全并联方式下故标的分析判断

王 磊

(郑州铁路局调度所，河南 郑州 450052)

全并联AT 供电方式在高速铁路及客运专线的应用中，在故障测距动作时，出现故障报告一组数据丢失或故障数据失去同步，会造成测距不正确，给高铁的故障点查找及接触网的故障抢修造成一定困难。郑西高铁开通以来，已出现11 次因数据丢失或故障数据失去同步，造成故障测距不正确。

如2013 年3 月11 日13 时24 分，郑西高铁某变电所213.214 断路器跳闸，经过几个天窗点反复排查，找到并确认故障点距离变电所16.5km，故障时AT 所通讯异常，数据缺失，故障测距不正确。其动作参数如下:

变电所故障数据3#电流2598A，3#T 线电流1233A，3#F 线电流1365A，4#电流2567A，4#T 线电流1299A，4#F 线电流1334A，AT 吸上总电流240A;

AT 所故障数据缺失;

分区所故障数据1#电流821A，1#T 线电流515A，1#F 线电流306A，2#电流821A，2#T 线电流436A，2#F 线电流1257A，AT 吸上总电流1905A。经调查，原因为AT 所DK3511 装置时钟故障失去同步造成数据丢失。

1 故障测距

1.1 AT 吸上电流原理

“AT 中性点吸上电流比原理”的故障测距装置，在供电臂内通过沿线故标专用通道连接，故障发生后，由变电所故障测距装置通过故标专用通道发出请求数据信号，各子站装置收到此信号后，收集与变电所时间同步的故障数据，上送至变电所故障测距装置，变电所故障测距装置依据吸上电流比计算出故障距离。

各个子所的测距装置通过DK3510 通信模块与专用音频通道或光纤通道相连，各模块通信连结形式以供电臂为单元考虑，如图1 所示。

图1 AT 中性点吸上电流比测距系统图

“AT 中性点吸上电流比原理”如下，牵引网故障时，如图2 所示。

图2 故障点指示图

式中:L 为故障点距变电所的距离;Ln为变电所距第n 个AT 的距离;Dn为第n 个AT 与第n+1 个AT 之间的距离;In，In+1为分别为第n 个AT 与第n +1 个AT 中性点的吸上电流和;Qn，Qn+1为整定值;Kn，Kn+1为电流分布系数，范围根据站场情况可调整，对标准区间线路K=1.0。

变电所内设两套DK3571A，可与同一供电臂的SSP、SP、ATP 处的DK3571A 进行同步数据通信。

SSP 和ATP 只设一套DK3571A 装置，与本供电臂的测距通信通道连接。装置外部接口包括交流电量、盘面按钮、通信通道等接口。

1.2 全并联AT 供电方式下的测距方案

高铁采用全并联AT 供电方式，其牵引供电系统结构复杂，运行方式繁多，且故障时阻抗-距离曲线呈非线性马鞍形曲线，其采用的故障测距原理为“AT 中性点吸上电流比”故障点测距原理，各AT 所处的数据采集、数据发送装置通过专用通道，形成沿供电臂链形分布的故障点测距系统，其通道结构如图3。

图3 通道结构图

全并联AT 供电方式故障时阻抗-距离曲线如图4。

图4 阻抗-距离曲线图

故障测距策略:以AT 故障测距单元为主，以馈线保护测距单元测距结果为辅。当线路发生实际永久故障时:馈线保护动作，变电所故障测距启动;AT所、分区所失压分开并联断路器;变电所故障测距装置记录GPS 时钟信息，通过通信通道获取AT 所、分区所同一时刻AT 吸上电流数据。由变电所故障测距装置通过吸上电流比计算出故障位置。

馈线保护重合闸，合于故障线路后，加速保护快速切除故障，此时为直供线路，利用线性电抗测距法馈线保护，给出测距结果。

1.3 AT 中性点吸上电流比原理测距数据的同步性

AT 中性点吸上电流比原理核心技术即数据同步，其采用的同步方法主要有模拟高压同步、同步SDH 通信网同步、GPS 时钟同步。

郑西高铁采用GPS 时钟同步。当变电所测距装置启动后，产生一个启动信号，向供电臂内从机下发带时标的数据报文;当故障供电臂上的各所亭的测距装置收到该报文后，通过测距装置下发带有时标的启动信号来完成同步数据采集;测距装置根据收到的时标调出保存的此时刻的数据上传到变电所故障测距装置;变电所测距装置完成测距计算及数据上传。当变电所、AT 所、分区所GPS 时钟故障或DK3511 装置、DK3571A 装置及通信通道故障时，将造成数据缺失或数据不同步，进而造成故障测距不正确。

2 AT 中性点吸上电流比原理故障点测距装置的缺陷

故障点测距装置靠利用故障点两侧AT 中性点吸上电流计算完成，为保证故障点两侧AT 中性点吸上电流的同步采集，必须在每个AT 处设置一套数据采集与发送装置。AT 中性点吸上电流比原理故障点测距装置，由于设备多，传输过程复杂，传输通道长，装置易受电磁及外部环境干扰等造成装置可靠性较低。因为各AT 所处的数据采集、数据发送装置通过专用通道，形成沿供电臂链形分布的故障点测距系统，若该链上故障几率较高的专用通道或变电所的发送、接收装置失灵，整个供电臂都将无法测距;若AT 所、分区所数据采集与发送装置失灵，则造成故障测距失败或不正确。目前变电所、AT 所、分区所数据采集与发送装置失灵的原因主要为GPS 时钟故障或DK3511 装置、DK3571A 装置及通信通道故障，造成数据缺失或数据不同步，进而造成故障测距不正确。

3 故障测距同步性校验

故障测距同步性校验，基于以太网通道GPS 同步法吸上电流测距，同步记录整个供电臂的故障电量，同步记录整个供电臂的故障时刻电量，可为事故抢修提供故障距离判断依据。一方面定期加强通道的同步性检查维护，如:天线与GPS 接收装置(DK3511)、通信管理机与GPS 装置(DK3511)、DK3571A 装置时钟(现场总线连接)及传输通道是否与高压电缆分开放置，确保设备正常工作，传输通道免受外部环境及电磁干扰。另一方面，根据AT 供电系统的供电特点，可对故障报告数据同步性进行分析。其分析原则为:(1)供电臂上下行馈出总电流等于负荷(或短路)电流，(2)供电臂各所AT 吸上电流和等于负荷(或短路)电流。

考虑电流互感器自身误差及装置测量误差，供电臂馈出电流近似相等于供电臂吸上总电流，可由供电臂馈出电流与供电臂吸上电流相等与否来判定数据是否满足同步条件。

同时，根据此关系推导当供电臂故障测距动作报告丢失一组子所数据时，可近似获取丢失的AT 电流，并按公式计算故障距离。

如:某变电所故障数据3#电流2598A，3#T 线电流1233A，3#F 线电流1365A，4#电流2567A，4#T 线电流1299A，4#F 线电流1334A，AT 吸上总电流240A;

AT 所故障数据缺失;

分区所故障数据1#电流821A，1#T 线电流515A，1#F 线电流306A，2#电流821A，2#T 线电流436A，2#F 线电流1257A，AT 吸上总电流1905A。

根据故障报告数据同步性原则，供电臂馈出电流与供电臂吸上电流相等，经计算得短路电流I 为5165A，推出总吸上电流为5165A，即可计算出AT 所吸上电流为3020A，根据故障测距公式，故障点在AT-SP 区段，手动计算故障距离。

L=12.55 +12.73/84 × (100 ×1905/(3020 +1905)-8)，

L=17.2km。

故障误差:17.2-16.5=0.7km，小于1km，满足运行需要。

4 结束语

根据故障报告数据同步性原则，供电臂馈出电流近似相等于供电臂吸上总电流，计算AT 吸上电流，再通过公式手动计算故障距离，经与短路试验数据对比及故标误差分析，基本满足运行要求，大大缩短路故障查找时间，给接触网故障查找提供了理论依据。

［1］陈小川.铁路供电继电保护与自动化［M］.北京:中国铁道出版社，2010.

［2］刘学军.继电保护原理［M］.北京:中国电力出版社，2004.

［3］李群湛.高速铁路电气化工程［M］.成都:西南交通大学出版社，2006.