触网T与钢轨R之间并联第二电压互感器YH2；右邻AT所AS3的自耦变三AT3的接触网端子串接第三隔离开关GL3后分成三条支路，第一支路通过第三左上网断路器DL32及第七电流互感器LH32和第三左上网线SW32就近连接到第三左分段器FD3a左端的接触网T上，第二支路通过第三断路器DL3及第九电流互感器LH3 和第三上网线SW3就近连接到第三左分段器FD3a和第三右分段器FD3b之间的接触网过渡区Ta上，第三支路通过第三右上网断路器DL34及第八电流互感器LH34和第三右上网线 SW34就近连接到第三右分段器FD3b右端的接触网T上，右邻AT所AS3的接触网T与钢轨R之间并联第三电压互感器YH3。本实施例中所有所述断路器均为常闭；每个分段器均能使列车带电通过。

继续根据图2所示，所述中间AT所AS2的故障检测装置的输入端连接左邻AT所AS1 的第二电流互感器LH12、右邻AT所AS3的第七电流互感器LH32和中间AT所AS2的第六电流互感器LH2、第四电流互感器LH21、第五电流互感器LH23以及第二电压互感器YH2 的测量端，中间AT所AS2的故障检测装置的输出端连接左邻AT所AS1的右第一上网断路器DL12、中间AT所AS2的第二左上网断路器DL21、第二右上网断路器DL23、第二断路器DL2和右邻AT所AS3的第三左上网断路器DL32的控制端以及电调信息发送端DD。