接触网避雷器运行状态实时监控系统浅析

0 引言

近年来，我国电气化铁路发展迅速，以高速铁路的发展最为突出。高架桥形式的线路优势明显，故被大量采用，如京津城际高架率达86%、京沪高铁达80%、武广高铁也达33.3%，而采用高架形式的电气化铁路受雷电危害影响的几率大大增加。电气化铁路接触网的主要特点为露天装置，且无备用，因此其受自然环境的影响不可忽视。大气过电压的危害极大，由其产生的雷电冲击波，其电压、电流幅值可达1亿伏、几十万安。截至目前，雷电冲击已给铁路系统造成多起故障。

随着高铁线路开通运行时间的增加，接触网避雷器逐渐出现运行质量下降等劣化现象，严重时甚至发生避雷器击穿和炸裂。为提高高速铁路接触网避雷器运行的安全可靠性，需实时了解避雷器的运行参数及状态，及时准确判断避雷器质量状况，做好提前预防、异常情况即时报警，提高运行质量和运行可靠性。目前，国内高铁接触网避雷器的主要维护方法是将避雷器拆下进行绝缘、耐压检测，检测合格后，再重新安装到位。该方式存在较大安全风险，且由于检测在天窗点内进行，无法准确反映避雷器实际工况下的性能及性能变化。本文将对接触网避雷器运行状态实时监控系统进行研究。

1 避雷器运行状态实时监控系统

1.1 系统的功能

避雷器运行状态实时监控系统可实现以下功能：（1）采用GSM无线数据传输；（2）可采集避雷器的动作次数、泄漏电流、动作时长（精确到秒）、动作时的放电电流峰值、动作时的环境温度和湿度、安装位置（即GPS定位）等；（3）采集系统具备定时上传数据和异常时主动上传数据的功能；（4）监测系统保留一年或两年的历史数据，并以图形形式显示一年或两年的数据曲线，以备进行数据比较，判断避雷器的质量状况；（5）避雷器遭遇雷击或过电压动作时，后台启动警报功能；（6）后台监控中心可以自行设置每天主动上传的次数和上传时间；（7）系统可以自动保留避雷器初始运行时的泄漏电流初始值，或通过后台监控中心人工干预保留泄漏电流初始值，以备与后期运行数据比对时作为初始备案；（8）当避雷器的泄漏电流超出初始备案值的10%后，后台启动警报功能；（9）后台软件安装时可设置IP地址，可根据实际需要自由选择服务器或使用内部网络服务器；（10）具有报警定位功能，通过GPS准确定位并显示故障位置。

1.2 系统组成

避雷器运行实时监控系统主要由以下部分组成：（1）避雷器监测器（泄漏电流、计数状态值、峰值电流捕捉与显示、信息转换与DTU通迅）；（2）GPS单元（组装于监测器内，引出天线）；（3）温度/湿度检测单元（组装于监测器内，引出探头）；（4）DTU单元（数据接收与发送，组装于监测器内，引出天线）；（5）直流电源控制箱（对监测器供电，保障控制单元CPU、温度/湿度检测单元、GPS单元正常供电）；（6）终端设备与软件（笔记本电脑及软件系统）。

1.3 工作原理

避雷器监测器串联于避雷器低压端，通过线圈1感应泄漏电流，通过线圈2感应雷电流或操作过电压电流；通过控制电路1将泄漏电流、峰值电流、放电计数次数显示至监测器显示窗口[4]，通过控制电路2将泄漏电流、峰值电流、放电计数值转换为数字信号；通过数据传输协议将以上信息上传至DTU无线传输单元。无线传输单元DTU将以上数据连同GPS定位单元、温度/湿度监测单元的数据通过物联网卡上传至远程数据库（服务器），并将历史数据全部保存于远程数据库。用户可以根据实际情况选择历史数据的保存密度，用户端（终端）专业分析软件可通过双工功能设置DTU上传数据的频率和异常主动上传数据，并通过物联网和互联网将正常数据和异常数据传至用户端，有异常数据上传时发出警报[1]。系统框图如图1所示。

图1 避雷器运行状态实时监控系统框图

避雷器监测器内部的监测和运算单元采集电流信号，并与温度/湿度传感器数据、GPRS定位数据一并打包通过DTU无线发射单元发送至服务器数据库。终端程序通过互联网读取服务器数据库数据并进行处理。避雷器监测原理如图2所示。

图2 避雷器监测器原理

1.4 主要技术参数

（1）泄漏电流：10～9 990 mA（误差不大于量程的5%）；

（2）峰值电流：10～9 990 A（误差不大于量程的5%）；

文章来源：《电瓷避雷器》 网址: http://www.dcblqzz.cn/qikandaodu/2021/0319/466.html