保护信号（共9篇）
保护信号 篇1
0 引言
随着光纤通信和继保技术的发展,继保信号通过光纤传输在电力系统中得到了广泛应用,而保护信号的准确、可靠传输关系到电网的安全稳定运行。
1 光纤接口
光纤保护信号主要采用专用光纤接口、64kbit/s复用通道接口、2Mbit/s复用通道接口3种传输方式。
1.1 专用光纤接口
保护专用光纤接口方式是以光脉冲方式实现信号传递,为64kbit/s速率编码、高速同步通信方式。在这种接口模式下,保护装置输出信号通过光纤接至ODF(光纤配线架),再通过ODF将保护光纤跳线接至指定的OPGW光纤,具体接口通道示意图如图1所示。
优点:简单、中间接口环节少、可靠、抗干扰强。
缺点:不能长距离传输,一般用于50km以内的线路;不能充分利用光纤的频带资源;一旦受外力破坏,保护通道全部中断。
1.2 64kbit/s复用通道接口
在64kbit/s复用通道接口方式下,保护装置输出信号通过光纤传输至通信机房。在通信机房,保护信号先经过数字接口设备的光电转换,然后把64kbit/s保护电信号经PCM(脉冲编码调制)装置变换为2Mbit/s的电信号并通过同轴电缆送至SDH网元,变为2Mbit/s的光信号通过SDH通信网传输。其接口通道示意图如图2所示。
优点:可充分利用光纤的频带资源;能利用SDH通信网的自愈能力,提高可靠性。
缺点:增加了PCM设备,接口复杂,增加了传输时延;保护信号与其它数据业务复接后在同一个基群传输,其它业务的不正确操作会影响保护信号的正确传输,因此实际电网中,多让一路保护信息独享一个基群传输(不和其它数据业务通过PCM设备复接),以提高保护信息传输的可靠性。
1.3 2Mbit/s复用通道接口
2 Mbit/s复用通道接口方式中,保护装置输出信号通过光纤传输至通信机房。在通信机房,保护信号经过数字接口设备的光电转换,变为2Mbit/s的电信号通过同轴电缆送至SDH网元,变为2Mbit/s的光信号通过SDH通信网传输。其接口通道示意图如图3所示。
优点:相比64kbit/s接口,不需PCM设备,接口环节变少,可靠;能利用SDH通信网的自愈能力,提高可靠性。
缺点:相比专用光纤,接口环节多。
2 通道配置
上述光纤保护通道各有优缺点,在实际应用中,应根据线路情况采用不同的通道配置方式,以提高保护信号传输可靠性。
目前,220kV及以上线路保护均采用双重化配置,并且在光纤通道的配置上,不同的保护采用独立的通信设备和路由,不将所有的信号放在一条光缆上传输。OPGW光缆可靠性高,1根光缆内的不同纤芯可认为是不同路由,因此可用1根OPGW光缆传输所有信号;但对于具备SDH环网条件的,应考虑利用SDH环网配置不同的光纤迂回通道,从而进一步提高线路主保护的可靠性。
对于线路主保护,一般采用如下几种配置方式:
(1)光纤专用通道+光纤专用通道(两路采用不同的路由)。
(2)SDH光纤复用通道+光纤专用通道。
(3)SDH光纤复用通道+SDH光纤复用通道(两路采用不同的路由)。
500kV主保护线路较220kV长,一般较少采用专用光纤通道,而主要采用SDH光纤复用通道+SDH光纤复用通道(两路采用不同的路由)的配置模式,但是2条复用通道传输环节的节点应是物理隔离,以保证任何节点故障时,2条复用通道的保护不会同时退出运行。由于500kV线路主保护对通道的高要求,因此一些新建线路对每套主保护配置了双通道,这样即使某通道故障,也可以自动切换至备用通道,提高了可靠性,保障了安全运行。
3 时钟设置
继保信号在光纤中的传输要求准确、迅速、不失真,因此对通信环节的误码率等技术指标有很高的要求。在实际应用中,除了光纤传输各环节的硬件原因会引起误码外,整个传输环节中时钟的设置不当也会使传输过程产生滑码,造成保护的周期性误码,影响保护及电网安全运行。
两侧保护装置分别有自己的内部时钟,在信号传输过程中的某一节点,若数据写入时钟Ta与读出时钟Tb不一致,就会造成某些数据的丢失或重复读取,出现滑码或丢包。可见,节点两侧若为不同的时钟源,就会出现滑码,而出现滑码的频率取决于此节点两侧写入时钟Ta与读出时钟Tb的频率差。要避免在数据传输节点出现滑码,就必须使一侧时钟完全符合另一侧时钟,通常采取一侧时钟从接收的另一侧数据流中提取,即主-从时钟方式。在实际信号传输中,两侧装置均可采用自己的内部时钟,即主-主时钟方式。根据CCITT G703协议,允许出现一定的时钟偏差,其产生的滑码不会影响保护正常运行。
在实际应用中,由于光纤保护信号经过不同的通道接口进行数据传输,因此其同步传输时钟工作方式也不尽相同。
(1)专用光纤通道方式下,保护通道中途没有任何数据存取节点,数据存取节点仅存在于两侧的保护装置,也没有其它时钟源,因此其时钟设置既可采用主-主时钟方式,也可采用主一从时钟方式。但是在主-从时钟模式下,一侧的时钟完全从接收的数据流中提取,提取的好坏影响写入时钟,因此在实际应用中,一般采用主-主时钟方式,即两侧保护装置的“专用光纤(内部时钟)”控制字设置为1。
(2)64kbit/s复用通道模式下,PCM时钟为主时钟,其它子业务采用PCM时钟,因此两侧保护装置采用从-从时钟模式,即两侧保护装置的“专用光纤(内部时钟)”控制字设置为0。
(3)2Mbit/s复用通道模式下,SDH网络根据各节点的精准时钟来进行数据的透明传输。一般情况下,SDH设备中通道的“重定时”功能关闭,故类似于专用通道,两侧保护装置采用内部时钟,即主-主时钟方式,两侧保护装置的“专用光纤(内部时钟)”控制字设置为1。
4 通道故障
光纤保护是线路主保护,通道故障将导致保护闭锁,甚至误动或拒动。通道故障时,通常由调度发令将相应的保护改信号状态,通知检修或通信人员进行处理。若1条500kV线路2套保护同时通道故障,则意味着该线路失去主保护,调度会要求运行人员在现场确认2套通道同时故障后,使线路陪停,这严重影响了电网的安全运行和设备的可靠性。因此,一旦出现通道故障,迅速、准确地判断故障对于电网运行和故障消除至关重要。
例1:某变电所设备正常运行时,监控系统多条线路同时报“通道告警”。根据光字信号,运行人员发现,这几条线路保护通道方式不同(有专用光纤通道,也有复用通道)且不经过共同的通信设备。分析认为不可能为某一设备的故障,应为通信电源故障。检查通信机房和电源室,发现一路通信电源故障而另一路未能进行自动切换是该路电源上的线路通道失电告警原因。经人工恢复,快速消除了故障,通道恢复正常。
例2:某500kV线路2套主保护均配置64kbit/s复用通道。通道故障,后台光字显示“RD51通道故障、L90装置故障”,“RD52通道故障、L90装置故障”。根据网调规程,500kV线路2套主保护同时故障,原则上要求线路陪停。由于该线路2套保护均有备用通道,因此运行人员必须准确判断是主通道故障还是备用通道故障,否则会导致线路停役。检查保护装置,发现2套保护“RD51通道故障”,“RD52通道故障”;通信机房该线路光纤接口屏显示“FORM第1套保护通道1”装置TD灯灭,“FORM第2套保护通道1”装置TD灯灭,通信机房PCM屏ALM灯亮。综合分析,认为主通道故障而备用通道能正常运行,无需线路陪停。
出现通道故障信号后,运行人员应有一个初步判断:
(1)同时出现不相关联的几个通道故障,应先检查通信电源。
(2)保护通道故障时,同一个通信终端设备上的其它通道也出故障,可先判断为通信设备故障。
(3)单一通道的通信故障,可先根据保护装置的丢包情况,通信设备的指示灯状况,大致判断是保护装置还是通信环节引起的通道故障。
参考文献
[1]徐向军,田桂珍.500kV线路光纤纵联保护应用的相关问题分析[J].电力系统通信,2009(5):58-61
[2]林榕,赵春雷.线路保护采用光纤接口技术的探讨[J].电力自动化设备,2005(11):91-93
[3]黄红兵,黄丽云.浙江省500kV线路主保护的光纤通道配置探讨[J].电力系统通信,2005(5):61-64
[4]吴云,雷雨田.光纤保护通道配置[J].电力系统通信, 2003(9):11-14
[5]李瑞生,马益平,王伟.光纤电流差动保护通信时钟设置[J].电力系统通信,2006(2):8-10
[6]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005
保护信号 篇2
1 对操作信号的所有部件进行观察、清扫与必要的检修及调整，所述部件包括：与装置有关的操作把手、按钮、插头、灯座、位置指示继电器、中央信号装置及这些部件回路中的端子排、电缆、熔断器等。
2 检查信号灯及限流电阻的容量是否与设计符合，当信号灯座短路时是否保证不会发生误合或误跳闸的现象。
3 检验熔断器。当继电器及其他设备新投入或接入新回路时，核对熔断器的额定电流是否与设计相符或与所接入的负荷相适应。
4 利用导通法检验操作屏、继电保护屏、自动装置屏、中央信号屏等回路的电缆、电缆芯的标号以及全部接线应与设计相符，电缆编号薄的填写应正确，
5 用1000V 摇表测量电缆每芯对地及对其他各芯间的绝缘电阻，其绝缘电阻应不小于1MΩ。
定期检验只测量芯线对地的绝缘电阻。
6 新投入运行时，检查中央信号装置中各继电器逻辑回路的动作特性，各种音响信号、光示信号工作的正确性。
发电厂、变电站内每一设备单元停电后作保护的全部检验时，在操作试验中应检验所有信号回路的指示是否正确。信号回路设备可不进行单独的检验。
7 检验信号直流回路与保护及安全自动装置的直流回路是否确实没有寄生回路存在。检验时应根据回路设计的具体情况，用分别地断开信号直流回路中的一些可能在运行中断开(如熔断器、指示灯等)的设备及使回路中某些触点闭合的方法来检验。所有并联连接的回路如需引入直流电源时，这些并联元件如无可靠的隔离(二极管)，则必须直接在同一个屏的端子板上接取电源。
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保护信号 篇3
【关键词】 骨关节炎，膝；透骨消痛胶囊；Wnt/β-catenin信号通路；体内实验；大鼠
doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.12.001
【ABSTRACT】 Objective：To investigate the protective effect of Tougu Xiaotong Jiaonang（透骨消痛胶囊）
on knee articular cartilage of rats from Wnt/β-catenin signaling pathway.Methods：Sixty healthy two-month male SD rats were randomly divided into a normal control group，a model control group and a Tougu Xiaotong Jiaonang group （TXJ group），20 rats in each.The model control group and the TXJ group were given double knee joint cavity injection with 4% papain.After the osteoarthritis models were successfully established，the TXJ group was given Tougu Xiaotong Jiaonang 287.5 mg·kg-1，while the normal control group and the model control group were given the same dose of physiological saline.After 2 months of administration，the Western blot method was used to observe the expressions of ADAMTS-5，Wnt-4，
β-catenin and MMP-13 in articular cartilage of three groups.Results：Compared with the normal control group，the expressions of ADAMTS-5，Wnt-4，β-catenin and MMP-13 in the model control group increased
（P < 0.05），while compared with the model group，the expressions of ADAMTS-5，Wnt-4，β-catenin and MMP-13
in the TXJ group decreased（P < 0.05）.Conclusion：The protective effect of Tougu Xiaotong Jiaonang on articular cartilage is correlated with the reduction of the Wnt/β-catenin signaling pathway expression.
【Keywords】 osteoarthritis，knee；
Tougu Xiaotong Jiaonang（透骨消痛胶囊）；
Wnt/β-catenin signaling pathway；experiment in vivo；rats
透骨消痛胶囊由巴戟天、白芍、川芎和肿节风组成，具有补肾柔肝和活血祛风的功效[1]，临床上用于治疗早、中期膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）[2]。前期研究显示，透骨消痛胶囊能缓解4%木瓜蛋白酶所致大鼠软骨组织超微结构的异常变化，改善软骨下骨胶原纤维和钙磷结晶的排列，抑制潮线复制和软骨基质中Ⅱ型胶原的降解，上调软骨生长因子骨形态发生蛋白-2（BMP-2）表达，从而延缓关节软骨的退变[3-4]；
并可以上调LC3 I/II、ULK1和Beclin1蛋白的表达水平，提高细胞自噬的活性，保护软骨细胞等[5]；
而Wnt/β-catenin信号转导通路在骨关节炎发病机制中起着重要作用[6]，其颗粒剂的体外实验证实了对此信号转导通路具有调控作用，但其相关的体内实验未见报道[7]。因此，本研究观察大鼠KOA的关节软骨中Wnt/β-catenin信号转导通路关键蛋白的表达，探讨透骨消痛胶囊对其的调控作用，进一步阐明其保护关节软骨的机制，现总结
如下。
1 实验材料
1.1 实验动物 SPF级健康清洁级2月龄雄性SD大鼠60只，体质量200～220 g，上海斯莱克实验动物有限责任公司提供，许可证号：SCKK（沪）2012-0002。福建中医药大学实验动物中心提供清洁级实验动物环境设施（合格证号：医动学第23-016号）。实验动物的处置按照2006年科技部《关于善待实验动物的指导性意见》规定。
1.2 实验药物 透骨消痛胶囊为福建中医药大学附属第二人民医院的院内制剂，临床用量为每粒460 mg，每次3粒，每日2次。批准文号：闽制字Z20100006。
1.3 实验试剂和仪器 木瓜蛋白酶（北京索莱宝科技有限公司）；生理盐水（福州海王福药制药有限公司）；RIPA裂解液（强）、PMSF（100 mM）、
SDS-PAGE蛋白上样缓冲液（5X）、彩色预染蛋白质分子量标准、SDS-PAGE凝胶配置试剂盒、20×TBS、Western封闭液、SDS-PAGE电泳缓冲液、Western 一抗稀释液、Western 二抗稀释液、BCA蛋白浓度测定试剂盒（增强型）、超敏ECL化学发光试剂盒（上海碧云天生物有限公司）；Anti-WNT4、Anti-MMP13、Goat Anti-Rabbit IgG H&L （HRP）、Goat F（ab'）2 Anti-Mouse IgM mu chain （HRP）、Anti-ADAMST-5（美国abcam公司）；Anti-beta Actin、Anti-beta Catenin（北京博奥森生物技术有限公司）；半干转印系统（新型快速）、电泳仪、化学发光成像系统（美国Bio Rad公司）等。
2 方 法
2.1 动物分组及模型建立 将60只SD大鼠随机分为正常对照组、模型对照组和透骨消痛胶囊组，每组20只。模型对照组和透骨消痛胶囊组从实验开始的第1，4，7天分别采用4%木瓜蛋白酶双膝关节腔注射[8]，建立KOA大鼠模型。
2.2 给药方法 造模2周后，切取胫骨平台，利用HE染色法[9]，观察正常对照组、模型对照组和透骨消痛胶囊组的软骨组织形态，进行模型鉴定。模型制备成功后，参照药理试验中动物间和动物与人体间的等效剂量换算[10]，透骨消痛胶囊组每日给予透骨消痛胶囊287.5 mg·kg-1，正常对照组、模型对照组则给予同剂量的生理盐水灌胃。
2.3 检测指标及方法 分别给予生理盐水和透骨消痛胶囊灌服2个月，刮取各组软骨组织，剪碎后经匀浆器充分研磨，用裂解液裂解提取蛋白，经BCA测定浓度。加入5×loading buffer，100 ℃ 5 min
变性。各组每孔按50 μg上样，经10% SDS-PAGE凝胶电泳分离后，半干湿转法将蛋白转至PVDF膜上，均在室温用质量分数为5%的脱脂奶粉封闭1 h，分别加入β-Actin（1∶1000）、MMP-13（1∶3000）、β-catenin（1∶500）、Wnt-4（1∶500）和ADAMST-5（1∶1000）一抗，4 ℃孵育过夜，TBST洗膜3次，加入对应的二抗（1∶3000），室温孵育1 h，TBST洗膜3次，加ECL发光剂，凝胶成像系统扫描，计算目的蛋白条带灰度值与内参蛋白β-Actin条带灰度值
的比值。
2.4 统计学方法 研究中软骨组织的蛋白提取、含量检测均经独立重复实验3次，采用 SPSS 18.0软件进行统计分析。计量资料以表示，采用方差分析，组间两两比较采用LSD检验。以P < 0.05 为差异有统计学意义。
3 结 果
3.1 造模情况 造模2周后，正常对照组软骨表面光滑，四层结构清晰，软骨分布均匀，潮线完整；模型对照组软骨表面凹凸不平，表层和深层软骨细胞数量明显减少，部分软骨细胞固缩，偏于一侧，有明显的炎性细胞渗出。病变符合骨关节炎的基本变化。见图1。
3.2 关节软骨中ADAMTS-5、Wnt-4、β-catenin和
MMP-13的含量 给药2个月后，与正常对照组比较，模型对照组ADAMTS-5、Wnt-4、β-catenin和MMP-13表达升高（P < 0.05）；与模型对照组比较，透骨消痛胶囊组ADAMTS-5、Wnt-4、β-catenin和MMP-13表达降低（P < 0.05）。见图2、图3。
4 讨 论
KOA是一种以关节软骨的退行性病变和继发性骨质增生为主要病变的疾病。有研究表明，木瓜蛋白酶是一种蛋白水解酶，能分解软骨基质的蛋白多糖；蛋白多糖的丢失可减弱软骨基质对软骨细胞的保护作用，导致软骨细胞退变以致破坏、软骨降解，即其在维持软骨的硬度和弹性方面具有重要作用，已经成为判断软骨退变的指标之一[11-12]。而以ADAMTS-4和ADAMTS-5为主的蛋白聚糖酶均能降解蛋白多糖，且去除ADAMTS-5活性能对抗蛋白多糖的分解，但是，去除ADAMTS-4活性无此作用[13]。因此，本研究以关节腔注射木瓜蛋白酶复制大鼠KOA模型，检测给药2个月后各组软骨中ADAMTS-5的含量，反映软骨退变程度。结果发现，透骨消痛胶囊能降低KOA关节软骨中ADAMTS-5的含量，提示其减少蛋白多糖的降解，从而减轻关节软骨的损伤。
为了进一步研究透骨消痛胶囊对关节软骨的保护作用，笔者研究了其对软骨细胞生长、分化和成熟相关的Wnt/β-catenin信号通路影响[14]。前期研究表明，在Wnt/β-catenin信号通路中，Wnt-4过度表达引起β-catenin持续表达，导致生长板软骨细胞肥大和向终端分化。而且，在OA损伤软骨和退变的软骨细胞中，β-catenin表达增多，会刺激MMPs的分泌[15]。其中，MMP-13可直接降解软骨基质中最具特征的Ⅱ型胶原，在关节软骨的破坏中起到重要作用，可作为软骨破坏性的标志性分
子[16]。而且，它也是Wnt/β-catenin（下转第31页）
（上接第7页）信号转导通路的下游分子[14，17]。本研究检测给药2个月后各组软骨中Wnt-4、β-catenin和MMP-13的含量，结果显示，透骨消痛胶囊能降低软骨中Wnt-4、β-catenin和MMP-13的表达，提示透骨消痛胶囊保护关节软骨与Wnt/β-catenin信号转导通路有关。
本研究以透骨消痛胶囊为干预药物，以大鼠KOA为模型，以软骨保护为主线，在研究反映软骨退变程度指标ADAMTS-5的基础上，旨在研究透骨消痛胶囊保护关节软骨的机制，证实了透骨消痛胶囊能降低ADAMTS-5的含量，减少蛋白多糖的降解，保护关节软骨，其作用机制之一为透骨消痛胶囊对Wnt/β-catenin信号通路的多靶点调控作用。
5 参考文献
[1]郑春松，叶蕻芝，李西海，等.透骨消痛胶囊中补肾柔肝药和活血祛风药治疗骨关节炎作用方式的计算机模拟比较[J].中医正骨，2015，27（7）：6-10.
[2]林木南.透骨消痛方治疗膝骨性关节炎30例[J].福州总医院学报，2009，16（3）：242.
[3]叶锦霞，吴广文，赖舜淼，等.透骨消痛胶囊对膝骨关节炎大鼠内质网应激影响的研究[J].风湿病与关节炎，2015，4（11）：5-11.
[4]Li X，Lang W，Ye H，et al.Tougu Xiaotong capsule inhibits the tidemark replication and cartilage degradation of papain-induced osteoarthritis by the regulation of chondrocyte autophagy[J].Int J Mol Med，2013，31（6）：1349-1356.
[5]Li X，Liu F，Liang W，et al.Tougu Xiaotong capsule promotes chondrocyte autophagy by regulating the Atg12/LC3 conjugation systems[J].Int J Mol Med，2014，34（2）：545-552.
[6]Corr M.Wnt-beta-catenin signaling in the pathogenesis of osteoarthritis[J].Nat Clin Pract Rheumatol，2008，4（10）：550-556.
[7]刘伯龄，邹吉林，梁珪清，等.透骨消痛颗粒对关节软骨细胞wnt/β-连环蛋白信号通路的调控[J].中国组织工程研究与临床康复，2011，15（46）：8574-8578.
[8]唐和斌，李婷婷，杨燕京，等.木瓜蛋白酶诱导骨关节炎模型中病理指标的动态变化[J].中南民族大学学报：自然科学版，2013，32（4）：41-45.
[9]李西海，梁文娜，叶蕻芝，等.骨关节炎软骨潮线漂移与软骨退变的相关性研究[J].风湿病与关节炎，2014，3（1）：10-15.
[10]黄继汉，黄晓晖，陈志扬，等.药理试验中动物间和动物与人体间的等效剂量换算[J].中国临床药理学与治疗学，2004，9（9）：1069-1072.
[11]Little CB，Smith MM.Animal models of osteo-
arthritis[J].Curr Rheumatol Rev，2008，4（3）：1-8.
[12]张文贤，张晓刚.骨关节炎的实验研究进展[J].中国中医骨伤科杂志，2003，11（6）：51-53.
[13]Stanton H，Rogerson FM，East CJ，et al.ADAMTS5 is the major aggrecanase in mouse cartilagein vivo and in vitro[J].Nature，2005，434（7033）：648-652.
[14]王超华，张子博，朱梅，等.Wnt/β-catenin信号通路与骨关节炎发病机制的研究[J].天津医药，2011，39（6）：483-486.
[15]黄研，张晓玲，戴尅戎.Wnt/β-catenin信号通路与骨病——作为药物靶标的潜力[J].国际骨科杂志，2010，31（6）：328-330.
[16]Nakashima A，Tamura M.Regulation of matrix metalloproteinase-13 and tissue inhibitor of matrix metalloproteinase-1 gene expression by WNT3A and bone morphogenetic protein-2 in osteoblastic
differentiation[J].Front Biosci，2006，11（5）： 1667-1678.
[17]Hartmann C，Tabin CJ.Dual roles of Wnt signaling during chondrogenesis in the chicken limb[J].Development，2000，127（14）：3141-3159.
基于保护信号的隐性故障检测 篇4
隐性故障即在电网故障时才表现出来的保护装置缺陷[1,2,3],会导致保护误动或者拒动,严重时甚至引起电网连锁故障。 检测并及时处理保护隐性故障能有效提高电网运行的可靠性,是十分必要的。 已有文献大多针对隐性故障造成的电网连锁故障风险进行研究。 文献[4 - 5]通过概率统计的方法建立隐性故障造成的连锁故障概率模型。 文献[6 - 7]提出了基于故障树等方法分析电网的连锁故障,但对保护装置中隐性故障的检测方法研究则较少[8]。
随着通信技术的发展,实时获取准确的电网信息已成为可能[9,10]。 广域测量系统(WAMS)利用相量测量单元(PMU)可同步多点测量电网的实时数据, 该数据具有高采样频率、高精度等优点,同时,保护管理信息系统可以准确记录保护装置及断路器的动作信号等信息。 当电网发生故障时,上述系统采集一次设备及二次设备的信息传送到调度中心,可综合用于检测隐性故障。
现有的微机保护自带自检装置,可以离线检测到一部分故障。 但是保护动作原理较为复杂,各个环节之间的联系紧密,常规手段有时难以检测到某些环节缺陷。 文献[11 - 13]提出利用保护及断路器的动作信号建立解析模型,将故障诊断规则解析化, 转化为使目标函数最小化的0 - 1整数规划问题并优化求解,其有着严密的数学基础和理论依据。 该方法能诊断出故障元件及拒动或误动的保护或断路器,但是无法检测未出口动作的后备保护或保护其他环节的隐性故障,也无法判断线路故障的范围。
本文通过构造基于保护信号的解析模型以检测隐性故障,利用保护的启动、动作信号及断路器的跳闸信号,并考虑线路的三段保护及拒动误动等较复杂情况,建立反映各信号之间关联的解析模型,基于3种信号的实际状态与期望状态的最大匹配原则, 构造反映两者之间差异的目标函数,优化求解,最后根据保护的实际状态与期望状态的差异判断其是否含有隐性故障。 该方法除了能有效诊断故障元件以及线路故障的基本位置,还能检测出保护的启动或出口动作方面的隐性故障,根据启动信号检测未出口动作信号的后备保护隐性故障。 通过算例验证了该方法的有效性。
1解析模型的建立
按照不同的保护要求,继电保护装置有多种类型,但是其内部基本结构类似,按功能划分一般有以下几个部分:
a. 数据采集及预处理环节,采集电网一次侧的电气量并预处理;
b. 测量与比较环节,故障时对电气量进行计算处理及逻辑判断;
c. 启动环节,检测系统的扰动使保护启动,发出启动信号,若不满足动作条件则返回;
d. 出口动作环节,发出动作信号驱动断路器跳闸。
隐性故障原因一般有以下几种:数据采集及预处理环节故障导致一次侧测量数据错误引起的误动;通信故障使信号发送失败或错误引起的误动;继电器故障导致触点常闭引起的误动;保护设置不合理引起的误动等。 电网正常运行时,可以检测到数据采集及预处理环节的隐性故障[14],故障时,若主保护和断路器正确动作,则故障设备会被隔离,此时相关的后备保护也应该正确启动,如果它们未启动或错误启动,则表明保护存在隐性故障;或者相应的后备保护启动但未按照动作原理返回而发生误动,也表明保护存在隐性故障。 基于保护信号来构建解析模型,可以有效检测隐性故障,现阶段可收集的信号主要包括保护启动及动作信号、断路器的跳闸信号。 启动信号即保护已启动,但延时未到时保护装置发出的即时信号;动作信号即保护装置出口的动作信号,可驱动断路器跳闸,并使之发出跳闸信号。 根据检测结果对保护装置进行检修,排除隐性故障, 能有效避免连锁故障。
多数文献仅使用主保护和后备保护的动作信号进行解析,诊断故障元件及保护或断路器的拒动或误动情况,未充分利用保护的其他信号。 而且在实际的运行中,线路会采用三段保护结合其他保护等较为复杂的配置,关于这方面的研究较少。 本文将保护分为线路保护(三段保护配合纵联保护)及其他元件保护(母线保护、变压器保护等),分别针对以上保护的动作及启动信号、断路器的跳闸信号建立解析模型。
1.1故障区域的识别
电网实际运行时,单一元件故障较为频繁,若保护装置和断路器正确动作切除故障,则过程简单,结果准确。 但当保护装置含有隐性故障时,会发生误动或拒动,动作情况更为复杂,故障区域也会相应扩大。 建立解析模型首先要确定故障区域,现有研究根据断路器的带电状况能准确识别故障边界,形成故障区域,为构造解析模型建立良好的基础[13,15]。 本文考虑到远后备保护的启动情况,将故障区域边界向下级线路延伸一级,以检测启动信号。
故障区域确定后,设:其中共有M个可能发生故障的元件,构成元件集合S={s1,s2,…,sM};N条可能发生故障的线路,为了方便描述,将第n条线路分为3段pn1、pn2、pn3, 构成线路集合P ={p11,p12,p13, … ,pN1, pN2,pN3}。 采用这种线路划分方法,可以在诊断结果中判断出线路故障的位置。 定义sm取1和0时分别表示S中第m个元件故障和正常;pnt取1和0时分别表示P中第n条线路的第t(t=1,2,3)段故障和正常。
设上述线路和元件共配置D个保护,保护动作信号构成的集合为R={r1,r2,… ,rd,… ,rD},rd取1和0时分别表示R中第d个保护动作和未动作;保护启动信号构成的集合为A={a1,a2,…,ad,…,aD},ad取1和0时分别表示A中第d个保护启动和未启动;故障后与停电设备相关的所有Q个断路器的跳闸信号构成的集合为C={c1,c2,…,cq,…,cQ},cq取1和0时分别表示C中第q个断路器跳闸和未跳闸。
根据继电保护原理,在解析模型中,故障后保护或者断路器做出的正确动作响应,称作动作期望[12], 表现为相应的信号期望,即保护的启动信号期望A*、 动作信号期望R*以及断路器的跳闸信号期望C*。
在本文的解析模型中,v表示线路的纵联保护; x、y、z分别表示线路的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护;i表示元件的主保护;j表示元件的第一后备保护;l表示元件的第二后备保护;k表示断路器失灵保护;在各线路及元件的解析模型中,、- 分别表示逻辑运算的与、 或、非,若不影响表达,可省略。
1.2线路保护动作信号解析模型
线路保护采用三段保护与纵联保护配合,纵联保护在线路两端安装,三段保护在线路靠近电源的一侧安装,若是双端电源线路,则两侧均需要安装。 线路保护范围划分如图1所示。 以L1为例,D、E侧一般采用相同的保护,保护范围也一致,一般为线路全长的80%。 根据继电保护装置已设定的三段保护范围,将线路L1分为p11、p12、p133段,则D侧Ⅰ段保护范围为p11+ p12,E侧Ⅰ段保护范围为p12+ p13。 Ⅱ段保护范围为本线路的全长及相连的母线,为保证线路的全长均得到保护,保护的范围会相应延伸到下级线路,但延伸长度并不确定,因此这部分不考虑在内。 同理,Ⅲ段保护范围为本线路及下级线路的全长及相连母线。 纵联保护作为主保护,保护本线路的全长。 根据各保护的保护范围、配置规则以及保护动作原理,形成解析模型。
a. 主保护。
设线路L1的纵联保护动作信号为r1v,当L1上发生故障时,纵联保护应该动作,其动作信号期望R*1v为:
b. Ⅰ段保护。
设线路L1的D侧Ⅰ段保护动作信号为r1x,当故障发生在第1、2段线路时,则Ⅰ段保护应动作,其动作信号期望R*1x为:
c. Ⅱ段保护。
设线路L1的D侧Ⅱ段保护动作信号为r1y,保护本线路全长及母线E。 当故障发生在本线路时,若对应线路D侧的Ⅰ段保护及纵联保护未动作,则Ⅱ 段保护应动作;或者当故障发生在末端母线E时,若母线主保护未动作,则Ⅱ段保护应动作,动作信号期望R*1y为:
其中,r1v为线路L1的纵联保护信号。
d. Ⅲ段保护。
设线路L1的D侧的Ⅲ段保护动作信号为r1z,当故障发生在本线路时,若对应线路D侧的Ⅰ段保护、 Ⅱ段保护及纵联保护均未动作,则Ⅲ段保护应动作; 或者当故障发生在下级线路L2(或L3、L4)时,Ⅲ段保护到故障线路之间的关联路径上的全部断路器都处于闭合状态,则Ⅲ段保护应动作;或者当故障发生在母线E(或F)时,母线主保护及相应的Ⅱ段保护均未动作,则Ⅲ段保护应动作,动作信号期望R*1z为:
其中,为第i条下级线路故障时,该线路上第q个断路器的跳闸情况。
1.3元件保护及断路器动作信号的解析模型
元件保护主要包括母线保护、变压器保护、发电机保护等,以下对各种类型的保护动作情况分别进行讨论。
a. 主保护。
设S中第m个元件sm的主保护动作信号为rmi, 如sm故障,则主保护动作,动作信号期望R*mi为:
b. 第一后备保护。
设元件sm的第一后备保护动作信号为rmj,如果sm故障且主保护拒动,则第一后备保护动作,动作信号期望R*mj为:
c. 第二后备保护。
设元件sm的第二后备保护动作信号为rml,第二后备保护保护元件为sm及其相邻的元件sx,如果sm故障且其主保护和第一后备保护未动作,则第二后备保护动作;或者当故障发生在相邻元件sx,且第二后备保护到sx的关联路径上的全部断路器都处于闭合状态,则第二后备保护动作,动作信号期望R*ml为:
其中, ∑表示逻辑连堠运算;Π 表示逻辑连堠运算; M(rml,sm)为在保护rml范围内元件sm的所有相邻元件集合;Q(rml,sx)为保护rml到sx关联路径上的全部断路器的集合。
d. 断路器失灵保护。
220 k V及以上电压等级的电网中一般配置专门的断路器失灵保护。 设rqk为第q个断路器的断路器失灵保护的动作信号,rp为可驱动断路器跳闸的保护动作信号,cq为断路器跳闸信号。 当保护动作并驱动断路器跳闸时,若断路器未动作,则断路器失灵保护动作,动作信号期望R*qk为:
其中,D(cq)为能驱动断路器cq跳闸的全部保护集合。
e. 断路器动作。
任何能够驱动断路器跳闸的保护动作,断路器都应该跳闸,动作信号期望Cq*为:
1.4保护启动信号的解析模型
故障发生后,只要在保护范围内,相应的Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ段保护,或者主保护后备保护均要启动。 若继电保护装置含有隐性故障,可能会造成保护不能及时启动或者错误启动,以下对各种类型的保护启动信号解析模型分别进行讨论。
a. 纵联保护启动。
设线路L1的纵联保护的启动信号为a1v,纵联差动保护作为L1的主保护保护线路全长,故障发生在L1的任何位置,纵联差动保护均应该启动,启动信号期望A*1v为:
b. Ⅰ段保护启动。
设线路L1Ⅰ段保护的启动信号为a1x, 故障发生在Ⅰ段保护范围内就应该启动,启动信号期望A*1x为:
c. Ⅱ段保护启动。
设线路L1Ⅱ段保护的启动信号为a1y, 故障发生在Ⅱ段保护范围内就应该启动,启动信号期望A*1y为:
d. Ⅲ段保护启动。
设线路L1Ⅲ段保护的启动信号为a1z,Ⅲ段保护作为本线路的近后备及下级线路的远后备,在本线路及与本线路连接的任一下级线路发生故障时均需要启动,启动信号期望A*1z为:
其中,N为下级线路物数目。
e. 其他元件保护启动。
设元件sm的主保护的启动信号为ami,第一后备保护的启动信号为amj,第二后备保护的启动信号为aml,当设备发生故障时,主保护及第一、第二后备保护均需要启动,启动信号期望A*mi、A*mj、A*ml分别为:
f. 断路器失灵保护启动。
设第q个断路器失灵保护的启动信号为aqk,当有启动断路器的任一保护动作,断路器失灵保护均需启动,启动信号期望A*qk为:
1.5拒动及误动的解析模型
在上述保护和断路器解析模型的基础上,加入保护(断路器)的误动(用f表示)或者拒动(用g表示)情况。 对于保护(断路器)的动作信号集合{r1, r2,…,rd,…,rD}({c1,c2,…,cq,… ,cQ}),如果rd= 1,第d个保护的动作信号期望Rd*= 0(cq= 1,Cq*= 0), 则保护(断路器)误动, frd= 1 ( fcq= 1), 否则frd= 0( fcq= 0); 如果rd= 0,Rd*= 1 (cq= 1,Cq*= 1), 则保护( 断路器) 拒动,grd= 1(gcq= 1),否则grd= 0(gcq= 0);如果rd= Rd*= 0 (cq= Cq*= 0),或者rd= Rd*= 1(cq= Cq*= 1),则保护( 断路器)正确动作。 考虑到保护的拒动问题,当元件或线路发生故障时,保护启动但未动作,或保护未启动, 均表示保护未动作。
根据保护和断路器的期望状态与实际状态的对比,分析得出保护和断路器的拒动和误动情况,并对矛盾的动作逻辑进行约束,矛盾的动作逻辑包括:保护动作但未启动,保护(断路器)误动又拒动,有动作期望又误动,无动作期望又拒动,未动作又误动,已动作又拒动。 将矛盾的动作逻辑进行约束,用逻辑方程可以表示为:
2隐性故障检测
采用基于保护信号解析模型的隐性故障检测方法,将解析模型的问题转换成最能解释实际保护(断路器)动作情况的0 - 1整数规划问题,优化目标函数进行故障诊断,并通过比较保护期望状态与实际状态的差别,确定不正确启动或动作的保护,检测含有隐性故障的保护装置。
2.1目标函数
首先确定目标函数E(H),目标函数越小表示保护与断路器的实际情况与期望情况越接近,目标函数的逻辑约束如1.5节所述,目标函数E(H)为:
其中,D为保护数量;Q为断路器的数量;为D个保护的启动期望状态与实际状态之间的差异;为D个保护的动作期望状态与实际状态的差异;为Q个断路器的跳闸期望状态与实际状态的差异;表示保护和断路器拒动、误动的情况,在优化过程中,误动或拒动的保护和断路器总数越少,目标函数越小,优化结果越明显;由于启动的保护数量远多于动作的数量,应适当减小启动状态在目标函数中的相对权重,设w为启动的相对权值,为(0,1)范围内的实数,w1、w2分别表示保护和断路器的误动、拒动的相对权值。
2.2隐性故障检测流程
本文采用粒子群优化算法求解目标函数,最优粒子为H(S,P,A,R,C,F,G),H中的S、P为故障诊断结果,即发生故障的元件和线路;F、G为保护与断路器的动作评价。 通过诊断结果检测保护的实际状态与期望状态的差异,可以确定没有正确启动或动作,或者信息上传有误的保护含有隐性故障。
根据上文的建模和求解思路,检测流程如图2所示,通过保护管理信息系统采集电网中保护的配置规则及保护范围,建立解析模型,当故障发生时, 利用该方法进行故障诊断及隐性故障的检测,在调度中心建立隐性故障检测系统。
3算例分析与验证
以图3所示的测试系统为例,系统中元件、保护及断路器的数量如下。
a. 20个设备, 包括4台发电机G1、G2、G3、G4,4台变压器T1、T2、T3、T4,8条母线A1、A2、…、A8及4条线路L1、L2、L3、L4。
b.20个断路器QF1、QF2、…、QF20。
c.76个保护,包括20个主保护G1i、G2i、G3i、G4i、T1i、T2i、T3i、T4i、A1i、A2i、…、A8i、L1v、L2v、L3v、L4v,12个后备保护G1j、G2j、G3j、G4j、T1j、T2j、T3j、T4j、T1l、T2l、T3l、T4l;20个断路器失灵保护QF1k、QF2k、…、QF20k;每条线路都是双端电源线路,两侧均配置三段保护,因此有8个Ⅰ段保护L1x、L1x′、L2x、L2x′、L3x、L3x′、L4x、L4x′,8个Ⅱ段保护L1y、L1y′、L2y、L2y′、L3y、L3y′、L4y、L4y′,8个Ⅲ段保护L1z、L1z′、L2z、L2z′、L3z、L3z′、L4z、L4z′。其中,G表示发电机或者发电机的保护;T表示变压器或者变压器的保护;A表示母线或者母线的保护;L表示线路或者线路的保护;B表示断路器或者断路器的失灵保护;x与x′分别表示线路两端的Ⅰ段保护,y与y′分别表示线路两端的Ⅱ段保护,z与z′分别表示线路两端的Ⅲ段保护,x、y、z为顺时针方向的保护,x′、y′、z′为逆时针方向的保护。
3.1算例1
设线路L3发生故障,上传的保护和断路器实际动作为:线路L3的主保护L3v拒动,L3x动作,跳开断路器QF17,L3x′、L3y′、L3z′拒动,相邻线路的Ⅲ段保护L4z′动作,跳开断路器QF9,变压器第二后备保护T3l动作,跳开断路器QF14。
上传的保护启动信号为:L3v、L3x、L3y、L3z、L2z、L4z′、T3l、T4l、QF9k、QF14k、QF17k。
根据断路器的跳闸信号,且故障区域边界向下级线路延伸一级,故障区域包含的可疑故障元件有L1、L2、L3、L4、A2、A5、A6、A7、T1、T3、T4、G3,对应于S={s1,s2,…,s8};P={p11,p12,p13,p21,p22,p23,p31,p32,p33,p41,p42,p43};断路器有15个,分别是QF2、QF3、QF4、QF5、QF9、QF10、QF11、QF12、QF13、QF14、QF15、QF16、QF17、QF18、QF19,对应的断路器跳闸信号C={c1,c2,…,c15}。线路保护有28个,分别是线路L1、L2、L3、L4的纵联保护及三段保护L1v、L1x(x′)、L1y(y′)、L1z(z′)、L2v、L2x(x′)、L2y(y′)、L2z(z′)、L3v、L3x(x′)、L3y(y′)、L3z(z′)、L4v、L4x(x′)、L4y(y′)、L4z(z′),元件主保护有8个,分别是A2i、…、A7i、T1i、…、T4i、G3i;元件的后备保护有7个,分别是T1j、T2j、T3j、T4j、G3j、T1l、T2l、T3l、T4l。断路器失灵保护有6个,分别是QF9k、…、QF17k,对应的实际保护动作信号R={r1,r2,…,r49},保护启动信号A={a1,a2,…,a49};目标函数E(H)中,w=0.25,w1=1.5,w2=0.75。
采用离散粒子群优化算法求解,则目标函数的最小值E(H*)=5.75,最优粒子为H*,其中,S={0,0,0,0,0,0,0,0},P={0,0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0}。则诊断结果为:线路L3的p31段发生故障,线路Ⅰ段保护L3x动作,线路L4Ⅲ段保护L4z′动作,变压器T3第二后备保护T3l动作,断路器QF9、QF11、QF14跳闸,拒动的保护有L3v、L3y′、L3z′。通过对比a与A*,得出保护启动的差异:实际状态下线路L3左侧的Ⅱ、Ⅲ段保护未启动,期望状态下Ⅱ、Ⅲ段保护应启动。由此可得,L3左侧的Ⅲ段保护启动部分可能含有隐性故障,导致保护未启动或启动信号未上传。
3.2算例2
设变压器T1发生故障,上传的保护和断路器实际动作为:变压器主保护T1i拒动,第一后备保护T1j动作,跳开断路器QF2,断路器QF3拒动,断路器失灵保护QF3k动作,跳开断路器QF4、QF9,Ⅲ段保护L4z动作,跳开断路器QF11。
上传的保护实际启动信号为:T1j、T1l、QF2k、QF3k、QF11k、L4z、L1z′。
同理,故障区域包含的可疑元件有A1、A2、A6、T1、T3、G1、L1、L3、L4,对应于S={s1,s2,…,s6},P={p11,p12,p13,p21,p22,p23,p31,p32,p33,p41,p43,p43};断路器有QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF9、QF11、QF14、QF15、QF16、QF17,对应于C={c1,c2,…,c11};线路保护有12个,分别是L1、L3、L4的纵联保护及三段保护L1v、L1x(x′)、L1y(y′)、L1z(z′)、L2v、L2x(x′)、L2y(y′)、L2z(z′)、L3v、L3x(x′)、L3y(y′)、L3z(z′)、L4v、L4x(x′)、L4y(y′)、L4z(z′);元件主保护有6个,分别是A1i、A2i、A6i、T1i、T3i、G1i;元件的后备保护5个,分别是T1j、T3j、G1j、T1l、T3l;断路器失灵保护有3个,分别是QF2k、QF3k、QF11k;对应的保护动作信号R={r1,r2,…,r26},保护启动信号A={a1,a2,…,a26}。目标函数E(H)中,w=0.25,w1=1.5,w2=0.75。
采用离散粒子群优化算法求解,目标函数最小值E(H*)=6.25,最优粒子为H*,其中,S={0,0,0,1,0,0},P={0,0,…,0}。则诊断结果为:变压器T1发生故障,第一后备保护T1j动作,断路器失灵保护QF3k动作,Ⅲ段保护L4z动作,断路器QF2、QF4、QF9、QF11跳闸,拒动的保护有T1i,误动的保护有L4z。通过对比a与A*,r与R*,得出保护启动与动作的差异:实际状态下变压器T1的主保护未启动,第一、第二后备保护启动,期望状态下主保护与第一、第二后备保护均启动;实际状态下L4的Ⅲ段保护启动并动作,期望状态下L4的Ⅲ段保护启动但未动作。由此可得,变压器T1的主保护启动部分可能含有隐性故障,导致主保护未启动或启动信号未上传;L4的Ⅲ段保护可能含有隐性故障,导致Ⅲ段保护误动。
4结论
电网可提供精确度较高的多种信息用于隐性故障检测,本文加入了保护的启动信号,考虑了故障元件、保护启动、保护动作和断路器跳闸的关联性,并针对三段保护等较复杂情况,提出一种基于保护信号解析模型的隐性故障检测方法。 该方法利用一次设备及二次设备提供的信息,根据保护和断路器的动作原理及配置规则构建解析模型,并建立目标函数,利用粒子群优化算法进行求解,得到故障诊断结果。 并通过保护信号期望状态与实际状态的差异确定含有隐性故障的保护装置。 算例表明,该隐性故障检测方法有较强的实用性,可在故障诊断的同时检测保护装置的隐性故障。
摘要：目前尚缺乏有效的继电保护装置隐性故障检测方法,因此提出了一种基于保护信号解析模型的隐性故障检测方法。该方法根据保护启动、保护动作、断路器跳闸、故障位置信号之间的逻辑关系,以及主保护和后备保护之间的配置规则,并考虑线路三段保护、拒动误动等情况,构建描述各信号之间关联的解析模型。将信号的实际状态和期望状态的最大匹配作为优化目标,利用优化结果检测隐性故障。算例分析结果表明了该方法的有效性。
保护信号 篇5
随着科技的发展, 国民收入的提高, 车辆数量迅速增加, 为提高城市交通现代化水平, 改善城区交通条件, 城市交通综合管理系统应运而生, 对主要干道、中心区域进行交通信号的协调控制、区域控制。城市交通综合管理系统包括多个字系统, 其中最关键和最有效的是交通信号控制子系统和交通电视监控子系统, 即交通信号监控系统。每年都会因为雷击造成此系统不同程度的损坏。因此, 做好交通信号监控系统的防雷工程保障系统长期正常运行, 更好地为道路交通服务显得尤为需要。
1 交通信号监控系统频繁受雷击的原因
雷击灾害是较为严重的自然灾害, 除直接雷击造成人身安全和财产损失外, 感应雷对现代电子设备造成的危害也越来越严重。交通信号监控系统本身是电子化的综合智能系统, 高集成化、有各种先进的测量、监控、通信等电子设备。设备由于长时间在户外运行, 元器件抗容性能下降、耐过电压能力下降, 致使信号监控系统频繁受雷击
交通信号监控系统主要包括路口监控系统、车牌识别系统、事件检测系统、闭路电视监控系统、诱导大屏、电子警察设备。设备繁多, 光电缆线路长, 使得系统极易受过电压以及雷击电磁脉冲的侵袭, 使得弱电设备失效或损坏。
2 交通信号监控系统的雷电防护现状
对于一些旧的交通信号监控系统中只是部分有防雷措施, 而配套防雷器大多数又不满足要求。还有的认为交通信号监控系统在城市内有周边建筑物保护, 无需防雷。
3 交通信号监控系统防雷措施
该系统一般由三个组成部分, 分别是前端设备、传输线路和终端设备。
3.1 前端设备防雷
前端设备主要有交通信号灯、交通诱导屏、倒计时显示器、信号灯安装杆、车辆检测器、电子警察等组成。前端设备的结构较为简单, 没有标准强制规定需安装防雷措施, 但因外场设备易受感应雷电, 防雷接地显现尤为重要, 没有合理而良好的接地装置, 就不能把电荷尽快地泄放到大地, 有效地防雷。
如前端设备摄像头应置于接闪器有效保护范围内, 也可架设在前端设备的支撑杆上, 电源线和信号线沿金属支撑杆敷设并穿金属管埋地敷设, 金属管两端良好接地, 起屏蔽接地作用, 防止泄流过程中产生的电磁感应。各设备应进行独立的接地网制作, 在设备基础底座附近适当位置设人工地网, 并将地网与设备基座进行可靠焊接。地网宜选择在人行道路口、高速公路两侧路基外或中央, 尽可能避开道路地下管线, 如施工中发现应小心避开或另选地点。除此以外还应在这些线路接入前端加装适配的SPD。
3.2 传输部分防雷
传输部分由路口前端和控制中心的调制解调器及传输信号线和电源线组成。交通信号监控系统通过电话线或光缆接入城市道路交通监控中心或就近接入路段监控分中心图像和数据接入汇结点。为防止雷击造成埋地线缆故障, 采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设, 金属管道应保持电气连通且至少两端接地。对于无法保证电气连接处可靠电气连接的情况, 应采用截面积大于10mm2铜线跨接。当电缆全程穿金属管有难度时, 可在进入终端和前端设备前将电缆穿金属管埋地引入, 埋地长度不小于15m。在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。此外, 必须在线路两端接入调制解调器前安装电涌保护器。
3.3 终端设备防雷
在交通信号监控系统中, 终端监控中心是整个系统的核心, 应从多方面进行雷电防护。监控中心所在建筑物应按《建筑物防雷技术规范》GB50057-2010进行设计。监控中心应在接闪器保护范围内, 除此还应注意几点:在电源入户端上应设置三级的电涌保护器, 以防雷击高电位从电源线侵入。在弱电系统传输线、信号线等进入前端设备或进入中心控制台之前都应在适当位置加装相应型号级别的信号保护器。室内防静电地板下的配线应用金属线槽防护, 并将线槽两端接地。监控中心室应设置总等电位端子板, 并将PE (PEN) 母排, 防雷接地、设备保护接地以及防静电接地等连接到总等电位端子板上以防止电位差。电涌保护器的接地线应以最短的距离与等电位端进行电气连接。如总等电位连接实施有困难时, 可在设备密集区域, 实施局部等电位连接。机箱 (柜) 内的线缆屏蔽层、电涌保护器的接地线等与设备外壳进行局部等电位连接。
交通信号监控系统防雷工程是一个综合防护工程, 防雷保护不仅取决于防雷装置的性能, 更重要的是设计施工之前, 就要考虑设备所处的地理位置、设计合适的线缆布放方式, 屏蔽及接地方式。只有这样才能将雷电对系统的损害降到最低, 保障系统长期正常运行。
参考文献
[1]《建筑物防雷设计规范》 (GB50057-2010)
[2]《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》 (GB50169-92)
保护信号 篇6
关键词：多样性保护系统,数字化控制系统,软件共模故障,事故分析
0前言
中核集团自主研发的第三代百万千瓦级压水堆核电站的反应堆保护系统 (Reactor Protection System, RPS) 采用的是数字化控制系统 (Digital Control System, DCS) , DCS有可能因为发生软件共模故障 (Software Common Cause Failure, SWCCF) 而影响到系统功能。为此在核电厂中专门设置了多样性保护系统 (Diverse Actuation System, DAS) , 在发生SWCCF的情况下, 对反应堆提供保护, 以保证反应堆安全。
本文对汽轮机停机事故叠加SWCCF的堆芯后果进行计算分析, 研究是否需要在DAS中针对该事故设置专门的自动保护信号。如果需要设置DAS自动保护信号, 则进一步研究和确定需要在DAS中设置的自动保护信号和功能。
1 分析方法与基本假设
本文采用THEMIS程序和FLICA程序进行汽轮机事故停机DAS验证分析。初因事件叠加安全级仪控平台软件共模故障原则上属于超设计基准事故分析的范畴, 因此本文的验证分析采用最佳估算方法 (现实性假设) , 不考虑单一故障和厂外电源丧失, 并且有关参数取名义值。在DAS验证分析中, 认为安全级平台发生SWCCF后, 所有安全级保护功能全部丧失, 但在分析中多样性保护系统 (DAS) 和其它不受安全级仪控平台SWCCF影响的系统 (例如ATWT缓解系统等) 可以提供反应堆保护。
1.1 初始工况
反应堆初始功率、初始稳压器压力、初始反应堆冷却剂平均温度、初始稳压器水位、初始SG二次侧水位、初始SG的给水流量均为名义值。
1.2 初因事件与功能假设
汽轮机在t=0时刻事故停机并且安全级仪控平台同时发生软件共模故障, 随后蒸汽发生器失去主给水。
与堆芯相关的假设:
(1) 多普勒功率系数取最大绝对值;
(2) 在寿期初 (BOL) 和寿期末 (EOL) 两种情况下分别进行分析计算。
控制和保护系统:
不考虑安全级仪控平台保护信号, 但以下系统功能不受影响:
(1) ATWT缓解系统;
(2) 蒸汽旁排;
(3) 稳压器喷雾及电加热器。
DAS验证分析中操作员不干预时间[1]为事故后30分钟, 即对于没有自动保护信号的工况, 事故后30分钟操纵员手动停堆或启动专设安全设施。
采用以上假设的工况记作基准工况。
2 限制准则
参考文献[1]介绍了多样性保护系统事故验证分析所应用的验收准则。基于指导性原则, 并结合多样性保护设计原则和工程实践经验, 可以确定验收准则的要求为:最佳估算并满足屏障完整性准则 (不能导致一回路压力边界和安全壳完整性丧失) 、满足放射性后果准则、保证堆芯可冷却几何形状等准则。
针对具体事故工况及分类, 可进一步研究和确定具体的验收准则。在DAS分析验证中, 汽轮机停机事故 (II类工况同时叠加DCS发生SWCCF) 的验收准则如下: (1) 堆芯不会发生偏离泡核沸腾 (DNB) ; (2) 热点燃料芯块中心温度低于熔化温度限值; (3) 反应堆冷却剂系统压力不导致压力边界完整性丧失。
3 保护信号研究
3.1 基准工况分析
基于第1节的分析假设, 图1-图2给出基准工况的分析结果。汽轮机事故停机后, 随后主给水流量终止。此时因反应堆功率大于30%FP并且主给水流量低于6%NF, 触发ATWT缓解系统[2], 经计算核实反应堆不会超压, 最小DNBR高于限值, 事故发生后1800s内SG没有满溢。在此之后操作员开始进行干预, 将反应堆带入冷停堆状态。
3.2 蒸汽发生器满溢分析
3.1节分析中假设汽机停机之后给水丧失, 该假设对于堆芯安全而言是更恶劣的, 其分析结果表明即使在这种情况下仍然能够满足安全限值要求。但是若假设在事故发生后给水系统仍能维持一定的给水流量, 且在事故发生后的30分钟内无操作员干预, 有可能会造成蒸汽发生器满溢, 从而加重事故后果。为了进一步提高反应堆的安全裕量, 本文在3.1节分析的基础上, 进一步探讨增加“事故后蒸汽发生器不满溢”及相关信号设置。
3.2.1 无保护信号分析
本节在第1节基准工况假设的基础上, 考虑主给水维持100%NF流量, 对寿期末 (EOL) 工况进行分析 (记作工况1) 。
瞬态过程中, 主给水维持100%NF流量, 未能触发ATWT缓解系统[2], 蒸汽发生器在事故发生后约978s满溢 (图3) 。
3.2.2 主给水隔离信号分析
经过3.2.1节的分析, 考虑到可能存在蒸汽发生器满溢的风险, 本节在第1节基准工况假设的基础上, 在DAS中增设“SG水位高高”信号。如果瞬态过程中触发DAS保护系统的“SG水位高高”信号, 则主给水自动隔离 (记作工况2) 。
工况2的计算结果见图4-图5。在事故过程中给水流量过高, DAS保护系统的“SG水位高高”信号实现主给水隔离, 主给水隔离后触发ATWT缓解信号, 随之反应堆停堆, 辅助给水延迟一段时间后投入。在瞬态过程中最小DNBR高于限值。事故发生后1800s内SG没有发生满溢, 在此之后操作员开始进行干预, 从而可以最终避免SG满水。
4 结论
汽轮机事故停机叠加SWCCF不会损坏反应堆冷却剂系统压力边界的完整性, 事故中的最小DNBR值高于限值, 燃料包壳没有发生DNB的风险, 满足验收准则要求。在DAS系统中设置“SG水位高高”主给水隔离信号, 能够避免事故后蒸汽发生器满溢, 有效提高了核电厂的安全性。
参考文献
[1]NRC NUREG-0800 Branch Technical Position BTP-7-19, ‘Guidance for Evaluation of Diversity and Defense-in-Depth in Digital Computer-Based Instrumentation and Control Systems‘[R], Rev 6, July 2012.
保护信号 篇7
1.1 雷击
1) 直接雷:直击雷是目前人类无法控制和阻止的自然灾害, 它的特点是放电电压高 (可达500kV以上) , 放电电流大 (虽然一般认为200kA是允许的上限, 然而雷电的实际放电电流却可达到惊人的530kA) , 放电过程时间短 (一次闪电放电时间约为40μs) , 闪电电流波形波头陡度大 (闪电电流在不到1μs的时间便可以达到100 kA以上的极值) ;直接侵入设备或与设备关联的传输线上的雷电。但袭击信号设备的概率很小。
2) 传导雷:雷电电磁脉冲是雷击导线或电气、电子设备附近时, 由静电和电磁感应在导线或电气、电子设备上形成的“瞬态过电压”。发生在距电气电子系统设备1km以远的云间放电和云地放电都可能在计算机信息系统金属导线上产生可能导致设备失效的过电压。与电气电子系统相连的金属导线被感应上雷电电磁脉冲过电压时, 雷电电磁脉冲过电压将沿导线以行波方式向两方向传播, 传递到电气电子设备上 (这部分雷电我们称为“传导雷”) , 造成设备失效。
1.2 铁路信号雷电防护特点
1) 信号室外设备分布范围广, 站场内设备密集, 钢轨又是雷击的良导体, 信号楼等建筑物集中, 如防雷方式不当, 一旦遭遇雷击将引起连锁反应, 损失巨大。
2) 信号楼室外线路遭受雷击后, 线路中大电流将会随电缆进入各机房, 从而引起内部设备损坏。
3) 信号室内外采用多种接地系统, 如果接地电阻不均衡, 受到雷击后, 电流将引起地电位差, 造成“地电位反击”, 使人员和设备遭受损害。
2 发现问题
在海外工程安哥拉罗安达铁路项目, 因当地雨季雷电频繁, 而且有的车站处在森林内, 所以信号设备极易遭受雷电袭击。我们在施工中不断总结经验, 也找出了很多适合当地环境的防雷措施。室外除了正常防雷外还通过采取加装避雷针、更换高防雷型设备元件等措施, 室内各设备都加装防雷补偿元件并且通过拉网式屏蔽接地。但是, 2009年10月, 罗安达铁路刚纽卡车站室内电源设备、开关元件等一月内两次受到雷击, 分析原因是由于室外电源电缆、信号电缆比较容易受感应雷倾入, 大电流将通过电缆进入室内各设备元件, 造成室内设备的损坏。
3 解决方案
室内分线盘作为连接室内、外信号传输系统的中转站, 是一道隔断感应电流进入室内的屏障, 罗安达铁路前期施工中都是通过加装放电管和压敏电阻, 以达到泄流的目的。但是无论是并联 (如图1所示) 或者串联 (如图2所示) 实际防雷效果并不好。并联组合中, 如果压敏电阻的参考电压Uima选得不当, 则放电管将有可能在暂态过电压作用期间内不会放电导通, 过电压的能量全由压敏电阻来泄放, 这对压敏电阻是不利的, 容易造成压敏电阻损坏, 而且也不能有效解决放电管可能产生的续流问题。
串联组合中, 放电管只起着一个开关作用, 当感应电流能达到放电管的极限值是他才能工作, 在安哥拉雷电易发环境下, 真正防雷效果也不是很好。目前国内使用带防雷的综合分线柜, 但是由于安哥拉站内使用6502电气集中连锁、区间采用半自动闭塞, 而且全是非电码化区段, 车站都比较小, 室内设备不多, 所以综合分线柜使用价值不是很高, 但是可以通过在分线柜上加装部分必要的防雷元件, 以达到防雷的目的。
1) 信号机外线防雷。
站内调车信号机、出发信号机、进站信号机、预告信号机所有去、回线在室内分线盘对应的端子上, 每线加装1个BVB SLP 275VB防雷器, 作纵向保护。
2) 半自动闭塞外线防雷。
在半自动闭塞外线上安装一套BVB SLP 130VB防雷器进行纵横向全保护。
3) 信号机点灯电路防雷。
在所有列车信号机的去线、回线, 高柱调车信号机的去线、回线的对应端子上安装一个BVB SLP275VB防雷保安器进行纵向保护。
4) 在室内分线盘灯丝报警线对应的端子上, 每线加装1套BVB SLP 75VB防雷器, 作纵向保护。
5) 室内轨道电源防雷。
每个咽喉1对向室外轨道电路送电电源, 在室内分线盘相应端子上, 给每对电源线加装3个BVB SLP275VB电源防雷器作纵横向保护。
6) 分线盘接线端子与防雷保安器的连接线采用1.5mm2多芯阻燃铜导线, 连接线长度不大于1.5米。
4 应用
首先在罗安达铁路各车站分线盘都加装了防雷器, 转场至本格拉铁路后同样采取以上防雷措施, 2010年初至2011年底, 两条铁路信号设备仅有一次遭受雷击损坏, 防雷效果有了明显的提高。
5 结束语
信号防雷是一套综合防雷系统。不仅要做好室内、室外设备的防雷工作, 还得结合考虑综合防雷。而且还要根据信号系统所处气候环境不断改进和创新, 不同的条件下选择不同的防雷元件, 充分应用传导、分流、接地、屏蔽、消除电位差等现代防雷技术, 实现信号系统的三维立体式整体防护。
摘要：本文提出了车站信号系统整体防雷方案。着重论述雷击对铁路信号设备的危害, 并从实际施工的角度阐述如何在施工环节中, 通过特定措施有效防止雷击对信号设备的危害。
关键词：车站,铁路信号,防雷
参考文献
[1]铁道部电务局.弱电设备防雷手册.北京:中国铁道出版社, 1990.
[2]铁路信号设备雷电防护办法.铁电务 (1987) 577号.
[3]郭锡斌.雷电对铁路信号设备的危险影响及其防护.北京:中国铁道出版社, 1994.
[4]何建楠, 刘廷佐, 张炳森.铁路信号设备雷电防护.北京:中国铁道出版社, 1986.
保护信号 篇8
关键词：BP-2B,母差保护,TA断线
2 0 0 9年1 0月8日, 2 2 0 k V龙山变电站11 0 k V线路7 89合环时, B P-2B母差保护装置发出“TA断线”告警信号, 无法复归。当告警信号发出后, 运行值班员立即停止操作, 并检查BP-2B母差保护装置。母差保护装置显示三相大差差流为0.5 A, I母小差为0.001 A, II母小差为0.5 A。而检查母线上各个单元的所有参数后, 发现一切均正常, 且没有“开入异常”等其他告警信号发出。值班员现场检查后立即汇报调度, 申请将母差保护改信号。调度同意后, 值班员退出110 k V母差保护屏上各母差跳闸出口压板和110 k V线路保护屏上各线路闭锁重合闸压板。由于789线之前是空充线路, 没有带负荷, 因此直接将789线改冷备用, 做好相关安措后, 联系检修人员前来处理。
检修人员到现场检查789线电流互感器端子箱和母差保护屏接线后发现:端子箱内电流互感器极性接反。
1 运行方式
该变电站110 k V母线采用深圳南瑞继保生产的BP-2B母差保护装置。#2主变702开关运行于Ⅱ段母线 (电源) , 母联710开关在合位, (702和710开关为新增设备) , 所有3条出线均运行于正母线, 702开关经710开关供Ⅰ段母线上负荷。
2“TA断线告警”信号产生的原因及后果
2.1 信号产生原因
BP-2 B微机母线保护装置发出“TA断线告警”信号的注意由如下三个方面的原因。
2.1.1 电流互感器的变比设置错误
微机母线保护差动电流不需要将母线上的各连接单元电流互感器按同名相, 同极性相连接到差动回路, 而是同过对各连接单元电流的采样, 通过CUP的计算取得所以允许TA型号、变比不同。BP-2B母线保护装置具有辅助电流互感器, 经辅助电流互感器变流后对不同的CT变比由软件进行变比调整, 从而实现同一变比运行。
2.1.2 电流互感器的极性接反
电流互感器二次侧接线有极性问题, 极性弄错, 会使二次电流的相位变化180度, 影响母差保护正确动作。
当时母线运行方式:#2主变702开关运行于Ⅱ段母线 (电源) , 母联710开关在合位, (70 2和7 10开关为新增设备) , 所有3条出线均运行于正母线, 702开关经710开关供Ⅰ段母线上负荷。BP-2B母线保护装置上电后, TA断线指示灯亮, 根据当时的负荷情况, 大差电流为2.22 A, 正母线小差为2.22 A, 副母线小差为0 A。检查各个单元的参数均正常。根据BP-2B装置大差计算公式:Id=I702+I1+I2+I3, 正母线小差计算公式:Id1=I710+I1+I2+I3, 副母线小差计算公式:Id2=I710+I702和流过702、710开关和出线的电流值, 将大差和正母线小差流进母线与流出母线电流的相加, 差流为2倍的流进 (或流出) 电流。这是由于702与710开关极性接反, 使电流相位变化180度, 与实际电流相位相反, 而与出线电流正好同相位, 正好大差和正母线小差差流为2倍的流进 (或流出) 电流, 副母线上由于702与710开关正好全接反, 电流相位均变化180度, 所以差流正常。
2.1.3 接入母差装置的电流互感器断线
I1回路电流互感器发生断线, 大差=0+I2+I3+I4, 流出和流进母线的电流将不相等, 即I1 (0) +I3≠I2+I4, 根据负荷的大小, 出现或大或小的大差差流。母联电流互感器发生断线, 由于母联电流不记入大差回路, 不会影响保护对区内、区外故障的判别, 只是会失去故障母线的选择性。而此时母联开关相连的两段母线小差电流会越限。
3 TA断线的判断和处理方法
通过对BP-2B微机母线保护装置发出“TA断线告警”信号的原因、后果分析, 我们针对不同的运行状况进行判断分析并提出处理方法。
3.1 正常运行时发生T A断线
在正常运行中发现“TA断线”告警信号灯亮, 要注意检查母差保护的差流大小、相别和母线元件状态与一次设备状态是否相符合, 并且及时到现场查看设备, 流变二次侧断线相当于二次开路, 流变会发出比较大的异响, 汇报调度停用保护, 降低断线线路的负荷, 通知继保处理。如检查无异常, 按复归键一次, 如能复归, 装置可继续运行。若不能恢复, 应汇报调度和工区, 停用母差, 派员处理。
3.2 操作时发生T A断线
双母线接线系统中进行母线倒排操作后, 发生“TA断线”告警信号, 并且还有“开入异常”告警时, 则可判断是某些元件的刀闸辅助接点接触不良造成的, 我们知道母差差流的计算是和线路 (主变) 母线刀闸的位置有关的, 此时进入参数—运行方式设置, 使用强制功能恢复保护与系统的对应关系, 还应汇报调度和工区, 派员处理出错的刀闸辅接点输入回路。
旁路接线系统中进行旁带线路 (主变) 开关后, 发生“TA断线”告警信号, 一般判断是旁路流变的母差二次侧短接或断线, 因为在旁带前, 旁路是充电状态, 该流变是不带负荷的, 因此BP-2B母差保护是不会反应该异常信号, 只有旁路带入负荷后, 有电流才能反映差流, 此时就会有TA断线告警, 此时我们暂停操作, 检查旁路流变和二次侧接线情况后, 汇报调度和工区处理。
4 结语
保护信号 篇9
近年来, 铁路信号技术向数字化、通信化发展, 原有的普通铁路信号电缆 (PTY系列) 已不适应信号设备发展的需要, 现已有为铁路ZPW-2000A系统开发的更新换代的铁路数字信号电缆 (SPT系列和SPT-P系列) 。铁路数字信号电缆提高了高频信号的传输性能, 实现了信号通信兼容、模拟信号和数字信号均可传输的功能, 满足了信号系统中计算机数字通信的技术要求, 从而获得了广泛应用。
铁路信号电缆与铁路数字信号电缆之间的主要区别是两者绝缘芯线的结构不同, 铁路信号电缆绝缘芯线采用实心聚烯烃绝缘结构, 铁路数字信号电缆绝缘芯线采用皮—泡—皮物理发泡聚烯烃绝缘结构。铁路数字信号电缆在充分改善信号传输性能的同时也产生了电缆机械性能降低的问题, 使其在施工过程中和现场使用时常因保护层防护能力较低致使电缆绝缘层极易受损, 导致敷设后电缆绝缘耐电压性能不合格。
通常可采用以下方法增加铁路数字信号电缆的机械性能:a.通过采用新材料、新工艺, 提高现有铁路数字信号电缆绝缘层的机械强度, 但在改进绝缘工艺的同时必须充分考虑电缆电气性能指标和老化性能指标的要求。b.通过增强电缆保护层 (铝护套、内衬层、铠装层及外护套) 的机械强度 (主要通过调整电缆保护层的结构尺寸得以实现) , 来提高现有铁路数字信号电缆的机械性能。本文将主要研究增强电缆保护层机械强度以提高铁路数字信号电缆机械性能的可行性, 以期对铁路信号电缆的施工敷设以及提高铁路数字信号电缆机械性能的研究开发工作有所参考和借鉴。
1 机械性能试验方法
由于铁路电缆在施工敷设现场常常会受到外力挤压变形或者砖头石块等硬物的砸伤, 因此我们在设计铁路电缆的机械性能试验项目时, 参考了室外直埋式光缆的机械性能试验 (GB/T 7424.2—2008《光缆总规范第2部分:光缆基本试验方法》) [1], 选定冲击试验和压扁试验作为铁路电缆机械性能的试验项目。
我们参照GB/T 7424.2—E4《冲击》规定, 并结合铁路电缆的结构和电气性能特点设计了冲击试验方法, 以考核电缆承受冲击的能力。为了尽可能客观地反映不同电缆承受冲击的能力, 我们在冲击试验方法中对试验温度、冲击质量、冲击次数、冲击点数和试验点之间的距离都作了明确的要求, 表1详细列出了冲击试验的试验条件。冲击试验的检验要求是:在冲击试验后铁路电缆的耐压性能应合格, 即线芯间能耐受1kV, 2min的电压, 线芯对地能耐受2kV, 2min的电压;绝缘电阻变化应为0, 即绝缘电阻在试验后应不降低;护套和绝缘应无目力可见开裂。
注:1) 室外直埋式光缆冲击试验中的冲击质量为1kg。
我们参照GB/T 7424.2—E3《压扁》规定, 并结合铁路电缆的结构和电气性能特点设计了压扁试验方法, 以考核电缆承受压扁的能力。为了尽可能客观地反映不同电缆承受压扁的能力, 我们在压扁试验方法中对试验温度、压扁负载、持续时间、压扁点数、压扁长度和试验点之间的距离都作了明确的要求, 表2详细列出了压扁试验的试验条件。压扁试验的检验要求是:在压扁试验后铁路电缆的耐压性能应合格, 即线芯间能耐受1kV, 2min的电压, 线芯对地能耐受2kV, 2min的电压;绝缘电阻变化应为0, 即绝缘电阻在试验后应不降低;护套和绝缘应无目力可见开裂。
注:1) 室外直埋式光缆压扁试验中的短期允许压扁力为3kN, 长期允许压扁力为1kN。
2 机械性能试验
2.1 试验样品
根据现行产品标准TB/T 2476.1~2476.4—1993《铁路信号电缆》和TB/T 3100.1~3100.5—2004《铁路数字信号电缆》的规定, 按照不同的电缆护层结构, 铁路信号电缆和铁路数字信号电缆均可分为塑料护套型电缆、综合护套型电缆和铝护套型电缆[2,3]。我们综合考虑试验的客观性和代表性, 故选择了施工现场最常用的铝护套信号电缆 (结构如图1所示) 作为机械性能试验的试验样品。
由于本文主要研究增强电缆保护层机械强度 (即增大保护层结构尺寸) 对电缆机械性能的影响, 因此我们通过增大铝护套电缆保护层的结构尺寸, 分别试制了加强型铝护套铁路信号电缆和铁路数字信号电缆的试验样品。加强型与普通型铝护套电缆试验样品共6组, 其编号列于表3, 样品总数量为210根, 表4对比了加强型和普通型铝护套电缆的结构参数。
2.2 冲击试验
在冲击试验中, 分别对上述6组电缆样品依次进行2kg、5kg、7kg的冲击试验, 并在每一次冲击试验后进行绝缘电阻、耐压性能测试, 以及对电缆样品的外护套和绝缘线芯进行外观检查, 试验结果列于表5。从试验结果可见:a.加强型铝护套铁路信号电缆 (实心聚烯烃绝缘) C样的电气和外观试验结果全部合格, 而普通型铝护套铁路信号电缆 (实心聚烯烃绝缘) F样的电气指标合格, 但绝缘层有轻微压扁现象;b.无论是加强型还是普通型铝护套铁路数字信号电缆 (物理发泡绝缘) 经过7kg冲击试验后, 绝缘层均已严重压扁, 存在安全隐患, 除了加强型内屏蔽铁路数字信号电缆A样的电气指标合格外, 其余样品的电气指标均不合格。冲击试验结果表明, 无论是加强型还是普通型铁路信号电缆 (实心聚烯烃绝缘) 承受冲击的能力均高于铁路数字信号电缆, 即使加强型铁路数字信号电缆也只能承受5kg的冲击, 远不及普通型铁路信号电缆的抗冲击能力。
2.3 压扁试验
在压扁试验中, 分别对上述6组电缆样品依次进行了1 MPa、5MPa、7 MPa、9 MPa的压扁试验, 并在每一次压扁试验后进行绝缘电阻、耐压性能测试, 以及对电缆样品的外护套和绝缘线芯进行外观检查, 试验结果列于表6。其中C样和F样因先通过了9MPa的压扁试验, 故未再进行7MPa的压扁试验。从试验结果可见:a.在经过9 MPa的压扁试验后, 加强型铝护套铁路信号电缆 (实心聚烯烃绝缘) C样和普通型铝护套铁路信号电缆 (实心聚烯烃绝缘) F样的电气指标全部合格, 但绝缘层均已严重压扁, 存在安全隐患。这表明保护层加强并未明显提高电缆绝缘线芯的保护效果。b.无论是加强型还是普通型铝护套铁路数字信号电缆 (物理发泡绝缘) 都只通过了5 MPa的压扁试验, 且普通型D样和E样的绝缘层已有压扁现象, 即使加强型铁路数字信号电缆也未能通过7 MPa的压扁试验。压扁试验结果表明, 无论是加强型还是普通型铁路信号电缆 (实心聚烯烃绝缘) 承受压扁的能力均高于铁路数字信号电缆, 即使加强型铁路数字信号电缆承受压扁的能力也只有5 MPa, 远不及普通型铁路信号电缆的抗压扁能力。
注:1) 铁路信号电缆绝缘芯线采用实心聚烯烃绝缘, 铁路数字信号电缆绝缘芯线采用皮—泡—皮物理发泡聚烯烃绝缘。
注:1) 冲击试验中, 冲锤圆柱直径为20mm, 试验共进行了450个点冲击, 总计1 350次, 试验结果中“√”表示合格, “×”表示不合格。
注:1) 压扁试验中压扁长度L=100 mm, 试验共进行了330个点压扁, 总计330次, 试验结果中“√”表示合格, “×”表示不合格。
2.4 试验结论
根据以上机械性能试验结果, 可得出以下结论:a.实心绝缘线芯铝护套信号电缆 (PTY系列) 比物理发泡绝缘线芯铝护套数字信号电缆 (SPT系列和SPT-P系列) 的机械性能好;b.对于相同型号的电缆 (即相同电缆品种) , 是否采用加强型保护层结构对其机械性能影响不明显。
3 结束语
为了研究增强电缆保护层机械强度以提高铁路数字信号电缆机械性能的可行性, 本文参考GB/T 7424.2—2008《光缆总规范第2部分:光缆基本试验方法》, 根据铁路电缆施工现场的环境场合, 模拟电缆承载机械外力的情况, 提出了反映信号电缆机械性能的专项技术要求和试验方法。与室外直埋式光缆的机械性能试验条件相比, 本文设计的电缆机械性能试验的试验条件要严格许多, 无论是冲击质量还是压扁负荷都远远超过光缆的相关标准要求, 因此通过相关机械性能试验的现有各种型号的电缆应能完全满足直埋敷设的使用需求。
本文在机械性能试验中仅选用了各种型号24芯电缆样品做了对比试验。一般说来电缆规格不同, 线芯绞合结构会有所区别, 对于相同型号电缆, 大芯数电缆的机械性能要比小芯数电缆强一些, 但超出电缆所能承受的机械性碰撞和挤压, 都有可能损伤电缆线芯的绝缘层, 造成电缆电气性能的下降。因此, 建议施工敷设现场尽量避免违规操作, 严格按照电缆施工规范文明施工。
本文中新试制的保护层加强型电缆样品与普通保护层电缆样品进行了机械性能的对比试验。我们发现, 相比于相同型号的普通保护层电缆, 保护层加强型电缆的机械性能提高不明显, 但电缆外径增大, 将导致电缆成本大约增加20%~30%, 且电缆的弯曲性能也会有所下降, 从而给电缆施工带来不便。因此, 我们建议应通过采用新材料、新工艺逐步提高铁路数字信号电缆绝缘层的机械强度, 进而提高电缆的机械性能。
摘要：针对铁路信号电缆施工现场提出的加强铁路数字信号电缆机械性能的要求, 主要研究了增强电缆保护层机械强度来提高铁路数字信号电缆机械性能的可行性。参考室外直埋式光缆的机械性能试验, 根据铁路信号电缆施工现场的环境, 提出了反映信号电缆机械性能的专项技术要求和试验方法。将新试制的保护层加强型信号电缆样品与既有的普通保护层信号电缆样品进行了机械性能的对比试验, 试验结果表明, 相比于相同型号的普通保护层信号电缆, 保护层加强型信号电缆的机械性能提高不明显。
关键词：铁路信号电缆,铁路数字信号电缆,机械性能,试验
参考文献
[1]国家质量监督检验检疫总局.GB/T 7424.2—2008光缆总规范第2部分:光缆基本试验方法[S].北京:中国标准出版社, 2008.
[2]铁道部.TB/T 2476.1~2476.4—1993铁路信号电缆[S].北京:中国铁道出版社, 1994.