接觸網故障在線監測系統

摘要：系統將通過對接觸網線路運行狀態進行在線監測以獲取線路運行數據和故障信息，實現接地故障的快速準確定位，從而加快故障排除速度，縮短停電時間，減小停電損失，提高作業自動化、信息化水平。

關鍵詞：接觸網 故障 在線 快速 定位

一、背景

根據神朔鐵路分公司河西運輸段運行經驗，接觸網接地故障時有發生， 接觸網本身具有跨區域多、范圍廣、沿途環境多樣、供電方式復雜等特點，出現故障查找起來非常困難，不僅浪費了大量的人力、物力，還會影響其它接觸網的正常運行，無形損失巨大。工作人員查找和排除故障會花費較多時間，由此帶來的損失大約為每停電一分鐘損失近萬元。特別是在發生停電故障后，人工查找故障點的時間遠遠大于故障處理時間，如果巡檢人員能夠減少故障地點查找所耗費的時間，盡快趕到故障位置，排除故障恢復供電，就可以為企業挽回大量的經濟損失。

面對以上難題，目前國內的鐵路系統還沒有一套能夠準確判斷故障位置的裝置，我希望研究建設一套能夠對目前困境有所幫助的接觸網故障在線監測系統。該系統將通過對接觸網線路運行狀態進行在線監測以獲取線路運行數據和故障信息，實現短路和接地故障的快速準確定位，從而加快故障排除速度，縮短停電時間，減小停電損失，提高作業自動化、信息化水平。

二、研究內容及預期目標

1、研究內容：

1)參考相關文獻資料等，研究現有接地故障檢測方法，取其精華去其糟粕，提煉出“綜合法”作為進行接地故障判定方法，提高現有接地故障檢測方法判定的準確度。

2)研制出可檢測線路故障檢測終端，實現線路故障檢測、方便工作人員查找故障位置，掌握線路的運行狀態。

3)研究通過太陽能電池板與蓄電池相結合的方式來為其供電的通信主機。經過低功耗設計的太陽能通信主機將能夠在無光條件下正常工作30天以上。

4)研究終端裝置的自檢功能，確保終端裝置每天都在正常工作，防止因終端裝置損壞而無法確定故障位置情況的發生。

5)研究終端裝置的無線射頻通信功能，防止因為有線通信而造成安全距離縮短及線路絕緣等問題。

6)研究終端裝置盲區也可以正常使用。

7)研究采用GSM/GPRS方式進行通信及報警信息轉發。此方式可應用于各種復雜環境，同時該通信方法的采用將節省通信網絡基站等的建設費用，減少開銷。

8)設計合理的算法，編程實現數據的直觀顯示、報警、數據分析、報表生成等功能。

三、技術關鍵

1、故障檢測技術

現有各種故障檢測技術的準確度都有限，擬采用“諧波法”和“首半波法”相結合形成“綜合法”來提高故障檢測的準確度。這兩種理論技術的成果轉化將是我們研究的重點。

2、故障檢測電路及嵌入式軟件的設計

新型的故障檢測方法要求更高的采樣率，更快的運算速度。擬采用單片機作為內核，使計算速度提升至每秒鐘500萬次，并進行10位數字采樣，準確測量電力線路電流。所有測量均采用數字方式，不用模擬電路作為判據，減少干擾，提高精度。

3、供電技術

本項目的接觸網線路故障檢測終端將采用感應取電與備用電池相結合的新型供電方式，切實保障接觸網線路故障檢測終端的供電可靠性及設備壽命。

對于大功耗的通信主機將采用太陽能電池板與蓄電池相結合的方式來為其供電。經過低功耗設計的太陽能通信主機將能夠在無光條件下正常工作30天以上。

4、通信技術

接觸網線路故障檢測終端與太陽能通信主機之間采用無線射頻進行通信，免除了線路安全距離不足及線路絕緣等問題；另外，傳輸電路經過抗干擾設計，不受電磁干擾及勵磁涌流的影響。

太陽能通信主機與系統主站之間利用無線GSM/GPRS網絡加無線射頻網絡進行通信。我們將采用進口通信模塊及更合理的通信協議以便提供通信準確率。針對無GSM/GPRS網絡的地方，我們將采用大功率射頻傳輸技術，在接觸網上將信息采用無線傳輸終端中繼的方式傳輸，直到檢測到GSM/GPRS網絡后再遠傳到系統主站，解決了在無GSM/GPRS網絡的通信問題。

5、自檢設計

終端裝置每天都將進行一次自檢，檢查自身的通訊及供電等是否正常。自檢完畢后將發送相關信息到系統主站。主站若持續24h未接受到相應終端的自檢信息則將發出提示信息，提醒工作人員進行處理。

6、安裝設計

故障檢測終端采用固定彈簧卡具的方式進行安裝，在卡具下加有防滑橡膠，不會對接觸網造成損壞或檢測終端在線上滑動的現象。系統主站的軟件設計及開發

監測中心由系統監控主站及監測系統軟件構成，主要是通過收集、記錄、處理由終端檢測單元回傳的數據，按照各類故障的不同處理流程進行故障的事件記錄數據發布自動告警日志、聲光報警、短信報警等工作。

7、預期目標：

該項目實施后，對運行接觸網的故障點能進行有效定位，不再需要安排人工巡線查找故障點， 而故障報警短信轉發功能及WEB發布功能將大大提高線路自動化水平。系統的完成將可以大量減少人力、物力費用，提高工作效率及供電可靠性，達到減員增效的目的。

四、系統介紹

研制出的接觸網線路故障在線監測系統將主要由以下幾部分組成：

1）接觸網故障檢測終端

2）太陽能通信主機

3）通信交換機

4）服務器

5）系統軟件

本系統將故障信息通過無線射頻傳輸至太陽能通信主機，由其通GSM/GPRS網絡將信息傳輸至通信交換機并最終進入服務器。服務器相關軟件在運算處理后進行信息的顯示、報警、報警短信轉發、生成報警記錄及日報等。與此同時，相關人員也將通過通信交換機轉發的報警短信迅速到達故障現場進行處理，避免事故擴大，減少用電損失，減輕工作人員勞動強度，提高線路現代化水平。

五、效益預測

“接觸網故障在線監測系統”是利用GPRS無線數據傳輸網，在調度室建立GPRS數據處理平臺，能夠實時監測接觸網故障信息。

1、減少故障查找時間及人工成本

假如以前接觸網出現故障后需要派出5個巡線工人查找故障，需要2小時的巡線查找故障時間，假若一年發生5起故障，則每年需要耗費50小時用于查找故障。采用接觸網線路故障在線監測系統后，可在出現故障出現后3分鐘內在主站軟件頁面上顯示出具體故障位置，并將故障位置通過短信發送到相關工作人員的手機上，一年的5起故障只需15分鐘就可明確故障位置。

2、降低運營成本

該項目實施后，對運行中線路的故障點能進行有效定位，不再需要安排人工巡線查找故障點，而故障報警短信轉發功能及WEB發布功能將大大提高線路自動化水平。系統的完成將可以大量減少人力、物力費用，提高工作效率及供電可靠性，達到減員增效的目的，也大大提高了接觸網運行維護的自動化水平。

[參考文獻]：

1 桑在中，潘貞存等。小電流接地系統單相接地故障選線、測距和定位的新技術。電網技術，1997，21（10）50—52。

2孫振華，侯義明。接地故障指示器檢測原理分析。供用電，2004