AT供电异常情况下故障测距的分析判断

张　明，杨焕忠（郑州铁路局洛阳供电段，.技师；.工程师，河南　洛阳　47OOO）



AT供电异常情况下故障测距的分析判断

张明1，杨焕忠2
（郑州铁路局洛阳供电段，1.技师；2.工程师，河南洛阳471OOO）

摘要：根据郑西高铁故障测距的实际情况，结合“AT中性点吸上电流比原理”测距装置，分析故障测距失败的原因及危害，依据故障测距原理的同步性原则，计算丢失AT吸上电流，手动计算故障距离，为接触网的故障点查找提供理论依据，以缩短故障地点的查找时间。

关键词：高速铁路；故障测距；同步性；吸上电流

10.13572/j.cnki.tdyy.2016.01.001

随着高速铁路的开通，全并联AT供电方式在高速铁路及客运专线的应用，其故障测距动作时故障报告一组数据丢失或故障数据失去同步，造成测距不正确，给高铁的故障点查找及其接触网的故障抢修造成一定困难，郑西高铁在运行中，截至目前已出现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16.5 km，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2 598 A，3#T线电流1 233 A，3#F线电流1 365 A，4#电流2 567 A，4#T线电流1 299 A，4#F线电流1 334 A，AT吸上总电流240 A；

AT所故障数据缺失；

分区所故障数据1#电流821 A，1#T线电流515 A，1#F线电流306 A；2#电流821 A，2#T线电流436 A，2#F线电流1 257 A；AT吸上总电流1 905 A。

经调查原因为AT所DK 3511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，在供电臂内故障测距装置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，通过变电所故障测距装置依据吸上电流比计算出故障距离〔1〕。

各个子所的测距装置通过DK 3510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。测距系统原理如图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”牵引网故障时故障发生在第n个AT和第n+1个AT之间见图2所示。

图2故障发生在第n个AT和第n+1个AT之间示意图

测距公式：

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2套DK 3571 A，每套DK 3571 A可与同一供电臂的SSP、SP、ATP处的DK 3571 A进行同步和数据通信。

SSP和ATP只设1套DK 3571 A装置，每套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，其通道结构见图3所示，全并联AT供电方式故障时阻抗—距离曲线见图4所示。

图3通道结构图

图4全并联AT供电方式故障时阻抗—距离曲线

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测距原理的同步性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：

1）模拟高压同步；

2）同步SDH通信网同步；

3）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DK 3511装置、DK 3571 A装置及通信通道故障时将造成数据缺失或数据不同步，尽而造成故障测距不正确。

2吸上电流比测距装置的缺陷

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。由于AT中性点吸上电流比原理故障点测距装置设备多、传输过程复杂、传输通道长，及装置易受电磁及外部环境干扰等原因，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有，变电所、AT所、分区所GPS时钟故障或DK 3511装置、DK 3571 A装置及通信通道故障，造成数据缺失或数据不同步，尽而造成故障测距不正确〔2〕。

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（DK 3511），通信管理机与GPS装置（DK 3511），DK 3571A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，使传输通道免受外部环境及电磁干扰，确保设备正常工作。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。其分析原则如下：

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于供电臂吸上总电流相等，可由供电臂馈出电流与供电臂吸上电流相等反推出，即可判定数据满足同步条件。

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，可由此关系近似获取丢失的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2 598 A，3#T线电流1 233 A，3#F线电流1 365 A，4#电流2 567 A，4#T线电流1 299 A，4#F线电流1 334 A，AT吸上总电流240 A；

AT所故障数据缺失；

分区所故障数据1#电流821 A，1#T线电流515 A，1#F线电流306 A，2#电流821 A，2#T线电流436 A，2#F线电流1 257 A，AT吸上总电流1 905 A。

其分析方法如下：

根据故障报告数据同步性原则：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。

可由供电臂馈出电流与供电臂吸上电流相等反推，经计算得短路电流I为5 165 A推出总吸上电流为5 165 A，即可计算出AT所吸上电流为3 020 A，则根据故障测距公式，故障点在AT-SP区段，手动计算故障距离：

故障误差：17.2-16.5=0.7 km，小于1 000 m满足于运行需要。

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于供电臂吸上总电流相等，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。

参考文献：

〔1〕郑西高铁DK 3571 A电铁AT故障测距装置说明书.

〔2〕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.

中图分类号：226.8+1

文献标识码：B

文章编号：1006-8686（2016）01-0001-03