機車高壓避雷器在線監測系統
一 系統概述
高壓避雷器擔負著保護機車高壓電氣設備免受過電壓侵害的重任，其自身的運行狀態直接影響到機車能否安全、穩定運行。目前，機車在運行過程中避雷器發生擊破的事故仍有發生，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，運行狀態發生重大改變
◆ 接觸網供電暫態過壓倍數過高，超出避雷器承受范圍
◆ 車、網工作參數動態條件下匹配失衡，發生系統性諧振
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和系統供電狀況，并根據實際情況采取合理的應對措施是避免事故發生的重要手段；根據避雷器特征參量和狀態變化的趨勢即時發現避雷器潛在的隱患、故障，做到早發現、早處理是減少事故發生的重要舉措。
機車高壓避雷器運行狀態在線監測系統實現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、動作時刻）及接觸網運行數據（含電壓、頻率、1-20次諧波、總諧波失真）實時在線監測、預警分析、狀態評價和初級故障診斷；系統同時錄取避雷器動作時刻的相關量（網壓，沖擊電流、避雷器泄漏電流）的波形數據并進行分析，為人工故障分析提供技術支撐。
機車高壓避雷器運行狀態在線監測系統的應用，可實現避雷器運行狀態自檢測、自診斷，大提高避雷器的安全運行水平。系統通過長期運行，可積累不同工況條件下的避雷器運行數據，建立避雷器健康狀態評價標準模型和避雷器故障診斷模型，實現避雷器全壽命周期管理、運行狀態準確評估，故障類型智能識別，指導避雷器狀態檢修工作。
二 系統組成
系統設備分兩層部署，即前端避雷器監測裝置，后端避雷器監測管理裝置。
避雷器監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測管理裝置上傳實時監測數據和避雷器動作時錄取的暫態波形數據。
避雷器監測管理裝置部署在車廂電氣柜，完成監測數據的收集、緩存、分析、評估與初級診斷。監測管理裝置輸出的告警信息、狀態評價信息和實時監測數據顯示在自帶顯示屏上，為車輛運行維護人員提供技術保障。
監測管理裝置所有緩存數據和分析結果數據均可通過裝置USB接口進行數據備份，實現大數據積累和運行狀態趨勢分析。
三 系統功能
3.1 運行數據實時監測
避雷器監測系統每分鐘采集一次如下參數：
3.2 動作暫態過程記錄與分析
系統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)波形數據。事故發生后進行原因分析時，系統提供當時的記錄波形和網壓分析數據（含電壓頻率、峰值、1-20次諧波電壓值、電壓總諧波失真THD值）為人工分析提供數據支撐。
3.3 風險預警
針對避雷器運行參數，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警信息，做到避雷器安全隱患早發現，早解決，防止運行事故發生。
3.4 運行狀態評價
綜合分析避雷器運行特征參量值（全電流、阻性電流、阻容比）、環境參數（溫度、濕度），參考國家電網相關規范并結合我公司避雷器檢修過程中的經驗值，對避雷器的運行狀態進行實時評價。避雷器運行狀態評價分正常、注意、異常、嚴重四個等級輸出。
3.5 初級故障診斷
出現預警信息時，結合狀態評價信息，初級故障診斷模塊給出傾向性的診斷意見和建議關注點。由于無在線監測數據積累，缺乏故障避雷器樣本數據，且行業內并無成熟的診斷模型，本系統通過挖掘避雷器檢修數據并結合行業規范，建立初級診斷模型。系統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意義；當后期模型完善后，診斷結果可指導避雷器檢修，實現智能運維的目標。
四 系統功能實現
避雷器運行狀態在線監測系統車載監測管理裝置自帶7寸觸摸顯示屏，面向隨車工程師輸出監測數據、狀態評價結果和診斷結果，并以不同的顏色區分預警嚴重等級、狀態評價結果，診斷提示信息。
此外，系統提供web登錄瀏覽模式。當監測系統發出異常提示信息時，專業級工程師可通過web登錄訪問實時監測數據、監測數據查詢、監測數據分析，同時也可以通過配置，優化預警定值、狀態評價和故障診斷模型。
五 系統技術指標
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)
避雷器動作次數計數范圍：0～40000000
避雷器動作次數誤差：±（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(可根據實際情況擴大測量范圍)
電壓測量誤差：±（標準讀數×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×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)無電氣聯系的各帶電電路之間的絕緣電阻不小于100MΩ。
● 介質強度
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，絕緣不出現擊穿或閃絡現象。
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 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度試驗 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
