一种高铁列车高压设备在线监测方法与流程

本发明涉及一种高压电器设备监测技术，尤其涉及一种高铁列车高压设备在线监测方法。

背景技术：

动车组高压电器设备担负着从接触网取电，为全车提供电能的重要任务，其自身的运行状态直接影响到高速列车能否安全、稳定的运行。但是，在高速列车日常运行维护中，高压电器设备处于运维的盲区，其自身运行状态处于未知状态，一旦发生高压系统发生放电等故障时，造成列车运行晚点，严重时还会导致接触网供电断电,影响整条线路车辆运行，因此建立一套高铁列车高压设备智能监测系统，实时监测电气设备运行参数、感知高压电气设备的运行状态，实现安全监测、故障预警；通过大数据积累，最终实现风险预警、风险管理、智能运维和寿命研究是非常迫切的。

现有技术中，多借鉴于电力系统成熟的状态监测方法，重点在于绝缘性能检测，通过介质损耗、局部放电等绝缘性能参数的测量配合温度测量的在线监测来实现，这套理论方法在电力系统比较完善并广泛应用。但是作为高速运行的动车组车顶高压电器与电力系统高压电器有显著区别：首先接触网下的动车组实际是2相负载，因此存在接地电位差，接地环流，公共阻抗耦合等干扰现象；其次接触网电压存在电能质量问题，电压峰值波动范围大，电压谐波失真度较高；最后车顶高压电器处于高速运动和震动状态。因此基于小电流测量、高频信号测量的电力系统测量方法存在一定不适应性，需要对动车组高压箱内具体高压电器的性能来考虑合适的在线监测方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高铁列车高压设备在线监测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的高铁列车高压设备在线监测方法，高铁列车高压设备包括设于动车组车顶高压箱内的真空主断路器、高压隔离开关、操作机构、避雷器、高压电压互感器和电流互感器，包括在线绝缘监测模块和在线状态监测模块两部分；

所述在线绝缘监测模块主要针对所述避雷器、高压电压互感器和电流互感器，对表征绝缘性能的泄漏电流及对互感器一次、二次绕组的电压和电流参数进行监测，包括安装在高压箱内的在线绝缘监测单元和安装在高压箱外的数据转换单元；

所述在线状态监测模块实现对所述高压隔离开关的开关状态、接触网网压参数、高压箱内设备各点温度值的监测，包括安装在高压箱内的在线状态监测单元和安装在高压箱外的主控单元。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高铁列车高压设备在线监测方法，可以有效的评估高压箱内的高压电器的工作状态，设置预警信息，不仅可以有效预防设备重大故障造成行车安全问题，同时也可通过记录的数据波形对日常运行和故障分析提供技术支撑从而实现动车组车顶高压箱产品全寿命周期的维护。

附图说明

图1为本发明实施例中在动车组车顶高压箱内部设备示意图；

图2为本发明实施例中在线监测方案的系统框图；

图3为本发明实施例中在线绝缘监测模块实施方案框图；

图4为本发明实施例中在线状态监测模块实施方案框图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的高铁列车高压设备在线监测方法，其较佳的具体实施方式是：

高铁列车高压设备包括设于动车组车顶高压箱内的真空主断路器、高压隔离开关、操作机构、避雷器、高压电压互感器和电流互感器，包括在线绝缘监测模块和在线状态监测模块两部分；

所述在线绝缘监测模块主要针对所述避雷器、高压电压互感器和电流互感器，对表征绝缘性能的泄漏电流及对互感器一次、二次绕组的电压和电流参数进行监测，包括安装在高压箱内的在线绝缘监测单元和安装在高压箱外的数据转换单元；

所述在线状态监测模块实现对所述高压隔离开关的开关状态、接触网网压参数、高压箱内设备各点温度值的监测，包括安装在高压箱内的在线状态监测单元和安装在高压箱外的主控单元。

所述的在线绝缘监测模块，其在线绝缘监测单元通过各种电流互感器采集相关监测参数进行采样、滤波简单数据处理后通过rs485传输给安装在车内的数据转化单元，所述数据转化单元一方面给在线绝缘监测模块提供110vdc的电源，一方面对收到的数据进行实时监测记录。

所述在线绝缘监测单元，进行避雷器泄漏电流监测能提供避雷器参数包括全泄漏电流、阻性泄漏电流及避雷器动作次数；进行互感器泄漏电流监测能提供互感器参数包括全泄漏电流、介质损耗；进行互感器一次绕组和二次绕组的监测能提供互感器一次绕组电流及二次绕组的电流值。

所述的在线状态监测模块，其在线状态监测单元通过各种电流互感器、监测电路、温度探头多种方式采集相关参数数值，采样、滤波简单数据处理后通过rs485传输给安装在车内的主控单元，所述主控单元对在线绝缘监测模块提供110vdc的电源和数据通信，同时与所述数据转化单元进行通信及具备监测系统上位机的数据分析、显示、下载、通信终端功能。

所述在线状态监测单元，通过电流互感器和电压互感器对接触网网压、谐波等参数进行采集；通过开关量监测电路对真空断路器和高压隔离开关的控制输入和反馈输出的电压和开关状态进行采集；通过温度探头进行温度采集；

通过这些数据能通过实时监测接触网特性来对高压箱内设备进行保护，同时也能监测记录高压箱内开关电器的控制逻辑及控制、反馈信号的质量来实现故障判断，甚至保护逻辑。

本发明的高铁列车高压设备在线监测方法，在线绝缘监测模块主要针对高压箱内避雷器和互感器产品，对表征绝缘性能的泄漏电流及对互感器一次、二次绕组的电压电流等参数进行测量；在线状态监测模块实现箱内高压开关电器开关状态、接触网网压参数、箱内设备各点温度值进行监测。通过这些参数可以有效的评估高压箱内的高压电器的工作状态，设置预警信息，不仅可以有效预防设备重大故障造成行车安全问题，同时也可通过记录的数据波形对日常运行和故障分析提供技术支撑从而实现动车组车顶高压箱产品全寿命周期的维护。

如图1所示，动车组车顶高压箱内包括真空主断路器、高压隔离开关、避雷器、高压电压互感器的特性具体分析、根据动车组实际运行工况提出一套在线状态监测方法，并简要提出具体实施方案。

如图2所示，本发明分为在线绝缘监测模块和在线状态监测模块两部分，在线绝缘监测模块主要针对高压箱内避雷器和互感器产品，对表征绝缘性能的泄漏电流及对互感器一次、二次绕组的电压电流等参数进行测量，具体如下：

高压箱内避雷器的绝缘监测方案一般采用阻性与容性电流比的介质损耗参数来判断，避雷器阻性电流是由有功分量产生的，容性分量的大小与避雷器的等值电容有关。而等值电容与电阻片的配方有关，不同配方的电阻片等值电容会相差很大。因此采用全泄漏电流和阻性电流两个参数和常规的动作次数来综合判断。

高压箱内电压互感器一般采用树脂浇注式的干式互感器，因此介质损耗参数变化不显著，而车顶高电压互感器工况的可变因素较多，爬电炸裂，原边线圈烧损，次变线圈短路等故障都会影响机车运行，暂态电压和绝缘老化都会影响互感器工作性能。根据电压互感器的特殊性，采用原边线圈电流和次变线圈电压、电流叁个参数来综合判断，同时也采样记录泄漏电流值进行诊断分析。

在线状态监测模块实现箱内高压开关电器开关状态、接触网网压参数、箱内设备各点温度值的监测，具体如下：

对应高压箱内的开关电器如真空断路器和高压隔离开关其主要故障是由于线路机构问题导致的合闸、分闸失灵。通过对主电路电流和输入的控制电压和反馈状态等开关量监测，可以定位真空断路器的故障，迅速判断故障点。

接触网网压异常是导致车顶高压电器工作异常甚至故障的重要原因，对高压箱内电压互感器的二次绕组输出进行数据采集实现网压及高次谐波的监测，异常时进行告警。

高压箱内设备的异常及故障通常会导致设备工作时温升异常，对高压箱内电器温度敏感处可放置若干无线绝缘温度探头进行温度检测，异常时进行告警。

在线绝缘监测模块和在线状态监测模块都分为两个单元，在线绝缘监测模块分为安装在高压箱内的监测单元和安装在高压箱外的数据转换单元；在线状态监测模块也分为安装在高压箱内的监测单元和安装在高压箱外的主控单元。通过物理上的区分，不同单元的设计及防护要求不同，能够使方案具备更好的可行性和可靠性。

通过这些参数可以有效的评估高压箱内的高压电器的工作状态，设置预警信息，不仅可以有效预防设备重大故障造成行车安全问题，同时也可通过记录的数据波形对日常运行和故障分析提供技术支撑从而实现动车组车顶高压箱产品全寿命周期的维护。

如图3所示，该监测方案实现的在线绝缘监测模块，其在线绝缘监测单元是在直接安装在动车组车顶高压箱内部，通过各种电流互感器(ct)采集相关监测参数进行采样、滤波等简单数据处理后通过rs485传输给安装在车内的数据转化单元。数据转化单元一方面给在线绝缘监测模块提供110vdc的电源，一方面对这些数据进行实时监测记录。

在线绝缘监测单元的避雷器泄漏电流监测ct可以提供避雷器参数包括全泄漏电流、阻性泄漏电流及避雷器动作次数；互感器泄漏电流监测ct可以提供互感器参数包括全泄漏电流、介质损耗，互感器一次绕组和二次绕组的ct相应提供互感器一次绕组电流及二次绕组的电流值。

数据转化单元还通过光纤以太网与图3的主控单元通信，这样主控单元就可以有效的评估高压箱内的避雷器及互感器的工作状态进行在线监测及保护。

如图4所示，该监测方案实现的在线状态监测模块，其在线状态监测单元也是在直接安装在动车组车顶高压箱内部，通过各种电流互感器(ct)、监测电路、温度探头等多种方式采集相关参数数值，采样、滤波等简单数据处理后通过rs485传输给安装在车内的主控单元，主控单元同样对在线绝缘监测模块提供110vdc的电源和数据通信，其同时与图2的数据转化单元进行通信及具备监测系统上位机的数据分析、显示、下载、通信等终端功能。

在线状态监测单元通过电流互感器(ct)和电压互感器(pt)对接触网网压、谐波等参数进行采集；通过开关量监测电路对真空断路器和高压隔离开关的控制输入和反馈输出的电压和开关状态进行采集；通过温度探头进行温度采集。通过这些数据不仅可以通过实时监测接触网特性来对高压箱内设备进行保护，同时也能监测记录高压箱内开关电器的控制逻辑及控制、反馈信号的质量来实现故障判断，甚至保护逻辑。

主控单元与在线状态监测单元及数据转化单元均采用rs-485通过屏蔽双绞线连接，同时主控单元作为上位机的人机界面通过液晶屏具备数据及分析保护的显示、查询、下载等功能，也可以通过tcp/ip与列车控制单元通信。

需要说明的是，本发明是在电力系统高压设备状态监测方案的基础上进行的改变，但是改进的目的和方向不是优化现有方案，而是根据轨道交通动车组高压电器的特殊性，针对不同高压电器设备和应用的特性提供特点的方案，本发明的方案实施简单，适用性强，可以被引用在任何轨道交通列车高压设备监测方案中，并根据具体高压设备及工况差别进行方案设计。

具体实施例：

首先需要说明的是，本发明所提供的高压设备在线监测方案主要应用于电压为25kv接触网压下动车组车顶高压箱内高压电器设备，同时也能适应于动车车下、机车车顶高压箱甚至离散布局的机车车顶高压电器。下面开始对该监测方案进行详细描述：

在线绝缘监测模块的监测装置安装在高压电气箱内，数据转换单元为安装在高压电气箱外(可以在列车内选取合适位置安装)计算和通信设备。两装置之间通过rs485实现通信(标准modbus协议)。具体监测项点及方案如下：

避雷器监测装置包括2只电流传感器,即零磁通微电流传感器和雷电冲击电流传感器。实现避雷器正常运行时泄露电流信号的获取和雷电冲击时雷电冲击电流信号的获取。避雷器接地线采用一匝穿芯模式穿过取样传感器，然后返回原接地点。因此可获得避雷器如下参数：

全泄漏电流值模拟量5ua至5ma；

阻性泄漏电流值模拟量5ua至5ma；

动作次数由厂家提供。

电压互感器监测装置包括高精度漏电流互感器用于测量全泄漏电流和介质损耗，接地线采用一匝穿芯模式穿过漏电流互感器，然后返回原接地点；通过精密电流互感器ct用于测量一次绕组线圈电流和二次绕组线圈电流，同样采用一匝穿芯模式电流互感器ct，然后返回相应的一次线圈和二次线圈的接线点。因此可获电压互感器如下参数：

全泄漏电流值模拟量5ua至5ma；

介质损耗模拟量0.005至0.3；

一次绕组电流值模拟量10ua至10ma；

二次绕组电流值模拟量1ma至500ma；

在线状态监测模块的监测装置安装在高压箱内实现箱内高压开关电器的监测。在线状态监测模块的主控单元安装在高压箱外，实现与在线状态监测模块的监测装置和在线绝缘监测模块的数据转换单元的数据通信，同时实现触控屏查询的人机交互，实现监测数据存储和下载。具体监测项点及方案如下：

真空断路器和高压隔离开关的监测装置包括一只电流互感器ct用于测量主电路电流，如一套开关量监测装置测试高压设备辅助触点的反馈激励电压及反馈状态，一套控制电压监测装置测试高压设备电磁线圈的输入控制电压。网压监测装置通过高压箱设备电压互感器的二次输出进行数据采样进行监测分析，计算高次谐波值；温度监测装置通过安装在高压箱内的温度探头来实现。因此可获得如下参数：

主电路电流值模拟量1ma至50ma/50ma至1a；

输入控制电压数字量0v-55v或77v-180v；

反馈激励电压数字量0v-55v或77v-180v；

反馈状态数字量1/0；

电压互感器二次输出值模拟量0.3v-300v；

高次谐波值；

温度值。

主控单元内置实时时钟，内置flash存储，可存储10万条记录信息，信息保存时间1年(循环滚存)。可配置敏感信息永久保存，不允许擦除。信息记录内容暂定如下：

对在线绝缘监测传输数据，要求记录避雷器动作时刻，故障时刻的避雷器绝缘监测数据、网压、温度；记录互感器故障时刻的互感器绝缘监测数据、网压、温度；要求记录数据时间为前后5秒共10秒数据。

对在线状态监测数据，开关量逻辑和主电路电路记录主断路器和高压隔离开关故障时刻主电路电流、输入反馈电压，反馈状态、网压、温度等数值，要求记录数据时间为前后5秒共10秒数据。

温度记录要求记录每日最高最低温度和故障时刻，网压要求记录超出对应网压31.5kv时刻的数据，要求记录数据时间为前后5秒共10秒数据。

可见，本发明实施例的可以根据轨道交通列车高压设备单元来实施具体的监控手段和监测参数，具有极大的灵活性和应用性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。