接触网故障在线监测系统
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作者: 秦银生
摘要：系统将通过对接触网线路运行状态进行在线监测以获取线路运行数据和故障信息，实现接地故障的快速准确定位，从而加快故障排除速度，缩短停电时间，减小停电损失，提高作业自动化、信息化水平。
关键词：接触网 故障 在线 快速 定位
一、背景
根据神朔铁路分公司河西运输段运行经验,接触网接地故障时有发生, 接触网本身具有跨区域多、范围广、沿途环境多样、供电方式复杂等特点，出现故障查找起来非常困难，不仅浪费了大量的人力、物力，还会影响其它接触网的正常运行，无形损失巨大。工作人员查找和排除故障会花费较多时间，由此带来的损失大约为每停电一分钟损失近万元。特别是在发生停电故障后，人工查找故障点的时间远远大于故障处理时间，如果巡检人员能够减少故障地点查找所耗费的时间，尽快赶到故障位置，排除故障恢复供电，就可以为企业挽回大量的经济损失。
面对以上难题，目前国内的铁路系统还没有一套能够准确判断故障位置的装置，我希望研究建设一套能够对目前困境有所帮助的接触网故障在线监测系统。该系统将通过对接触网线路运行状态进行在线监测以获取线路运行数据和故障信息，实现短路和接地故障的快速准确定位，从而加快故障排除速度，缩短停电时间，减小停电损失，提高作业自动化、信息化水平。
二、研究内容及预期目标
1、研究内容：
1)参考相关文献资料等，研究现有接地故障检测方法，取其精华去其糟粕，提炼出“综合法”作为进行接地故障判定方法，提高现有接地故障检测方法判定的准确度。
2)研制出可检测线路故障检测终端，实现线路故障检测、方便工作人员查找故障位置，掌握线路的运行状态。
3)研究通过太阳能电池板与蓄电池相结合的方式来为其供电的通信主机。经过低功耗设计的太阳能通信主机将能够在无光条件下正常工作30天以上。
4)研究终端装置的自检功能，确保终端装置每天都在正常工作，防止因终端装置损坏而无法确定故障位置情况的发生。
5)研究终端装置的无线射频通信功能，防止因为有线通信而造成安全距离缩短及线路绝缘等问题。
6)研究终端装置盲区也可以正常使用。
7)研究采用GSM/GPRS方式进行通信及报警信息转发。此方式可应用于各种复杂环境，同时该通信方法的采用将节省通信网络基站等的建设费用，减少开销。
8)设计合理的算法，编程实现数据的直观显示、报警、数据分析、报表生成等功能。
三、技术关键
1、故障检测技术
现有各种故障检测技术的准确度都有限，拟采用“谐波法”和“首半波法”相结合形成“综合法”来提高故障检测的准确度。这两种理论技术的成果转化将是我们研究的重点。
2、故障检测电路及嵌入式软件的设计
新型的故障检测方法要求更高的采样率，更快的运算速度。拟采用单片机作为内核，使计算速度提升至每秒钟500万次，并进行10位数字采样，准确测量电力线路电流。所有测量均采用数字方式，不用模拟电路作为判据，减少干扰，提高精度。
3、供电技术
本项目的接触网线路故障检测终端将采用感应取电与备用电池相结合的新型供电方式，切实保障接触网线路故障检测终端的供电可靠性及设备寿命。
对于大功耗的通信主机将采用太阳能电池板与蓄电池相结合的方式来为其供电。经过低功耗设计的太阳能通信主机将能够在无光条件下正常工作30天以上。
4、通信技术
接触网线路故障检测终端与太阳能通信主机之间采用无线射频进行通信，免除了线路安全距离不足及线路绝缘等问题；另外，传输电路经过抗干扰设计，不受电磁干扰及励磁涌流的影响。
太阳能通信主机与系统主站之间利用无线GSM/GPRS网络加无线射频网络进行通信。我们将采用进口通信模块及更合理的通信协议以便提供通信准确率。针对无GSM/GPRS网络的地方,我们将采用大功率射频传输技术,在接触网上将信息采用无线传输终端中继的方式传输，直到检测到GSM/GPRS网络后再远传到系统主站，解决了在无GSM/GPRS网络的通信问题。
5、自检设计
终端装置每天都将进行一次自检，检查自身的通讯及供电等是否正常。自检完毕后将发送相关信息到系统主站。主站若持续24h未接受到相应终端的自检信息则将发出提示信息，提醒工作人员进行处理。
6、安装设计
故障检测终端采用固定弹簧卡具的方式进行安装,在卡具下加有防滑橡胶，不会对接触网造成损坏或检测终端在线上滑动的现象。系统主站的软件设计及开发
监测中心由系统监控主站及监测系统软件构成，主要是通过收集、记录、处理由终端检测单元回传的数据，按照各类故障的不同处理流程进行故障的事件记录数据发布自动告警日志、声光报警、短信报警等工作。
7、预期目标：
该项目实施后，对运行接触网的故障点能进行有效定位，不再需要安排人工巡线查找故障点， 而故障报警短信转发功能及WEB发布功能将大大提高线路自动化水平。系统的完成将可以大量减少人力、物力费用，提高工作效率及供电可靠性，达到减员增效的目的。
四、系统介绍
研制出的接触网线路故障在线监测系统将主要由以下几部分组成：
1）接触网故障检测终端
2）太阳能通信主机
3）通信交换机
4）服务器
5）系统软件
本系统将故障信息通过无线射频传输至太阳能通信主机，由其通GSM/GPRS网络将信息传输至通信交换机并最终进入服务器。服务器相关软件在运算处理后进行信息的显示、报警、报警短信转发、生成报警记录及日报等。与此同时，相关人员也将通过通信交换机转发的报警短信迅速到达故障现场进行处理，避免事故扩大，减少用电损失，减轻工作人员劳动强度，提高线路现代化水平。
五、效益预测
“接触网故障在线监测系统”是利用GPRS无线数据传输网，在调度室建立GPRS数据处理平台，能够实时监测接触网故障信息。
1、减少故障查找时间及人工成本
假如以前接触网出现故障后需要派出5个巡线工人查找故障，需要2小时的巡线查找故障时间，假若一年发生5起故障，则每年需要耗费50小时用于查找故障。采用接触网线路故障在线监测系统后，可在出现故障出现后3分钟内在主站软件页面上显示出具体故障位置，并将故障位置通过短信发送到相关工作人员的手机上，一年的5起故障只需15分钟就可明确故障位置。
2、降低运营成本
该项目实施后，对运行中线路的故障点能进行有效定位，不再需要安排人工巡线查找故障点，而故障报警短信转发功能及WEB发布功能将大大提高线路自动化水平。系统的完成将可以大量减少人力、物力费用，提高工作效率及供电可靠性，达到减员增效的目的，也大大提高了接触网运行维护的自动化水平。
[参考文献]：
1 桑在中，潘贞存等。小电流接地系统单相接地故障选线、测距和定位的新技术。电网技术，1997，21（10）50―52。
2孙振华，侯义明。接地故障指示器检测原理分析。供用电，2004
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