技术领域本发明涉及列车电力技术领域，尤其涉及一种电动车组高压电气回路保护系统。
背景技术：
电动车组通过高压电气回路从沿线供电接触网获取电能，列车控制系统从测量电压互感器和电流互感器二次绕组输出信号监测高压电气回路的工作状态。当供电线路接触网电压过高或过低时，或车上高压电气回路发生接地或其它过电流故障时，将影响到电动车组的正常工作，需要通过列车保护系统迅速切断列车总电源，分断列车主断路器，避免高压电气系统损坏。目前国内外电动车组高压电气回路的保护方式比较简单，普遍采用的是过电流保护、过电压和低电压保护。即检测到高压回路电流大于整定值，或接触网电压高于或低于设定值时，分断列车主断路器，把电动车组高压回路和供电系统绝缘隔离。但对故障电压、电流参数值没有过程记录，不能区分故障区段和牵引变压器故障。
技术实现要素：
本发明提供一种电动车组高压电气回路保护系统，以解决现有技术中的一项或多项缺失。本发明提供一种电动车组高压电气回路保护系统，包括：电压互感器、线路侧电流互感器、断路器、牵引侧电流互感器、电缆故障指示器、信号输入接口单元、微机处理单元及输出接口单元；所述电压互感器通过受电弓与接触网连接；所述的线路侧电流互感器、断路器及牵引侧电流互感器连接在一起形成一串联线路，所述串联线路连接于所述受电弓与牵引变压器之间，所述牵引变压器连接至一电动车组动力单元；所述电缆故障指示器设置于一高压电缆上，所述高压电缆一端连接至所述串联线路，另一端连接至另外的一个或多个电动车组动力单元；所述电压互感器输出的接触网侧电压信号、所述线路侧电流互感器输出的线路总电流信号、所述断路器输出的变位信号、所述电缆故障指示器输出的电缆故障信号及所述牵引侧电流互感器输出的牵引侧电流信号均通过所述信号输入接口单元传输至所述微机处理单元；所述微机处理单元根据所述接触网侧电压信号、所述线路总电流信号、所述变位信号、所述电缆故障信号及所述牵引侧电流信号对电动车组进行供电故障分析，并根据故障分析结果通过所述输出接口单元向所述断路器发出分闸信号。一个实施例中，所述输出接口单元包括显示接口，用于输出故障分析结果的图像信号。一个实施例中，所述输出接口单元包括网络接口，用于收发通信信号。一个实施例中，所述信号输入接口单元包括无线接收器，用于接收所述电缆故障指示器发出的无线过电流故障信号。一个实施例中，所述微机处理单元包括录波器，用于记录所述接触网侧电压信号的波形信号、所述线路总电流信号的波形信号、所述牵引侧电流信号的波形信号及所述变位信号。一个实施例中，所述高压电缆上设置多个所述电缆故障指示器。一个实施例中，电动车组的额定电压为25kV。一个实施例中，所述受电弓依次通过所述线路侧电流互感器、所述断路器及所述牵引侧电流互感器与所述牵引变压器连接；所述高压电缆的一端连接于所述断路器和所述牵引侧电流互感器之间；所述电压互感器的一端连接在所述受电弓和所述线路侧电流互感器之间。本发明还提供另一种电动车组高压电气回路保护系统，包括至少两个子电路、信号输入接口单元、微机处理单元及输出接口单元；所述子电路包括：电压互感器、线路侧电流互感器、断路器、牵引侧电流互感器及电缆故障指示器；所述电压互感器连接至受电弓；所述的线路侧电流互感器、断路器及牵引侧电流互感器连接在一起形成一串联线路，所述串联线路连接于所述受电弓与牵引变压器之间，所述牵引变压器连接至一电动车组动力单元；所述电缆故障指示器设置在一高压电缆上，所述高压电缆一端连接至所述串联线路，另一端连接至另外的一个或多个电动车组动力单元；在所述受电弓与接触网连接的情况下，所述电压互感器输出的接触网侧电压信号、所述线路侧电流互感器输出的线路总电流信号、所述断路器输出的变位信号、所述电缆故障指示器输出的电缆故障信号及所述牵引侧电流互感器输出的牵引侧电流信号均通过所述信号输入接口单元传输至所述微机处理单元；所述微机处理单元根据所述接触网侧电压信号、所述线路总电流信号、所述变位信号、所述电缆故障信号及所述牵引侧电流信号对电动车组进行供电故障分析，并根据故障分析结果通过所述输出接口单元向所述断路器发出分闸信号；在同一时刻仅有一个所述子电路通过受电弓与接触网连接。一个实施例中，所述输出接口单元包括显示接口和/或网络接口，所述显示接口用于输出故障分析结果的图像信号，所述网络接口用于收发通信信号。一个实施例中，所述信号输入接口单元包括无线接收器，用于接收所述电缆故障指示器发出的无线过电流故障信号。一个实施例中，所述微机处理单元包括录波器，用于记录所述接触网侧电压信号的波形信号、所述线路总电流信号的波形信号、所述牵引侧电流信号的波形信号及所述变位信号。本发明实施例的电动车组高压电气回路保护系统，能够完成现有的电动车组高压电气回路保护功能，在回路发生过电压、低电压、过电流时，能够迅速分断主断路器，能够对故障发生区段进行分析。通过分析高压电气回路的瞬态电压和电流参数，能够区分高压回路母线接地故障和牵引变压器过电流故障，区分故障发生区段。通过录波器能够对电压异常和发生高压回路短路过程中的电流、电压实时波形参数、断路器动作变位信息等进行记录和存贮，能够对供电系统电压异常触发事件进行记录并进行谐波分析处理。通过显示接口能够显示故障信息。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1是本发明一实施例的电动车组高压电气回路保护系统的结构示意图；图2是本发明另一实施例的电动车组高压电气回路保护系统的结构示意图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。本发明的电动车组高压电气回路保护系统，利用微型机继电保护原理，通过电压互感器、线路侧电流互感器、牵引侧电流互感器及电缆故障指示器采集信号，通过微机处理单元根据采集的信号对电动车组高压电气回路进行供电故障分析，实现对电动车组高压电气回路中发生异常情况时的系统保护。本发明实施例的电动车组高压电气回路保护系统适用于多种额定电压大小的电动车组，例如，电动车组的额定电压为25kV。图1是本发明一实施例的电动车组高压电气回路保护系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的电动车组高压电气回路保护系统，可包括：电压互感器102、线路侧电流互感器103、断路器104、电缆故障指示器105、牵引侧电流互感器107、信号输入接口单元109、微机处理单元110及输出接口单元111。电压互感器102通过受电弓101与接触网300连接。线路侧电流互感器103、断路器104及牵引侧电流互感器107连接在一起形成一串联线路，该串联线路连接于受电弓101与牵引变压器108之间，牵引变压器108连接至一电动车组动力单元401。电缆故障指示器105设置于一高压电缆106上，高压电缆106一端连接至上述串联线路，另一端连接至另外的一个或多个电动车组动力单元(图1中未示出)。电动车组通过受电弓101可从接触网300获得高压，例如25kV额定电压。电压互感器102输出的接触网侧电压信号S2、线路侧电流互感器103输出的线路总电流信号S3、断路器104输出的变位信号S4、电缆故障指示器105输出的电缆故障信号S5及牵引侧电流互感器107输出的牵引侧电流信号S7均通过信号输入接口单元109传输至微机处理单元110。微机处理单元110根据该接触网侧电压信号S2、该线路总电流信号S3、该变位信号S4、该电缆故障信号S5及该牵引侧电流信号S7对电动车组进行供电故障分析，并根据故障分析结果通过输出接口单元111向断路器104发出分闸信号SC。在上述由线路侧电流互感器103、断路器104及牵引侧电流互感器107连接形成的串联电路中，线路侧电流互感器103、断路器104及牵引侧电流互感器107的相对位置可以存在多种组合方式。线路侧电流互感器103一般在牵引侧电流互感器107的上方即靠近受电弓101侧。高压电缆106一端连接至上述串联线路，连接节点可以位于多个位置，一般位于线路侧电流互感器103和牵引侧电流互感器107之间。电压互感器102通过受电弓101与接触网300连接，连接节点可以位于上述串联线路的多个位置，例如线路侧电流互感器103的上方或下方。具体而言，电压互感器102的原边的一端可连接于述串联线路上，另一端可接地，从而从电压互感器102的次边输出接触网侧电压信号S2。微机处理单元110可对接收到的信号进行实时傅里叶变换，然后进行谐波分析。当接触网侧电压、线路侧电流或牵引侧电流值超出预设值时，微机处理单元110可将电压电流异常信息记录存储至存储器，并可过压预设值、欠压预设值、动作延时及是否作用于保护出口进行配置。微机处理单元110通过对短路电压和短路电流的计算得到短路阻抗，并以此区分是高电缆106还是牵引变压器108发生了短路故障。根据阻抗角的大小还可以判断故障是感性的、容性的还是阻性的。根据工作电流情况，判断电压互感器102是否存在二次回路开路故障并可做出报警。本发明的电动车组高压电气回路保护系统能够为动车组高压电气系统提供一种智能化的保护策略，实现三段定时限过流保护，即无时限速断、限时速断及定时限过流，且保护定值、时段可整定。在断路器合闸初始阶段，可设置合闸涌流避让时间和二次谐波闭锁，来避免由于涌流引起的误跳，在断路器合闸涌流保护时限内，可进行涌流越限保护。保护系统可同时检测线路侧电流互感器和牵引侧电流互感器两路电流信号，判断两路过流状态，可区分母线高压电缆故障和牵引变压器端故障，配合电缆故障指示信号即可进一步精确判定线路故障区段。在发生故障时，通过电压互感器的电压与线路电流检测配合，可判断电压互感器是否产生断线故障。本发明实施例的电动车组高压电气回路保护系统，分别通过电压互感器、线路侧电流互感器及牵引侧电流互感器采集电动车组高压电气回路在发生故障时的接触网侧电压信号、线路总电流信号及牵引侧电流信号，并通过微机处理单元对瞬态的电压信号和瞬态的电流信号进行分析，在回路发生过电压、低电压或过电流时，能够通过微机处理单元发出分闸信号，以此，断路器能够迅速分断电网和电动车组动力单元，通过微机处理单元对电压信号和电流信号作进一步处理，并结合电缆故障信号，能够区分故障发生的区段，为电动车组高压电气回路的故障分析提供了重要依据。一个较佳实施例中，如图1所示，受电弓101依次通过线路侧电流互感器103、断路器104及牵引侧电流互感器107与牵引变压器108连接；高压电缆106的一端连接于断路器104和牵引侧电流互感器107之间；电压互感器102原边的一端连接在受电弓101和线路侧电流互感器103之间，另一端接地。具体而言，电动车组的受电弓101从接触网300获得例如25kV高压电，经测量用线路侧电流互感器103、断路器104及牵引侧电流互感器107后进入牵引变压器108，为动车组本动力单元401提供电能，通过高压电缆106向其他电动车组动力单元供电。本实施例中，在断路器104断开前，线路侧电流互感器103可以测得瞬态的线路总电流信号S3，牵引侧电流互感器107可以测得瞬态的牵引侧电流信号S7，电压互感器102仍可以测得瞬态的接触网侧电压信号S2。在断路器104断开后，电压互感器102仍可以测得瞬态的接触网侧电压信号S2，线路侧电流互感器103仍可以测得瞬态的线路总电流信号S3。本实施例中，各部件的位置关系使得微机处理单元能够接收到丰富的信号，例如，在断路器断开前，线路侧电流互感器可以测得纵向路的瞬态的线路总电流信号，牵引侧电流互感器可以测得支路的瞬态的牵引侧电流信号，电压互感器可以测得瞬态的接触网侧电压信号；在断路器断开后，电压互感器仍可以测得瞬态的接触网侧电压信号，线路侧电流互感器仍可以测得瞬态的线路总电流信号，以此，能够逐一排查故障发生位置，从而能够准确地判断供电故障发生的区段及故障性质。一个实施例中，微机处理单元110包括录波器，用于记录上述接触网侧电压信号S2的波形信号、上述线路总电流信号S3的波形信号、上述牵引侧电流信号S7的波形信号及所述变位信号S4。较佳地，该录波器可支持256个事件顺序记录，例如一般包括电压异常、断路器变位信息、记录编号、事件发生时间、事件内容、事件原因。高压电气回路发生绝缘故障时，微机处理单元110启动信息存贮功能，能够对故障电压、电流、断路器变位信息和故障指示器信息进行存贮和显示。本实施例中，通过录波器可以记录故障发生前后即跳闸命令前后电压互感器的电压波形和电流互感器的电流波形的参数，以及电压异常波动时的谐波特性。微机处理单元110通过输出接口单元111向断路器104发出分闸信号SC时，可同时记录接触网侧电压信号S2、线路侧电流信号S3和牵引侧电流信号S7的波形数字文件，还可记录电缆故障信号S5和断路器104的动作变位信号S4。微机处理单元110对接收的信号进行运算和逻辑判断，能够更好地区分故障发生区段。故障录波信息能够为技术人员进行事故分析提供完整的事故过程记录。录波信息能够使微机处理单元110实现对高压电气回路电压谐波特性的实时监控。一个实施例中，输出接口单元111包括显示接口DSP，用于输出故障分析结果的图像信号。本实施例中，通过显示接口DSP输出显示信号，能够在显示器上显示故障信息，例如故障性质，包括感性、容性及阻性。通过显示接口能够提供给电动车组操纵人员明确故障信息指示，以使操作人员做出合理的故障隔离，减少故障损失。一个实施例中，输出接口单元111包括网络接口WNET，用于收发通信信号。该网络接口WNET可以是无线的或有线的。本实施例中，通过网络接口能够实现与列车或外部网络进行通信和信息交换，以快速进行故障判断和故障解除。一个实施例中，信号输入接口单元109包括无线接收器，用于接收电缆故障指示器105发出的无线的电缆故障信号S5，例如无线过电流故障信号。含有无线接收器，使得电缆故障信号的接收更方便。在其他实施例中，可以通过有线的方式接收电缆故障信号S5。本发明实施例的高压电缆106可以是多种电缆线路，例如高压贯通电缆或跨接电缆。一个实施例中，高压电缆106上可设置多个电缆故障指示器105，以指示电缆不同位置的故障信息。通过在车顶高压贯通电缆或跨接电缆处安装小型故障指示器，可以实现电缆区段的故障定位。本发明上述各实施例的电动车组高压电气回路保护系统可以安装在一个电动车组动力单元上。在其他实施例中，动车组中的一个或多个电动车组动力单元上均可安装上述的电路结构，从而构成另一种回路保护系统。未安装上述电路结构的电动车组动力单元可以采用现有的保护系统结构，具体视需要而定。后续所述电动车组高压电气回路保护系统可以参照上述一些实施例的电动车组高压电气回路保护系统实施，重复之处不再赘述。图2是本发明另一实施例的电动车组高压电气回路保护系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例的电动车组高压电气回路保护系统，可包括子电路10、子电路20、信号输入接口单元109、微机处理单元110及输出接口单元111。每个子电路10、20对应不同的电动车组动力单元，在其他实施例中可以包括更多的子电路。子电路10可包括：电压互感器102、线路侧电流互感器103、断路器104、牵引侧电流互感器107及电缆故障指示器105。电压互感器102连接至受电弓101。线路侧电流互感器103、断路器104及牵引侧电流互感器107连接在一起形成一串联线路，该串联线路连接于受电弓101与牵引变压器108之间，牵引变压器108连接至一电动车组动力单元401。电缆故障指示器105设置在高压电缆106上，高压电缆106一端连接至上述串联线路，另一端连接至另外的一个或多个电动车组动力单元(图2中未示出)。在受电弓101与接触网连接的情况下，电压互感器102输出的接触网侧电压信号S2-1、线路侧电流互感器103输出的线路总电流信号S3-1、断路器104输出的变位信号S4-1、电缆故障指示器105输出的电缆故障信号S5-1及牵引侧电流互感器107输出的牵引侧电流信号S7-1均通过信号输入接口单元109传输至微机处理单元110。微机处理单元110根据接触网侧电压信号S2-1、线路总电流信号S3-1、变位信号S4-1、电缆故障信号S5-1及牵引侧电流信号S7-1对电动车组进行供电故障分析，并根据故障分析结果通过输出接口单元111向断路器104发出分闸信号SC-1。子电路20可包括：电压互感器202、线路侧电流互感器203、断路器204、牵引侧电流互感器207及电缆故障指示器205。电压互感器202连接至受电弓201。线路侧电流互感器203、断路器204及牵引侧电流互感器207连接在一起形成一串联线路，该串联线路连接于受电弓201与牵引变压器208之间，牵引变压器208连接至一电动车组动力单元。电缆故障指示器205设置在高压电缆206上，高压电缆206一端连接至上述串联线路，另一端连接至另外的一个或多个电动车组动力单元。在受电弓201与接触网连接的情况下，电压互感器202输出的接触网侧电压信号S2-2、线路侧电流互感器203输出的线路总电流信号S3-2、断路器204输出的变位信号S4-2、电缆故障指示器205输出的电缆故障信号S5-2及牵引侧电流互感器207输出的牵引侧电流信号S7-2均通过信号输入接口单元109传输至微机处理单元110。微机处理单元110根据接触网侧电压信号S2-2、线路总电流信号S3-2、变位信号S4-2、电缆故障信号S5-2及牵引侧电流信号S7-2对电动车组进行供电故障分析，并根据故障分析结果通过输出接口单元111向断路器204发出分闸信号SC-2。在同一时刻仅有一个上述子电路10或20通过其本身的受电弓101或201与接触网300连接。不与接触网300连接的受电弓所对应的子电路可以作为备用，即当与接触网300连接的受电弓所对应的子电路发生故障或跳闸时，可以将其他受电弓连接至接触网300，以继续为动车组供电。本发明实施例的电动车组高压电气回路保护系统中，存在多个子电路，可以在发生故障时使用备用的子电路为动车组供电，同时也能够起到保护作用，系统的总体保护效果更佳。一个实施例中，输出接口单元111包括显示接口DSP和/或网络接口WNET，显示接口DSP用于输出故障分析结果的图像信号，网络接口WNET用于收发通信信号。通过显示接口能够提供给电动车组操纵人员明确故障信息指示，以使操作人员做出合理的故障隔离，减少故障损失。该网络接口WNET可以是无线的或有线的，通过网络接口能够实现与列车或外部网络进行通信和信息交换。一个实施例中，信号输入接口单元111包括无线接收器，用于接收电缆故障指示器105发出的无线电缆故障信号S5-1(例如无线过电流故障信号)和/或电缆故障指示器205发出的无线电缆故障信号S5-2(例如无线过电流故障信号)。含有无线接收器，使得电缆故障信号的接收更方便。一个实施例中，微机处理单元110包括录波器，用于记录接触网侧电压信号(S2-1或S2-2)、线路总电流信号(S3-1或S3-2)及牵引侧电流信号(S7-1或S7-2)的波形信号。通过录波器可以记录故障发生前后即跳闸命令前后电压互感器的电压波形和电流互感器的电流波形的参数，以及电压异常波动时的谐波特性，使微机处理单元110实现对高压电气回路电压谐波特性的实时监控。上述高压电缆106、206可以是高压贯通电缆或跨接电缆，对于高压贯通电缆而言，高压电缆106和高压电缆206可以是同一根电缆。其他一些实施例中，受电弓未连接至接触网的子电路，可不作为备用。具体而言，一个子电路的受电弓与接触网连接，其高压电缆可以连接至下一个子电路的原受电弓位置，即如图2所示的电路，可以将高压电缆106左端连接至受电弓201处。如此一来，当前一个子电路的信号显示其高压电缆故障时，可以根据下一个子电路中的各测量信号作进一步故障区段排查。另外的一下实施例中，不同的子电路可以使用不同的信号输入接口单元、微机处理单元及输出接口单元，不同的微机处理单元之间可以通过输出接口单元的网络接口进行通信。本发明实施例的电动车组高压电气回路保护系统，能够完成现有的电动车组高压电气回路保护功能，在回路发生过电压、低电压、过电流时，能够迅速分断主断路器，能够对故障发生区段进行分析。通过分析高压电气回路的瞬态电压和电流参数，能够区分高压回路母线接地故障和牵引变压器过电流故障，区分故障发生区段。通过录波器能够对电压异常和发生高压回路短路过程中的电流、电压实时波形参数、断路器动作变位信息等进行记录和存贮，能够对供电系统电压异常触发事件进行记录并进行谐波分析处理。通过显示接口能够显示故障信息。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。