机车高压避雷器在线监测系统
一 系统概述
高压避雷器担负着保护机车高压电气设备免受过电压侵害的重任，其自身的运行状态直接影响到机车能否安全、稳定运行。目前，机车在运行过程中避雷器发生击破的事故仍有发生，究其原因，主要涉及到以下几种：
◆ 避雷器在外界因素作用下性能下降，运行状态发生重大改变
◆ 接触网供电暂态过压倍数过高，超出避雷器承受范围
◆ 车、网工作参数动态条件下匹配失衡，发生系统性谐振
为确保机车的行车安全，在机车运行过程中，让运行、维护人员全程了解高压避雷器的运行状态和系统供电状况，并根据实际情况采取合理的应对措施是避免事故发生的重要手段；根据避雷器特征参量和状态变化的趋势即时发现避雷器潜在的隐患、故障，做到早发现、早处理是减少事故发生的重要举措。
机车高压避雷器运行状态在线监测系统实现了机车高压避雷器运行特征参量（含：泄露电流、阻性电流、容性电流、阻容比、动作次数、动作时刻）及接触网运行数据（含电压、频率、1-20次谐波、总谐波失真）实时在线监测、预警分析、状态评价和初级故障诊断；系统同时录取避雷器动作时刻的相关量（网压，冲击电流、避雷器泄漏电流）的波形数据并进行分析，为人工故障分析提供技术支撑。
机车高压避雷器运行状态在线监测系统的应用，可实现避雷器运行状态自检测、自诊断，极大提高避雷器的安全运行水平。系统通过长期运行，可积累不同工况条件下的避雷器运行数据，建立避雷器健康状态评价标准模型和避雷器故障诊断模型，实现避雷器全寿命周期管理、运行状态准确评估，故障类型智能识别，指导避雷器状态检修工作。
二 系统组成
系统设备分两层部署，即前端避雷器监测装置，后端避雷器监测管理装置。
避雷器监测装置部署在避雷器本体下方附近，完成信号采集、处理、计算，同时通过通讯接口向后端监测管理装置上传实时监测数据和避雷器动作时录取的暂态波形数据。
避雷器监测管理装置部署在车厢电气柜，完成监测数据的收集、缓存、分析、评估与初级诊断。监测管理装置输出的告警信息、状态评价信息和实时监测数据显示在自带显示屏上，为车辆运行维护人员提供技术保障。
监测管理装置所有缓存数据和分析结果数据均可通过装置USB接口进行数据备份，实现大数据积累和运行状态趋势分析。
三 系统功能
3.1 运行数据实时监测
避雷器监测系统每分钟采集一次如下参数：
3.2 动作暂态过程记录与分析
系统自动录取避雷器动作时前后一段时间（动作前20ms,动作后20ms）的网压(采样速率200KSPS)，冲击电流(采样速率4MSPS)、全电流(采样速率200KSPS)波形数据。事故发生后进行原因分析时，系统提供当时的记录波形和网压分析数据（含电压频率、峰值、1-20次谐波电压值、电压总谐波失真THD值）为人工分析提供数据支撑。
3.3 风险预警
针对避雷器运行参数，采用阈值比较法和趋势分析法，评判避雷器当前运行风险并输出预警信息，做到避雷器安全隐患早发现，早解决，防止运行事故发生。
3.4 运行状态评价
综合分析避雷器运行特征参量值（全电流、阻性电流、阻容比）、环境参数（温度、湿度），参考国家电网相关规范并结合我公司避雷器检修过程中的经验值，对避雷器的运行状态进行实时评价。避雷器运行状态评价分正常、注意、异常、严重四个等级输出。
3.5 初级故障诊断
出现预警信息时，结合状态评价信息，初级故障诊断模块给出倾向性的诊断意见和建议关注点。由于无在线监测数据积累，缺乏故障避雷器样本数据，且行业内并无成熟的诊断模型，本系统通过挖掘避雷器检修数据并结合行业规范，建立初级诊断模型。系统运行初期故障样本有限的条件下，初级诊断模型对避雷器检修具有一定的指导意义；当后期模型完善后，诊断结果可指导避雷器检修，实现智能运维的目标。
四 系统功能实现
避雷器运行状态在线监测系统车载监测管理装置自带7寸触摸显示屏，面向随车工程师输出监测数据、状态评价结果和诊断结果，并以不同的颜色区分预警严重等级、状态评价结果，诊断提示信息。
此外，系统提供web登录浏览模式。当监测系统发出异常提示信息时，专业级工程师可通过web登录访问实时监测数据、监测数据查询、监测数据分析，同时也可以通过配置，优化预警定值、状态评价和故障诊断模型。
五 系统技术指标
全电流测量范围：0.1～50mA
全电流测量误差：±(Rd*1%+5uA)
阻性电流测量范围：0.01～10mA
阻性电流测量误差：±(Rd*2%+5uA)
容性电流测量范围：0～50mA
容性电流测量误差：±(Rd*2%+10uA)
阻容比测量范围：0.01～0.5
阻容比测量误差：±(Rd*2%+0.005)
避雷器动作次数计数范围：0～40000000
避雷器动作次数误差：±（Rd×3%）
频率测量范围：45～65Hz
频率测量误差：±0.002Hz
电压测量范围：0～270V(可根据实际情况扩大测量范围)
电压测量误差：±（标准读数×0.5%）
谐波电压测量：1～20次谐波
谐波电压测量误差：±（标准读数×3%）
温度测量范围：-40℃～+100℃
温度测量误差: ±1℃
湿度测量范围： 5～95%RH
湿度测量误差：±5%RH
六 监测装置性能指标
● 绝缘性能
在正常试验大气条件下，用500V兆欧表测量绝缘电阻，测试结果满足以下要求：
a)电源对地绝缘电阻不小于100MΩ。
b)PT二次电压输入回路对地绝缘电阻不小于100MΩ。
c)无电气联系的各带电电路之间的绝缘电阻不小于100MΩ。
● 介质强度
承受频率为50Hz±5Hz及下表所列的交流正弦波试验值，历时1Min试验，绝缘不出现击穿或闪络现象。
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被试电路 |
额定绝缘电压等级 Ui(V) |
试验电压(V) |
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整机引出端子--地 |
60～250 |
2000 |
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交流回路—地 |
60～250 |
2000 |
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整机带电部分—地 |
≤60 |
500 |
● 电磁兼容能力
GB/T 17626.2—2006 静电放电抗扰度试验 测试等级4，性能A
GB/T 17626.3—2006 射频电磁场辐射抗扰度试验 测试等级3，性能A
GB/T 17626.4—2008 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 测试等级4，性能A
GB/T 17626.5—2008 浪涌（冲击）抗扰度试验 测试等级4，性能A
GB/T 17626.6—2008 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 测试等级3，性能A
GB/T 17626.8—2006 工频磁场抗扰度试验 测试等级5，性能A
GB/T 17626.9—1998 脉冲磁场抗扰度试验 测试等级5，性能A
GB/T 17626.10—1998 阻尼振荡磁场抗扰度试验 测试等级5，性能A
GB/T 17626.11—2008 电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验
电压暂降测试: 40%UT，0.2s 70%UT，0.5s 80%UT，5s 短时中断: 0%UT，0.5s 性能A
