機車高壓避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)

一 系統(tǒng)概述

高壓避雷器擔負著保護機車高壓電氣設(shè)備免受過電壓侵害的重任，其自身的運行狀態(tài)直接影響到機車能否安全、穩(wěn)定運行。目前，機車在運行過程中避雷器發(fā)生擊破的事故仍有發(fā)生，究其原因，主要涉及到以下幾種：

◆ 避雷器在外界因素作用下性能下降，運行狀態(tài)發(fā)生重大改變

◆ 接觸網(wǎng)供電暫態(tài)過壓倍數(shù)過高，超出避雷器承受范圍

◆ 車、網(wǎng)工作參數(shù)動態(tài)條件下匹配失衡，發(fā)生系統(tǒng)性諧振

為確保機車的行車安全，在機車運行過程中，讓運行、維護人員全程了解高壓避雷器的運行狀態(tài)和系統(tǒng)供電狀況，并根據(jù)實際情況采取合理的應(yīng)對措施是避免事故發(fā)生的重要手段；根據(jù)避雷器特征參量和狀態(tài)變化的趨勢即時發(fā)現(xiàn)避雷器潛在的隱患、故障，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理是減少事故發(fā)生的重要舉措。

機車高壓避雷器運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了機車高壓避雷器運行特征參量（含：泄露電流、阻性電流、容性電流、阻容比、動作次數(shù)、動作時刻）及接觸網(wǎng)運行數(shù)據(jù)（含電壓、頻率、1-20次諧波、總諧波失真）實時在線監(jiān)測、預(yù)警分析、狀態(tài)評價和初級故障診斷；系統(tǒng)同時錄取避雷器動作時刻的相關(guān)量（網(wǎng)壓，沖擊電流、避雷器泄漏電流）的波形數(shù)據(jù)并進行分析，為人工故障分析提供技術(shù)支撐。

機車高壓避雷器運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，可實現(xiàn)避雷器運行狀態(tài)自檢測、自診斷，大提高避雷器的安全運行水平。系統(tǒng)通過長期運行，可積累不同工況條件下的避雷器運行數(shù)據(jù)，建立避雷器健康狀態(tài)評價標準模型和避雷器故障診斷模型，實現(xiàn)避雷器全壽命周期管理、運行狀態(tài)準確評估，故障類型智能識別，指導(dǎo)避雷器狀態(tài)檢修工作。 

二 系統(tǒng)組成

 

系統(tǒng)設(shè)備分兩層部署，即前端避雷器監(jiān)測裝置，后端避雷器監(jiān)測管理裝置。

避雷器監(jiān)測裝置部署在避雷器本體下方附近，完成信號采集、處理、計算，同時通過通訊接口向后端監(jiān)測管理裝置上傳實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和避雷器動作時錄取的暫態(tài)波形數(shù)據(jù)。

避雷器監(jiān)測管理裝置部署在車廂電氣柜，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集、緩存、分析、評估與初級診斷。監(jiān)測管理裝置輸出的告警信息、狀態(tài)評價信息和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示在自帶顯示屏上，為車輛運行維護人員提供技術(shù)保障。

監(jiān)測管理裝置所有緩存數(shù)據(jù)和分析結(jié)果數(shù)據(jù)均可通過裝置USB接口進行數(shù)據(jù)備份，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)積累和運行狀態(tài)趨勢分析。

三 系統(tǒng)功能

3.1 運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)測

避雷器監(jiān)測系統(tǒng)每分鐘采集一次如下參數(shù)： 

3.2 動作暫態(tài)過程記錄與分析

系統(tǒng)自動錄取避雷器動作時前后一段時間（動作前20ms,動作后20ms）的網(wǎng)壓(采樣速率200KSPS)，沖擊電流(采樣速率4MSPS)、全電流(采樣速率200KSPS)波形數(shù)據(jù)。事故發(fā)生后進行原因分析時，系統(tǒng)提供當時的記錄波形和網(wǎng)壓分析數(shù)據(jù)（含電壓頻率、峰值、1-20次諧波電壓值、電壓總諧波失真THD值）為人工分析提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 風險預(yù)警

針對避雷器運行參數(shù)，采用閾值比較法和趨勢分析法，評判避雷器當前運行風險并輸出預(yù)警信息，做到避雷器安全隱患早發(fā)現(xiàn)，早解決，防止運行事故發(fā)生。

3.4 運行狀態(tài)評價

  綜合分析避雷器運行特征參量值（全電流、阻性電流、阻容比）、環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度），參考國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)范并結(jié)合我公司避雷器檢修過程中的經(jīng)驗值，對避雷器的運行狀態(tài)進行實時評價。避雷器運行狀態(tài)評價分正常、注意、異常、嚴重四個等級輸出。

3.5 初級故障診斷

  出現(xiàn)預(yù)警信息時，結(jié)合狀態(tài)評價信息，初級故障診斷模塊給出傾向性的診斷意見和建議關(guān)注點。由于無在線監(jiān)測數(shù)據(jù)積累，缺乏故障避雷器樣本數(shù)據(jù)，且行業(yè)內(nèi)并無成熟的診斷模型，本系統(tǒng)通過挖掘避雷器檢修數(shù)據(jù)并結(jié)合行業(yè)規(guī)范，建立初級診斷模型。系統(tǒng)運行初期故障樣本有限的條件下，初級診斷模型對避雷器檢修具有一定的指導(dǎo)意義；當后期模型完善后，診斷結(jié)果可指導(dǎo)避雷器檢修，實現(xiàn)智能運維的目標。

四 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

避雷器運行狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)車載監(jiān)測管理裝置自帶7寸觸摸顯示屏，面向隨車工程師輸出監(jiān)測數(shù)據(jù)、狀態(tài)評價結(jié)果和診斷結(jié)果，并以不同的顏色區(qū)分預(yù)警嚴重等級、狀態(tài)評價結(jié)果，診斷提示信息。

此外，系統(tǒng)提供web登錄瀏覽模式。當監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出異常提示信息時，專業(yè)級工程師可通過web登錄訪問實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，同時也可以通過配置，優(yōu)化預(yù)警定值、狀態(tài)評價和故障診斷模型。

五 系統(tǒng)技術(shù)指標

全電流測量范圍：0.1～50mA

全電流測量誤差：±(Rd*1%+5uA)

阻性電流測量范圍：0.01～10mA

阻性電流測量誤差：±(Rd*2%+5uA)

容性電流測量范圍：0～50mA

容性電流測量誤差：±(Rd*2%+10uA)

阻容比測量范圍：0.01～0.5

阻容比測量誤差：±(Rd*2%+0.005)

避雷器動作次數(shù)計數(shù)范圍：0～40000000

避雷器動作次數(shù)誤差：±（Rd×3%）

頻率測量范圍：45～65Hz

頻率測量誤差：±0.002Hz

電壓測量范圍：0～270V(可根據(jù)實際情況擴大測量范圍)

電壓測量誤差：±（標準讀數(shù)×0.5%）

諧波電壓測量：1～20次諧波

諧波電壓測量誤差：±（標準讀數(shù)×3%）

  溫度測量范圍：-40℃～+100℃

  溫度測量誤差: ±1℃

  濕度測量范圍： 5～95%RH

濕度測量誤差：±5%RH

六 監(jiān)測裝置性能指標

● 絕緣性能

在正常試驗大氣條件下，用500V兆歐表測量絕緣電阻，測試結(jié)果滿足以下要求：

a)電源對地絕緣電阻不小于100MΩ。

b)PT二次電壓輸入回路對地絕緣電阻不小于100MΩ。

c)無電氣聯(lián)系的各帶電電路之間的絕緣電阻不小于100MΩ。

● 介質(zhì)強度

承受頻率為50Hz±5Hz及下表所列的交流正弦波試驗值，歷時1Min試驗，絕緣不出現(xiàn)擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。

被試電路	額定絕緣電壓等級 Ui(V)	試驗電壓(V)
整機引出端子--地	60～250	2000
交流回路—地	60～250	2000
整機帶電部分—地	≤60	500

● 電磁兼容能力

GB/T 17626.2—2006     靜電放電抗擾度試驗             測試等級4，性能A

GB/T 17626.3—2006     射頻電磁場輻射抗擾度試驗       測試等級3，性能A

GB/T 17626.4—2008     電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗     測試等級4，性能A

GB/T 17626.5—2008     浪涌（沖擊）抗擾度試驗         測試等級4，性能A

GB/T 17626.6—2008     射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗 測試等級3，性能A

GB/T 17626.8—2006     工頻磁場抗擾度試驗             測試等級5，性能A

GB/T 17626.9—1998     脈沖磁場抗擾度試驗             測試等級5，性能A

GB/T 17626.10—1998    阻尼振蕩磁場抗擾度試驗         測試等級5，性能A

GB/T 17626.11—2008    電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度試驗 

電壓暫降測試:  40%UT，0.2s  70%UT，0.5s  80%UT，5s 短時中斷: 0%UT，0.5s   性能A