[发明专利]一种车载避雷器在线监测方法及系统

说明书

本发明提供了一种计及牵引网高次谐波电压作用的车载避雷器在线监测系统，可以对车载避雷器两端电压、泄漏电流以及避雷器温度进行实时监测，根据监测数据判断避雷器健康状况，给出相关建议。通过高频采集装置，采集避雷器电压、泄漏电流及避雷器温度等数据，并对以上数据进行分析、处理，而后将数据上传至上位机，在上位机软件中通过阈值判断来判定避雷器健康状况，实现实时监测策车载避雷器的目的，为避雷器安全运行提供建议和帮助。本发明优点在于通过谐波分析法来判断避雷器老化程度较全电流法和三次谐波法等方法，其判断更为精确，并且通过高频采集装置的高采样率可以得到更准确的高频电压、泄漏电流数据，从而使得判断结果进一步精确。

技术领域

本发明涉及一种车载避雷器在线监测方法及系统，尤其涉及一种计及牵引网高次谐波电压作用的车载避雷器在线监测系统。

背景技术

氧化锌避雷器是车顶高压设备的重要组成部分之一，对机车车辆的安全运行具有重要作用。氧化锌避雷器在工频电压下电阻率很大，仅流过微安级电流，在雷电流下其电阻率变得很小，可以很快地泄放雷电流，起到保护网侧高压电气设备的作用。然而，避雷器阀片会因受潮或运行时间过长而发生老化，导致其绝缘性能下降，变得更易发生故障。在高频谐波电压作用下，一方面避雷器两端电压幅值更大，其有效值超过31.5kV，瞬时值超过50kV；另一方面绝缘劣化的避雷器在高频谐波电压下会产生更大的阻性电流，加剧避雷器的发热，严重时可导致避雷器热崩溃而炸裂，对机车车辆的安全运行造成较大影响。

目前对车载避雷器的在线监测一般通过对其泄漏电流和电压进行分析来实现，以判断避雷器的健康状况。对于泄漏电流，常见的分析方法有全电流法、容性补偿法、三次谐波法、谐波分析法等，本发明所用方法为谐波分析法。一般情况下，避雷器泄漏电流数值很小，只有几十到几百微安，其中，阻性电流的分量约占总泄漏电流的10％-20％。在避雷器绝缘性能下降或高频谐波电压下，泄漏电流的值会增大，对于绝缘性能下降引起的泄漏电流增大，其泄漏电流的增长与电压幅值的增长呈线性关系。而对于高频谐波电压引起的泄漏电流增大，在电压幅值一定时，其泄漏电流的增长与电压频率呈线性关系，频率越高，泄漏电流越大。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提出一种车载避雷器在线监测方法及系统。

对于车载避雷器，谐波谐振是造成其故障的重要原因之一，车载避雷器长期承受高次谐波易导致其发生热崩溃，而现有的车载避雷器在线监测技术缺乏对牵引网高次谐波的监测，并且其采样频率通常只有1-2kHz，不能满足对高次谐波采集与分析的需求。本系统基于谐波分析法，可对车载避雷器进行实时监测，同时，谐波分析法也能比较全面的分析车载避雷器的谐波耐受特性，在避雷器长时间承受高次谐波时及时报警。

为了更精确的分析高次谐波，同时也为了增强在线监测系统的实时性，本系统采用高采样频率、高数据分析速率的ADC+FPGA芯片组合，采样频率可达24kHz以上，而牵引网高次谐波谐振频率一般在750Hz-3750Hz之间，本系统完全满足对高次谐波采集与分析功能的需求，更全面地对车载避雷器进行在线监测。

具体包括下述步骤：

采集车载避雷器数据；

所述车载避雷器数据包括电压数据、电流数据、温度数据；

对车载避雷器数据进行边缘计算；

具体为：对于电压以及电流数据，先提取其有效值和相位，接着再对其进行快速傅里叶分析，分离出其基波分量和谐波分量；

得到各次泄漏电流的阻性分量和容性分量；

计算谐振频率、谐振电压、避雷器泄漏电流；

设定车载避雷器的电压阈值、泄漏电流阈值；

设定车载避雷器的温度阈值、温度变化率阈值；

进行阈值比较和波形分析判断避雷器健康状况。