AT供電異常情況下故障測距的分析判斷

張　明，楊煥忠（鄭州鐵路局洛陽供電段，.技師；.工程師，河南　洛陽　47OOO）

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AT供電異常情況下故障測距的分析判斷

張明1，楊煥忠2
（鄭州鐵路局洛陽供電段，1.技師；2.工程師，河南洛陽471OOO）

摘要：根據(jù)鄭西高鐵故障測距的實(shí)際情況，結(jié)合“AT中性點(diǎn)吸上電流比原理”測距裝置，分析故障測距失敗的原因及危害，依據(jù)故障測距原理的同步性原則，計(jì)算丟失AT吸上電流，手動(dòng)計(jì)算故障距離，為接觸網(wǎng)的故障點(diǎn)查找提供理論依據(jù)，以縮短故障地點(diǎn)的查找時(shí)間。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；故障測距；同步性；吸上電流

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.001

隨著高速鐵路的開通，全并聯(lián)AT供電方式在高速鐵路及客運(yùn)專線的應(yīng)用，其故障測距動(dòng)作時(shí)故障報(bào)告一組數(shù)據(jù)丟失或故障數(shù)據(jù)失去同步，造成測距不正確，給高鐵的故障點(diǎn)查找及其接觸網(wǎng)的故障搶修造成一定困難，鄭西高鐵在運(yùn)行中，截至目前已出現(xiàn)11次因數(shù)據(jù)丟失或故障數(shù)據(jù)失去同步，造成故障測距不正確。

如：2013年3月11日13時(shí)24分，鄭西高鐵某變電所213.214斷路器跳閘，經(jīng)過幾個(gè)天窗點(diǎn)反復(fù)排查，找到并確認(rèn)故障點(diǎn)距離變電所16.5 km，故障時(shí)AT所通訊異常，數(shù)據(jù)缺失，故障測距不正確。其動(dòng)作參數(shù)如下：

變電所故障數(shù)據(jù)3#電流2 598 A，3#T線電流1 233 A，3#F線電流1 365 A，4#電流2 567 A，4#T線電流1 299 A，4#F線電流1 334 A，AT吸上總電流240 A；

AT所故障數(shù)據(jù)缺失；

分區(qū)所故障數(shù)據(jù)1#電流821 A，1#T線電流515 A，1#F線電流306 A；2#電流821 A，2#T線電流436 A，2#F線電流1 257 A；AT吸上總電流1 905 A。

經(jīng)調(diào)查原因?yàn)锳T所DK 3511裝置時(shí)鐘故障失去同步造成數(shù)據(jù)丟失。

1　故障測距

1.1 AT吸上電流原理“AT中性點(diǎn)吸上電流比原理”的故障測距裝置，在供電臂內(nèi)故障測距裝置通過沿線故標(biāo)專用通道連接，故障發(fā)生后，由變電所故障測距裝置通過故標(biāo)專用通道發(fā)出請求數(shù)據(jù)信號(hào)，各子站裝置收到此信號(hào)后，收集與變電所時(shí)間同步的故障數(shù)據(jù)，上送至變電所故障測距裝置，通過變電所故障測距裝置依據(jù)吸上電流比計(jì)算出故障距離〔1〕。

各個(gè)子所的測距裝置通過DK 3510通信模塊與專用音頻通道或光纖通道相連，各模塊通信連結(jié)形式以供電臂為單元考慮。測距系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 AT中性點(diǎn)吸上電流比測距系統(tǒng)圖

“AT中性點(diǎn)吸上電流比原理”牽引網(wǎng)故障時(shí)故障發(fā)生在第n個(gè)AT和第n+1個(gè)AT之間見圖2所示。

圖2故障發(fā)生在第n個(gè)AT和第n+1個(gè)AT之間示意圖

測距公式：

式中：L為故障點(diǎn)距變電所的距離；

Ln為變電所距第n個(gè)AT的距離；

Dn為第n個(gè)AT與第n＋1個(gè)AT之間的距離；

In，In+1分別為第n個(gè)AT與第n+1個(gè)AT中性點(diǎn)的吸上電流和；

Qn，Qn+1為整定值；

Kn，Kn+1為電流分布系數(shù)，范圍根據(jù)站場情況可調(diào)整。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間線路K=1.0。

變電所內(nèi)設(shè)2套DK 3571 A，每套DK 3571 A可與同一供電臂的SSP、SP、ATP處的DK 3571 A進(jìn)行同步和數(shù)據(jù)通信。

SSP和ATP只設(shè)1套DK 3571 A裝置，每套裝置與本供電臂的測距通信通道連接。裝置外部接口包括交流電量、盤面按鈕、通信通道等接口。

1.2全并聯(lián)AT供電方式下的測距方案高鐵采用全并聯(lián)AT供電方式，其牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行方式繁多，且故障時(shí)阻抗—距離曲線呈非線性馬鞍形曲線，其采用的故障測距原理為“AT中性點(diǎn)吸上電流比”故障點(diǎn)測距原理，各AT所處的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送裝置通過專用通道，形成沿供電臂鏈形分布的故障點(diǎn)測距系統(tǒng)，其通道結(jié)構(gòu)見圖3所示，全并聯(lián)AT供電方式故障時(shí)阻抗—距離曲線見圖4所示。

圖3通道結(jié)構(gòu)圖

圖4全并聯(lián)AT供電方式故障時(shí)阻抗—距離曲線

故障測距策略：以AT故障測距單元為主，以饋線保護(hù)測距單元測距結(jié)果為輔。當(dāng)線路發(fā)生實(shí)際永久故障時(shí)：饋線保護(hù)動(dòng)作，變電所故障測距啟動(dòng)；AT所、分區(qū)所失壓分開并聯(lián)斷路器；變電所故障測距裝置記錄GPS時(shí)鐘信息，通過通信通道獲取AT所、分區(qū)所同一時(shí)刻AT吸上電流數(shù)據(jù)。由變電所故障測距通過吸上電流比計(jì)算出故障位置。

饋線保護(hù)重合閘，合于故障線路，后加速保護(hù)快速切除故障，此時(shí)為直供線路，利用線性電抗測距法饋線保護(hù)給出測距結(jié)果。

1.3測距原理的同步性AT中性點(diǎn)吸上電流比原理核心技術(shù)即數(shù)據(jù)同步，其采用的同步方法：

1）模擬高壓同步；

2）同步SDH通信網(wǎng)同步；

3）GPS時(shí)鐘同步。

鄭西高鐵采用GPS時(shí)鐘同步，當(dāng)變電所測距裝置啟動(dòng)后，產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，向供電臂內(nèi)從機(jī)下發(fā)帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)報(bào)文，當(dāng)故障供電臂上的各所亭的測距裝置收到該報(bào)文后，通過測距裝置下發(fā)帶有時(shí)標(biāo)的啟動(dòng)信號(hào)來完成同步數(shù)據(jù)采集，測距裝置根據(jù)收到的時(shí)標(biāo)調(diào)出保存的，此時(shí)刻的數(shù)據(jù)上傳到變電所故障測距裝置，變電所測距裝置完成測距計(jì)算及數(shù)據(jù)上傳。當(dāng)變電所、AT所、分區(qū)所GPS時(shí)鐘故障或DK 3511裝置、DK 3571 A裝置及通信通道故障時(shí)將造成數(shù)據(jù)缺失或數(shù)據(jù)不同步，盡而造成故障測距不正確。

2吸上電流比測距裝置的缺陷

故障點(diǎn)測距裝置靠利用故障點(diǎn)兩側(cè)AT中性點(diǎn)吸上電流計(jì)算完成，為保證故障點(diǎn)兩側(cè)AT中性點(diǎn)吸上電流的同步采集，必須在每個(gè)AT處設(shè)置一套數(shù)據(jù)采集與發(fā)送裝置。由于AT中性點(diǎn)吸上電流比原理故障點(diǎn)測距裝置設(shè)備多、傳輸過程復(fù)雜、傳輸通道長，及裝置易受電磁及外部環(huán)境干擾等原因，造成裝置可靠性較低。因?yàn)楦鰽T所處的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送裝置通過專用通道，形成沿供電臂鏈形分布的故障點(diǎn)測距系統(tǒng)。若該鏈上故障幾率較高的專用通道或變電所的發(fā)送、接收裝置失靈、整個(gè)供電臂都將無法測距，若AT所、分區(qū)所數(shù)據(jù)采集與發(fā)送裝置失靈，則造成故障測距失敗或不正確。

目前變電所、AT所、分區(qū)所數(shù)據(jù)采集與發(fā)送裝置失靈的原因主要有，變電所、AT所、分區(qū)所GPS時(shí)鐘故障或DK 3511裝置、DK 3571 A裝置及通信通道故障，造成數(shù)據(jù)缺失或數(shù)據(jù)不同步，盡而造成故障測距不正確〔2〕。

3　故障測距同步性校驗(yàn)

故障測距同步性校驗(yàn)，基于以太網(wǎng)通道GPS同步法吸上電流測距，同步記錄整個(gè)供電臂的故障電量，同步記錄整個(gè)供電臂的故障時(shí)刻電量，可為事故搶修提供故障距離判據(jù)；一方面定期加強(qiáng)通道的同步性檢查維護(hù)；如天線與GPS接收裝置（DK 3511），通信管理機(jī)與GPS裝置（DK 3511），DK 3571A裝置時(shí)鐘（現(xiàn)場總線連接）及傳輸通道是否與高壓電纜分開放置，使傳輸通道免受外部環(huán)境及電磁干擾，確保設(shè)備正常工作。另一方面，根據(jù)AT供電系統(tǒng)的供電特點(diǎn)，可對(duì)故障報(bào)告數(shù)據(jù)同步性進(jìn)行分析。其分析原則如下：

1）供電臂上下行饋出總電流等于負(fù)荷（或短路）電流；

2）供電臂各所AT吸上電流和等于負(fù)荷（或短路）電流。

考慮電流互感器自身誤差及裝置測量誤差，供電臂饋出電流近似于供電臂吸上總電流相等，可由供電臂饋出電流與供電臂吸上電流相等反推出，即可判定數(shù)據(jù)滿足同步條件。

同時(shí)，根據(jù)此關(guān)系推導(dǎo)當(dāng)供電臂故障測距動(dòng)作報(bào)告丟失一組子所數(shù)據(jù)時(shí)，可由此關(guān)系近似獲取丟失的AT電流，并按公式計(jì)算故障距離。

如某變電所故障數(shù)據(jù)3#電流2 598 A，3#T線電流1 233 A，3#F線電流1 365 A，4#電流2 567 A，4#T線電流1 299 A，4#F線電流1 334 A，AT吸上總電流240 A；

AT所故障數(shù)據(jù)缺失；

分區(qū)所故障數(shù)據(jù)1#電流821 A，1#T線電流515 A，1#F線電流306 A，2#電流821 A，2#T線電流436 A，2#F線電流1 257 A，AT吸上總電流1 905 A。

其分析方法如下：

根據(jù)故障報(bào)告數(shù)據(jù)同步性原則：1）供電臂上下行饋出總電流等于負(fù)荷（或短路）電流；2）供電臂各所AT吸上電流和等于負(fù)荷（或短路）電流。

可由供電臂饋出電流與供電臂吸上電流相等反推，經(jīng)計(jì)算得短路電流I為5 165 A推出總吸上電流為5 165 A，即可計(jì)算出AT所吸上電流為3 020 A，則根據(jù)故障測距公式，故障點(diǎn)在AT-SP區(qū)段，手動(dòng)計(jì)算故障距離：

故障誤差：17.2-16.5=0.7 km，小于1 000 m滿足于運(yùn)行需要。

4　結(jié)束語

根據(jù)故障報(bào)告數(shù)據(jù)同步性原則：供電臂饋出電流近似于供電臂吸上總電流相等，計(jì)算AT吸上電流，再通過公式手動(dòng)計(jì)算故障距離，經(jīng)與短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比及故標(biāo)誤差分析，基本滿足運(yùn)行要求，大大縮短路故障查找時(shí)間，給接觸網(wǎng)故障查找提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

〔1〕鄭西高鐵DK 3571 A電鐵AT故障測距裝置說明書.

〔2〕陳小川，鐵路供電繼電保護(hù)與自動(dòng)化〔M〕，北京：中國鐵道出版社，2010.

中圖分類號(hào)：226.8+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-8686（2016）01-0001-03