CN101923138B - 内置了gps模块的at线路故障测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速电气化铁路AT供电方式内置了GPS模块的故障测距系统方案，这种测距系统不需要其它装置GPS脉冲信号节点配合即可实现时钟的精确同步，外部接线简单、实用方便，精准的内置GPS时钟同步是保证测距精度的重要环节，能够大量地节省寻找故障点的人力物力，减轻铁路供电维护部门的劳动强度，可以尽早地排除故障，恢复供电，减少由于停电造成的损失。在目前高速铁路成为铁路建设的重点这一背景下，本发明必将创造良好的经济效益。

Description

内置了GPS模块的AT线路故障测距系统
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电系统领域，尤指涉及高速电气化区段AT牵引供电系统领域。该发明创造适用于采用并联自耦变压器(AT)供电方式的电气化铁道牵引变电所、AT所、开闭所及分区所，实现AT供电方式接触网各种类型故障的定位、类型判别和方向判别的功能。
背景技术
随着我国《中长期铁路网规划》的实施，特别是在全球金融危机的背景下，我国又追加了2万亿元用于铁路建设，我国的铁路建设迎来了新一轮高峰，AT供电系统以其自身的优点受现代高速铁路设计人员的青睐，因其自身结构的复杂性，这种供电方式出现的故障较其他供电方式多。对AT牵引供电系统，由于非线性阻抗影响，测距相对复杂，目前在国内AT线路上主要应用的为日本津田80年代研制的吸上电流比故标装置和天津凯发研制的wgc系列等效上下行电流比测距装置以及应用于郑武线、大秦线、侯月线的DK3571A/B故障测距装置，现有AT故障定标系统都由沿线各个站点故标装置配合完成，多采用主站和子站模式，牵引变电所的装置为主站，AT所、分区所、开闭所的装置为子站，所和所间隔有10多公里。主站负责故障启动判别，当故障启动后主站记录故障启动时刻，将带启动时刻的启动报文广播给各子站，子站收到启动报文后将启动时刻记录的交流量有效值发送到主站，主站根据接收到的数据判断故障类型和距离，参见附图1、2。由此可见，故障测距系统需要采集故障时刻主站、子站的相关交流量，为保证测距精度，沿线各个站点测距装置的时钟同步至关重要，在这种测距模式中目前存在以下问题：
问题1、没有GPS对时的情况：由于处理器能力、容量限制或通信线路通道、路由等环节的延迟，需要沿线主站和各子站保留一定时限内的通道有效值缓冲，为保证测距精度，需要提取故障时刻各站点数据，仅靠规约软件维持时钟同步是不够的。
问题2、有GPS对时的情况：为提高对时精度，目前有厂家采用外置GPS模块，存在两种情况：第一种，对常规所无GPS对时系统，借助于站内其它保护测控装置所配置的GPS插件接收GPS卫星同步数据保证各所装置数据同步(GPS插件安装于别的保护测控装置)，GPS插件配置GPS卫星接收模块，输出秒对时脉冲和串口对时报文给MMI插件；第二种，对综合自动化所有GPS对时系统。直接将GPS对时系统的秒脉冲接入站内测距装置的对时插件。无论是第一种还是第二种都是通过外置GPS对时同步，站内接线复杂，需要别的装置或设备配合完成。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上AT线路测距系统存在的缺陷，提出了一种新型内置了GPS模块的AT线路故障测距系统，包括以下内容：
内置于装置的GPS模件设计上采用了内置Motorlola GPS核心模块，应用其成熟的标准接口、软件开发、时标传递格式引出秒脉冲硬件对时节点，以及串口软对时报文；
需要另外购买GPS天线，通过此天线接收卫星信号对时，接入GPS模件对时接口；
MMI模件还有硬件时钟和GPS对时输入接口，作为整个装置的时钟源。GPS对时输入接口为有源24V模式，MMI模件通过串行口和脉冲信号线与GPS模件连接，根据串口对时报文判断GPS通信和天线状态是否正常，通过面板GPS信号显示检查GPS开入脉冲是否正常。
选用了GPS秒脉冲方式为空节点对时。
本发明具有如下的有益效果：本发明公开了一种高速电气化铁路单、复线AT供电方式内置了GPS模块的故障测距系统，内置的GPS时钟同步模件使得站内对时系统外部接线简单可靠，有力保证了沿线数据同步，大大提高了AT测距精度，节省寻找故障点的人力物力，减轻铁路供电维护部门的劳动强度，可以尽早地排除故障恢复供电，减少由于停电造成的损失。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。
附图说明
图1现有技术中AT供电方式下复线牵引网测距装置配置图；
图2现有技术中测距系统沿线各站点综自及AT通信示意图；
图3本发明实施例的MMI模件与GPS模件对时接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图3对内置了GPS模块的AT线路故障测距系统实施方案进一步描述：
组成模件设计：交流模件、保护CPU模件、监控MMI模件、面板模件、开入模件、GPS模件、电源模件。其中，交流模件提供多个电压输入和电流输入回路，交流量经压互、流互变换后通过母板连线至CPU模件；保护CPU模件是装置的核心模件，功能包括模拟数据的采样和处理、保护算法、与监控模件及I/O模件通信、事件定值的存储等基本功能；监控MMI模件负责处理装置信息的输入输出，并驱动面板模件提供监视、调试和设置的人机界面，监控模件设有硬件时钟和GPS对时输入接口，作为整个装置的时钟源，GPS对时输入接口的有：空接点、有源24V及RS485三种模式的选择，可根据需要灵活选配；
GPS模件设计：GPS模件设计上采用了内置Motorlola GPS核心模块，应用其成熟的标准接口、软件开发、时标传递格式，通过外扩接口器件引出秒脉冲硬件对时节点，以及串口软对时报文，为了给站内的其它装置授时，GPS模件设置有1路直流同步脉冲输出和2路隔离差分电平同步脉冲输出。直流输出支持12V-220V的直流电压，采用大功率MOSFET管作为开关器件。差分电平为RS485/422电平，每路输出最多可支持32个授时节点。时间误差小于500纳秒，可为全所提供精确时间。对时可采用通信方式或脉冲对时网，全所时钟精度、事件分辨率不大于1毫秒；
需要另外购买GPS天线，通过此天线接收卫星信号对时，接入GPS模件对时接口；
MMI模件时钟接收部分设计：MMI模件有硬件时钟和GPS对时输入接口，作为整个装置的时钟源。GPS对时输入接口为有源24V模式，MMI模件通过串行口和脉冲信号线与GPS模件连接，根据串口对时报文判断GPS通信和天线状态是否正常，通过面板GPS信号显示检查GPS开入脉冲是否正常；
对时方式的选择：软对时是以通讯报文的方式实现的，这个时间是包括年、月、日、时、分、秒在内的完整时间，此方式对时通过GPS模件的9针口接至MMI的报文接收断，如图3示；硬对时一般用分对时或秒对时，分对时将秒清零、秒对时将毫秒清零。理论上讲，秒对时精度要高于分对时。本设计中采用脉冲秒对时。本发明采用硬对时和软对时相结合的方式，即装置通过通讯报文获取年月日时分秒信息，同时通过脉冲信号精确到毫秒，使得AT测距系统从内置的GPS时钟系统中取时钟，统一了沿线测距装置的时间，便于数据信息的统一、事件时间的统一、事故调查的统一，从而提高AT供电模式测距精度。
数据缓存处理方案：实际应用中不要求各所数据采集完全同步，但要求数据同步控制在5毫秒内，通过GPS对时之后的精确绝对时间来同步，各子站只要求传输各通道采样有效值，每个子站的采样通道最大允许为12个，子站个数目前最大允许为6，主站从发出故障启动命令到接收从站返回的通道有效值数据，目前最长允许时间范围为5秒，所以主站和各子站保留的通道有效值缓冲，可以持续10秒，可按采样频率保存。
以上设计方案已经成功应用与温福线、沪宁线等多条线路，被证实切实、有效，并创造了良好的经济效益。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种内置了GPS模块的AT线路故障测距系统，它有交流模件、保护CPU模件、监控MMI模件、面板模件、开入模件、GPS模件、电源模件组成，其特征在于：
所述交流模件，提供多个电压输入和电流输入回路，交流量经压互、流互变换后通过母板连线至保护CPU模件；
所述保护CPU模件，模拟数据的采样和处理、保护算法、与监控模件及I/O模件通信、事件定值的存储；
所述监控MMI模件，负责处理装置信息的输入输出，并驱动面板模件提供监视、调试和设置的人机界面，监控MMI模件设有硬件时钟和GPS对时输入接口，作为整个装置的时钟源，GPS对时输入接口的有：空接点、有源24V及RS485三种模式；所述监控MMI模件时钟接收部分，监控MMI模件有硬件时钟和GPS对时输入接口，作为整个装置的时钟源；GPS对时输入接口为有源24V模式，监控MMI模件通过串行口和脉冲信号线与GPS模件连接，选用GPS秒脉冲方式为空节点对时，根据串口对时报文判断GPS通信和天线状态是否正常，通过面板GPS信号显示检查GPS开入脉冲是否正常； 
所述GPS模件，采用内置Motorlola GPS核心模块，应用其成熟的标准接口、软件开发、时标传递格式，通过外扩接口器件引出秒脉冲硬件对时节点，以及串口软对时报文，为了给站内的其它装置授时，GPS 模件设置有1路直流同步脉冲输出和2路隔离差分电平同步脉冲输出；直流输出支持12V—220V 的直流电压，采用大功率MOSFET 管作为开关器件；差分电平为RS485/422 电平，每路输出最多可支持32 个授时节点；对时可采用通信方式或脉冲对时网；
对时方式的选择：软对时是以通讯报文的方式实现的，包括年、月、日、时、分、秒在内的完整时间，软对时通过GPS模件的9针口接至MMI的报文接收断；硬对时用分对时或秒对时，分对时将秒清零、秒对时将毫秒清零；通过通讯报文获取年月日时分秒信息，同时通过脉冲信号精确到毫秒，使得AT测距系统从内置的GPS时钟系统中取时钟，统一沿线测距装置的时间，便于数据信息的统一、事件时间的统一、事故调查的统一，提高AT供电模式测距精度。
2.根据权利要求1所述的AT线路故障测距系统，其特征在于：选用GPS秒脉冲方式为空节点对时。
3.根据权利要求1或2所述的AT线路故障测距系统，其特征在于：通过GPS对时之后的精确绝对时间来同步，数据同步完全控制在5毫秒内，各子站要求传输各通道采样有效值，每个子站的采样通道最大允许为12个，子站个数目前最大允许为6，主站从发出故障启动命令到接收从站返回的通道有效值数据，最长允许时间范围为5秒，主站和各子站保留持续10秒通道有效值缓冲方案，保证主站同步采集故障时刻子站的电压、电流值。
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