CN107390099A - 一种动车组高压设备绝缘状态在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于轨道交通车辆及高压电气设备在线绝缘监测技术领域，涉及一种动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，用于动车组25kV高压设备绝缘状态在线监测；通过对动车组高压设备分类、特征量筛选、无线传输、高压感应取电、专家数据库及模糊函数运算，解决了常规电力系统的在线绝缘监测方式在高速移动、单相供电、非单点接地、环境恶劣、要求苛刻的动车组无法应用的难题，其包含数据采集和分析诊断单元，数据采集单元提取监测对象特征量，以无线传输方式传递至数据分析诊断单元进行分析和诊断，然后输出信号；其原理可靠，精度高，准确率高，安全性高，可靠性好，对推动高铁事业的持续发展具有重要意义，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

Description

一种动车组高压设备绝缘状态在线监测系统

技术领域：

本发明属于轨道交通车辆及高压电气设备在线绝缘监测技术领域，涉及一种高压设备绝缘状态在线监测系统，尤其是一种动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，用于动车组25kV高压设备绝缘状态在线监测。

背景技术：

动车组列车处于长距离高速运行中，由于雾霾、环境温湿度变化、外部机械应力等因素，会使动车组列车高压设备出现绝缘不良，间歇性放电等现象，给列车的正常运行带来极大的影响，严重时会发生列车停车事故或部件烧损等故障。因此，为了避免类似故障的发生，需要对列车高压设备绝缘部件的绝缘状态进行实时的监测，并根据绝缘状态做出相应的诊断和报警。目前，关于电力系统中高压电气设备的在线绝缘监测技术已经比较成熟，有容性设备末屏电流检测法、对地泄漏电流检测法、超高频局放检测法、变压器油色谱分析法、温度检测法、紫外红外成像等。但对于高速动车组来说，有区别于电力系统的一些特征：1)动车组列车为高速移动的高压电气系统，与地面静止高压电力系统的运行状况不同；2)动车组列车受电为单相交流25kV，而电力系统大多为三相交流供电；3)动车组列车所采用的高压设备由于电压等级关系并没有采用高压容性设备；4)动车组列车接地关系复杂，既有电源地、还有工作地和安全地，而且高压设备绝缘子大多与车体面接触、并无单点接地点；5)由于关系到行车安全，任何设备的安装不能影响动车组的原有系统，而且车体不允许任意钻孔、走线、固定。鉴于动车组列车以上特点，导致常规电力系统在线绝缘监测方法在动车组列车上难以实现，对绝缘故障定位及绝缘故障类型的判定造成了极大的困扰。现有技术中，中国专利CN103323716B公开了一种DC48V绝缘监测装置，包括PLC(可编程控制器)系统、电压传感器、报警电路、采样电路、电源模块和触摸屏，电压传感器输入端与直流母线相连，输出端与PLC系统相连，PLC系统将接收到的电压信号进行处理，并通过触摸屏显示；报警电路和采样电路分别与PLC系统相连；其采用中性点电路避免了由于电桥电路中直流母线对地绝缘的不平衡缺点，确保监测装置正确反映列车系统的绝缘情况；触摸屏对发生的列车故障事件进行监控，便于分析漏电时列车的运行状态，保证人身安全，但其监测对象为DC48V低压母线，监测特征量为DC48V母线电压；中国专利CN203101970U公开了一种机车车载安全监测设备平台，包括：中央处理平台；和多个安全监测子系统，其中所述多个安全监测子系统包括：空气制动监测子系统、防火监测子系统、高压绝缘检测子系统、列车供电监测子系统、走行部故障监测子系统和视频监测子系统；其中，所述各个安全监测子系统遵照统一的通信协议及其所定义的帧格式和数据编码与中央处理平台通信。该实用新型的机车车载安全监测设备平台适用于机车、动车组、地铁和城际列车的应用，高压绝缘检测子系统仅为其监测系统之一并未作详细阐述，未能体现出高压绝缘检测子系统的具体原理和实施方式；中国专利CN103576057B公开了一种绝缘在线监测系统和方法，该系统包括：远程监测平台、上位机、CAN转以太网适配器和至少一个现场绝缘监测单元；所述现场绝缘监测单元用于监测安装在牵引变电所的电气设备的绝缘状态；各个所述现场绝缘监测单元通过CAN总线与所述CAN转以太网适配器的一端连接，所述CAN转以太网适配器的另一端与所述上位机的一端连接，所述上位机的另一端通过数据库与所述远程监测平台连接。具有高的可靠性和监测精度，从而实现对电气设备绝缘状态的长期有效的监测；并且，还能够同时对多台电气设备的多个绝缘参数同时进行监测，从而降低了监测成本，减轻了监测人员的工作强度，但其所用通信网络为有线传输方式，而且监测对象为地面静止的三相高压设备，属于电力系统绝缘在线监测系统范畴，再者并未对绝缘状态的判断方法作详细的描述。

发明内容：

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，解决了常规电力系统的在线绝缘监测方式在高速移动、单相供电、非单点接地、环境恶劣、要求苛刻的动车组上无法应用的难题，能够对动车组25kV高压系统进行绝缘状态的在线监测，并根据绝缘状态诊断结果进行定位、提示、报警、保护等功能措施，使动车组高压设备的故障防范于未然。

为了实现上述目的，本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统主体结构包含数据采集单元和数据分析诊断单元，数据采集单元实现对绝缘监测对象的特征量提取，并将提取的特征数据以无线传输方式传递至数据分析诊断单元，为了更好的传输无线信号，在装有数据分析诊断单元附近的车窗玻璃上印制了印刷天线；数据分析诊断单元根据数据采集单元发送的数据进行分析和诊断，输出维持、报警或跳闸信号，系统采用集散控制方式，各数据采集单元间相互独立，可根据系统需求随时增减不同类型数据采集单元；安装于车厢外部的数据采集单元包含数据采集模块、第一无线收发模块、第二电源模块、测量传感器，数据采集模块能够提取每个测量传感器监测到的监测对象的特征量，第一无线收发模块能够将数据采集模块采集的特征量发射至车内数据分析诊断单元；第二电源模块为了不影响动车组上的低压用电设备，采用了与动车组供电系统电气隔离的独立电源—高压电缆感应取电装置，由高压感应取电装置从动车组高压电缆上的工作电流感应电动势，经整流滤波后给电源模块的锂离子电池充电，实现对数据采集单元的不间断供电；数据分析诊断单元安装于司机室或车厢内部的电气柜内，数据分析诊断单元包含第二无线收发模块、第一电源模块、主控器模块、专家数据库和人机界面，第二无线收发模块能够接收第一无线收发模块发射的数据采集模块采集的特征量并传输给主控器模块，主控器模块能够实现动车组在线绝缘监测系统的绝缘状态运算和绝缘状态判定，专家数据库能够存储与动车组高压设备绝缘相关的各类型运行数据和故障数据，而且运行过程中的各类型运行数据和故障数据亦可融入至专家数据库，专家数据库是一个自我成长和发展的系统；主控器模块依据绝缘状态判定结果输出信息至人机界面；第一电源模块在车内取电实现对第二无线收发模块、主控器模块的不间断供电。

监测对象的绝缘状态变化非瞬时，为最大程度降低数据采集模块的耗电量，本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统采用唤醒、监测、睡眠的轮循方式，数据采集模块常处于休眠状态，仅被唤醒时工作一个数据采集周期，能够设置动车组高压设备绝缘状态在线监测系统的轮循时间间隔和数据采集周期。

本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统的监测对象为25V高压回路设备，包含绝缘子类、高压电缆及附件类、变压器类设备；安装于车顶和车下；主要包含受电弓、隔离开关、接地保护开关、电压互感器、电流互感器、主断路器、避雷器、牵引变压器一次侧及关联电缆、绝缘子、电缆附件和套管。所述监测对象的特征量包含泄露电流、脉冲电流、施加电压、环境温湿度等。

所述主控器模块为工业控制器，内部安装有数据分析诊断软件，该软件通过人机界面能够实现数据显示、图形报表、专家数据库、事故预警、故障诊断、智能判断、趋势分析、系统设置、数据运算等功能，完成动车组在线绝缘监测系统的绝缘状态运算、绝缘状态判定、专家数据库的更新、人机界面交互。

所述人机界面为触摸屏，能够实现在线绝缘监测系统与人员的交互，人机界面能够提供系统设置、故障报警、数据查看、曲线查看、报表打印等功能，人机界面与主控器模块为分体式或一体式结构，当由于空间限制无法安装人机界面时，能够通过主控器模块的预留接口实现声光报警。

本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统的工作原理：

1、动车组车身由金属制成，金属外壳具有对电磁信号的屏蔽功能，无线信号需通过门窗玻璃传输到车厢内部，为了更好的传输无线信号，采用玻璃印刷天线技术，在装有数据分析诊断单元附近的车窗玻璃上印制印刷天线。

2、高压感应取电类似于电流互感器，但与电流互感器不同，次级绕组并非短路，而是接有负载电路。动车组高压电缆正常工作时会流过几百安培的牵引电流，而且动车组高压设备附近必定会有高压电缆或高压连接排，这给大电流感应取电创造了条件，结合一定容量锂离子电池的配合，数据采集单元可实现不间断的供电运行。高压感应取电装置具有三种工作状态：1)输电线路上电流很小，不足以使电路工作，装置处于未启动状态，不对储能电路和负载输出电压和功率。2)输电线路上电流足够大时，感应取电功率控制电路控制感应取电的功率，在储能电路储满能量后，取得的功率与负载消耗的功率相等，限制多余能量进入电路，保护电路正常工作。3)输电线路上电流能够使装置启动工作，但取得的能量小于负载的功率时，电路处于断续工作状态。此时，电路以最大效率取能，并为储能电路充电，在储能电路储满能量之前，先不对负载输出电压和功率，当储能电路储满能量后，再对负载供电。

3、监测对象的特征量的数据采集是为了对监测对象的绝缘状态进行诊断和判定，特征量也可以是高频局放、超声波、紫外脉冲、红外测温等能够反映绝缘状况的参量；环境温湿度的检测是由于动车组高压设备的绝缘状态受环境温湿的的影响，某些情况下高压设备的绝缘不良是由于环境温湿度的影响造成的，尤其是环境湿度，当外界环境因素恢复后高压设备就有可能恢复到健康状态，此时并不能判定为高压设备本身出现绝缘不良，环境温湿度检测就是为了对高压设备的绝缘状态判定做一补偿和矫正，使绝缘状态的判定结果更加准确和可靠；同理，施加电压的检测也是为了对高压设备的绝缘状态判定提供一个可靠依据，绝缘特征量的变化与所施加的电压大小是有直接关系的，动车组的25kV高压也是根据区间段、运行状况时刻变化的，由于25kV供电电压的升高而导致的绝缘特征量变化并不属于高压设备本身的绝缘缺陷。

4、专家数据库中储存有动车组高压设备的所有与绝缘相关的数据信息，如各型号高压电缆的绝缘老化数据、高压开关的使用寿命及老化数据、各类型绝缘子放电特征数据、以往高压设备绝缘故障数据等，并且在动车组运营过程中不断补充和更新专家数据库。

5、主控器模块根据数据采集单元发送来的各种特征量数据，经过不同的运算方法得出高压设备的当前绝缘状况数据，并与专家数据库中的数据进行比较分析，综合判定当前的绝缘情况。主控器模块运算方法主要有模糊隶属度运算、各绝缘参数的权重比运算、傅氏级数及小波分析运算、环境温湿度对特征量的补偿运算、绝缘状态趋势运算等。不同的特征量采集会有不同的运算方法，例如，泄漏电流中可提取的特征量有幅值、最大值、脉冲、谐波等，如要分析频谱就需要采用傅氏级数运算，又例如泄漏电流的幅值、脉冲数、谐波等参数都能够反映当前的绝缘状况，但它们在综合判定中所影响的程度会不一样，也就是谁说了算的问题，因此就需要根据参数的重要度、检测精度、影响程度设置不同的隶属度和权重比，哪个参数的权重比大哪个参数在综合判定中就会起到绝对作用。

基于本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统进行实时监测的方法的具体步骤为：

(1)获取：首先主控器模块根据设置的时间间隔下达采集命令，数据采集模块通过第一无线收发模块将采集到的每个测量传感器获取的监测对象的特征量发送至第二无线收发模块，第二无线收发模块传输至主控器模块，并以具体数值及图形报表的形式保存或显示到人机界面上；

(2)比较：接着主控器模块自动调取的专家数据库中该参数特征值的上限值与步骤(1)获取的绝缘参数特征值进行比较，同时将获取的参数特征值补充更新至专家数据库，主控器模块控制人机界面的事故预警功能模块根据各绝缘参数的比较结果给出预警信号，若判定为危险状态，同时输出报警和跳闸信号后，主控器模块启动故障诊断功能模块和智能判定功能模块，故障诊断功能模块根据故障数据通过人机界面给出故障原因及诊断结果；智能判定功能模块通过人机界面显示故障定位、故障类型判别、故障设备判定；然后主控器模块进行是否已解除危险判定，若未解除危险，人机界面的事故预警功能模块继续输出报警信息或发送警告数据；若已解除危险，返回步骤(1)；

(3)计算：然后若步骤(2)判定结果未超出上限值继续维持状态，并采用模糊隶属度函数μ_i(x_i)来计算各特征量期待值，x_i表示不同特征量，μ_i表示不同特征量的不同模糊隶属度函数；

(4)判定：若步骤(3)输出单个特征量直接进行绝缘状态判定；若步骤(3)输出多个特征量参与绝缘状态判定时，绝缘状态判定运算引入权重比加权运算公式ω_i表示特征量的权重比，所有参与特征量进行加权运算，得出当前的绝缘状态值S；

(5)显示：最后主控器模块控制人机界面的事故预警功能模块依据步骤(4)输出的绝缘状态值S显示提示信息，根据超出情况分别输出安全、注意、检查、紧急状态提示，完成动车组高压设备绝缘状态在线监测。

本实施例涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测方法的设计原理：

1)绝缘特征量的变化与绝缘的优劣状况并不是一个线性关系，有可能在一定变化范围内绝缘状况是良好的，也有可能超过一定范围后绝缘状况严重下滑，与绝缘材料本身特性、结构、环境因素有关，并且每个特征量的表现都会不尽相同，为了解决上述问题，绝缘状态判定运算引入了模糊隶属度函数μ_i(x_i)来计算各特征量期待值，x_i表示不同特征量，如泄漏电流幅值、脉冲电流、波形畸变率等，μ_i表示不同特征量的不同模糊隶属度函数；泄漏电流幅值、脉冲电流、波形畸变率等特征量反应出当前绝缘状态的准确度都会不同，也就是每个特征量的权重比，当有多个特征量参与绝缘状态判定时绝缘状态判定运算引入了权重比加权运算公式ω_i表示特征量的权重比，哪个特征量对绝缘状态判定影响大哪个特征量所占权重比就大，最后所有参与特征量进行加权运算得出当前的绝缘状态值S，并且绝缘状态判定运算结合施加电压和温湿度的补偿运算，使得绝缘状态的判定更准确可靠。

2)数据分析诊断软件经过相应运算得出各特征值数据后，与其上限值进行比较，如果超出上限值直接判定为危险状态，动作于报警或跳闸信号的输出。当没有超出上限值时说明在当前的绝缘状态下能够维持一定时间不发生严重绝缘故障，按程度可分为安全、注意、检查、紧急等状态，注意状态下可较长时间观察变化情况，不严重时可恢复绝缘进入到安全状态；紧急状态时就有可能发生严重绝缘故障，及时采取措施避免故障发生。

本发明与现有技术相比，实现对动车组高压系统进行绝缘状态的实时在线监测，并根据绝缘状态诊断结果实施定位、提示、报警、保护，使动车组高压设备的故障防范于未然，其原理可靠，精度高，准确率高，及时性好，安全性高，可靠性好，对推动高铁事业的持续发展具有重要意义，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统的主体结构原理示意图。

图2为实施例2涉及的动车组车顶数据采集单元主体结构原理示意图。

图3为本发明涉及的数据分析诊断软件功能框图。

图4为本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测方法的流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本实施例涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统如图1所示，主体结构包括车顶数据采集单元1、车下数据采集单元2和车内数据分析诊断单元3；车顶数据采集单元1和车下数据采集单元2分别将采集的数据传输至车内数据分析诊断单元3，车内数据分析诊断单元3经过计算对比分析判断后，输出维持、报警或跳闸信号；车顶数据采集单元1和车下数据采集单元2均包含数据采集模块6、第一无线收发模块7、第二电源模块8和测量传感器9，车顶数据采集单元1和车下数据采集单元2为集散控制方式，车顶数据采集单元1和车下数据采集单元2之间相互独立，数据采集模块6能够提取每个测量传感器9监测到的监测对象的特征量，第一无线收发模块7能够将数据采集模块6采集的特征量发射至车内数据分析诊断单元3；第二电源模块8通过电流感应实现对车顶数据采集单元1和车下数据采集单元2的不间断供电；数据分析诊断单元3安装于司机室或车厢内部的电气柜内，数据分析诊断单元3包含第二无线收发模块4、第一电源模块5、主控器模块11、专家数据库12和人机界面13，第二无线收发模块4能够接收第一无线收发模块7发射的数据采集模块6采集的特征量并传输给主控器模块11，主控器模块11能够实现动车组在线绝缘监测系统的绝缘状态运算和绝缘状态判定，并将第二无线收发模块4接收到的特征量补充更新至专家数据库12中，专家数据库12能够存储与动车组高压设备绝缘相关的各类型运行数据和故障数据；主控器模块11依据绝缘状态判定结果输出控制信息至人机界面13，人机界面13能够实现在线绝缘监测系统与人员的交互，人机界面13能够提供系统设置、故障报警、数据查看、曲线查看、报表打印等功能，人机界面13与主控器模块14为分体式或一体式结构，当由于空间限制无法安装人机界面13时，能够通过主控器模块11的预留接口实现声光报警，第一电源模块5实现对第二无线收发模块4、主控器模块11、专家数据库12和人机界面13的电源供给；

主控器模块为嵌入式工控机，具体参数为CPU：Intel Celeron 1037u 1.8GHz以上；系统内存：2G DDR3 1333MHz、最高支持8G；存储：支持MSATA、SATA 2.5寸硬盘；以太网：10/100/1000Base-TX，RJ45网口×1；串口：RS-232×6；USB：USB 2.0×5；显示：VGA×1，HDMI×1；音频：MIC-IN输入接口×1个，LINE-OUT输出接口×1个；电源：DC12V/5A、60W电源适配器输入；操作系统：windows XP、windows Embedded、windows 7以上；无风扇防尘、抗震、坚固结构设计；构造：铝镁合金板；尺寸：小于等于200(L)×230(W)×67(H)mm；重量：小于等于1.8Kg；工作温度：-10℃—70℃；环境湿度：10％-90％；能够高效、低功耗运行，保障系统安全、稳定、可靠的运行；

人机界面为彩色液晶触摸屏，外形尺寸183mm×141mm×14mm，背面安装导轨，有利于安装于电气柜内部面板上；

如图3所示，人机界面13包含数据显示、图形报表、专家数据库、事故预警、故障诊断、智能判断、趋势分析、系统设置、数据运算等功能模块。数据显示功能模块实时显示当前泄漏电流值、施加电压值、绝缘状况值、环境温湿度值、系统运行时间等与绝缘状态相关参数测量值；图形报表模块实时记录每一时刻的各参量值，以曲线、报表、柱状图、盘状图等形式直观表现出来；专家数据库保存和记录所有与动车组高压设备绝缘相关数据，以便随时调用和更新；事故预警功能模块主要根据各绝缘参数的运算结果给出预警信号，当绝缘参数超过正常值时，根据超出情况分为注意、检查、紧急、危险等状态提示；故障诊断功能模块当出现绝缘故障时，根据故障数据给出故障原因及诊断结果；智能判定功能模块根据运算结果实现故障定位、故障类型判别、故障设备判定等功能；趋势分析功能模块主要实现高压设备绝缘材料的使用寿命趋势分析、当前绝缘状况的持续时间分析、绝缘状态发展趋势分析等功能；系统设置功能模块主要实现与系统相关参数的设置，如用户登录、管理权限、通讯设置、运行方式等；数据运算功能模块主要实现各种参数的不同运算，如泄漏电流的傅氏级数展开运算、温湿度补偿运算、模糊隶属度运算、参量权重比运算等。

基于本发明涉及的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统进行实时监测的方法的具体步骤为：

(1)获取：首先通过主控器模块11下达采集命令，数据采集模块1通过第一无线收发模块7将采集到的每个测量传感器9获取的特征量发射至第二无线收发模块4，第二无线收发模块4传输至主控器模块11，并以具体数值及图形报表的形式显示到人机界面13上；

(2)比较：接着主控器模块11自动调取的专家数据库12中该参数特征的上限值与步骤(1)获取的绝缘参数特征值进行比较，同时将获取的参数特征值补充更新至专家数据库12，主控器模块11控制人机界面13的事故预警功能模块根据各绝缘参数的比较结果给出预警信号，若判定为危险状态，同时输出报警和跳闸信号后，主控器模块11启动故障诊断功能模块和智能判定功能模块，故障诊断功能模块根据故障数据通过人机界面13给出故障原因及诊断结果；智能判定功能模块通过人机界面13显示故障定位、故障类型判别、故障设备判定；然后主控器模块11进行是否已解除危险判定，若未解除危险，人机界面13的事故预警功能模块继续输出报警信息或发送警告数据；若已解除危险，返回步骤(1)；

(3)计算：然后若步骤(2)判定结果未超出上限值继续维持状态，主控器模块11采用模糊隶属度函数μ_i(x_i)来计算各特征量期待值，x_i表示不同特征量，μ_i表示不同特征量的不同模糊隶属度函数；其中，特征量为泄漏电流展开傅氏级数及小波分析运算、特征量为温湿度且湿度大于70％且温度高于35℃时进行补偿运算；

(4)判定：若步骤(3)输出单个特征量主控器模块11直接进行绝缘状态判定；若步骤(3)输出多个特征量参与绝缘状态判定时，绝缘状态判定运算引入权重比加权运算公式ω_i表示特征量的权重比，所有参与特征量进行加权运算，得出当前的绝缘状态值S；

(5)显示：最后主控器模块11控制人机界面13的事故预警功能模块依据步骤(4)输出的绝缘状态值S显示提示信息，根据超出情况分别输出安全、注意、检查、紧急状态提示；完成动车组高压设备绝缘状态在线监测。

图4为本实施例涉及的动车组高压设备绝缘状态判定流程图，任何设备的绝缘相关参数都具有其上限值，如泄漏电流幅值、最大值、脉冲数、绝缘电阻、介质损耗角、局放频次等，一旦超过上限值就有可能出现严重故障。

实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于：具体化了数据采集单元，以车顶数据采集单元为例。

如图2所示，本实施例涉及的车顶数据采集单元1中测量传感器9为泄漏电流传感器91、环境温度传感器92、环境湿度传感器93和信号变送器94，监测对象为绝缘子101和高压互感器102，数据采集单元1通过泄漏电流传感器91测量车顶绝缘子101泄漏电流中的均方根值、最大值和脉冲次数和谐波畸变率的变化，数据分析诊断单元3以上述参数为依据预测和判定绝缘子101的绝缘状况；

动车组车顶安装有测量网压的高压互感器102，能够从互感器二次侧的AC100V中提取网压信号，经过信号变送器94转换为数据采集模块6所需的4～20mA信号；动车组车顶由于电磁环境比较复杂，因此泄漏电流传感器91采用相对稳定的4～20mA电流信号作为数据采集模块6的输入；

数据采集模块6采用STM32系列单片机为核心，外设电源电路、时钟电路、输入调理电路、通讯接口电路、大容量存储器和数码管，实现信号的高速采集、数据存储和无线通讯功能；第一无线收发模块7和第二无线收发模块4具有穿透率强，信号稳定，传输距离远，宽频带调节，抗干扰性能强的特点；数据采集模块6、第一无线收发模块7、第二电源模块8封装于铝合金箱体内，第一无线收发模块7的天线头外露，铝合金箱体安装于中空的动车组绝缘子安装基座内部；数据采集单元1由5V直流供电，防护等级IP65；

环境温度传感器92为全集成数字式温度传感器DS18B20，无须信号变换处理，通过电源线、地线和一根信号线将数字温度值传输到单片机，为避免中间干扰能够与单片机的I/O口直连；

环境湿度传感器93为电容式相对湿度传感器HM1500，具有高可靠性与长时间稳定性的特点，在5V直流供电时，0～100％RH对应输出1～4V直流线性电压；浸水无影响；温度依赖性非常低，工作温度范围–30～60℃；10～95％RH范围，精度达到2％RH；抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体；尺寸小：直径12mm×长度60mm；M1500的面板上有3个引线：电源、地、信号线，信号线隔离后能够直接与单片机的A/D输入通道相连；由于湿度大于70％或温度高于35℃时，盐密、灰密对泄漏电流的影响较明显，因此，在湿度大于70％且温度高于35℃时进行补偿运算。

Claims (6)

1.一种动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，其特征在于：主体结构包含数据采集单元和数据分析诊断单元，该系统的监测对象为25kV高压回路设备，数据采集单元实现对监测对象的特征量提取，并将提取的特征数据以无线传输方式传递至数据分析诊断单元，为了更好的传输无线信号，在装有数据分析诊断单元附近的车窗玻璃上印制了印刷天线；数据分析诊断单元根据数据采集单元发送的数据进行分析和诊断，并输出信号,系统采用集散控制方式，各数据采集单元间相互独立，可根据系统需求随时增减不同类型数据采集单元；安装于车厢外部的数据采集单元包含数据采集模块、第一无线收发模块、第二电源模块、测量传感器，数据采集模块能够提取每个测量传感器监测到的监测对象的特征量，第一无线收发模块能够将数据采集模块采集的特征量发射至车内数据分析诊断单元；第二电源模块为了不影响动车组上的低压用电设备，采用了与动车组供电系统电气隔离的独立电源—高压电缆感应取电装置，由高压感应取电装置从动车组高压电缆上的工作电流感应电动势，经整流滤波后给电源模块的锂离子电池充电，实现对数据采集单元的不间断供电；数据分析诊断单元安装于司机室或车厢内部的电气柜内，数据分析诊断单元包含第二无线收发模块、第一电源模块、主控器模块、专家数据库和人机界面，第二无线收发模块能够接收第一无线收发模块发射的数据采集模块采集的特征量并传输给主控器模块，主控器模块能够实现动车组在线绝缘监测系统的绝缘状态运算和绝缘状态判定，专家数据库能够存储与动车组高压设备绝缘相关的各类型运行数据和故障数据，而且运行过程中的各类型运行数据和故障数据亦可融入至专家数据库，专家数据库是一个自我成长和发展的系统；主控器模块依据绝缘状态判定结果输出信息至人机界面；第一电源模块在车内取电实现对第二无线收发模块、主控器模块的不间断供电。

2.如权利要求1所述的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，其特征在于：该系统采用唤醒、监测、睡眠的轮循方式，能够节省电力消耗，数据采集模块常处于休眠状态，仅被唤醒时工作一个数据采集周期，能够设置动车组高压设备绝缘状态在线监测系统的轮循时间间隔和数据采集周期。

3.如权利要求1-2中任意一项所述的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，其特征在于：该系统的监测对象为25kV高压回路设备，包含绝缘子类、高压电缆及附件类、变压器类设备，分布于车顶和车下；主要包含受电弓、隔离开关、接地保护开关、电压互感器、电流互感器、主断路器、避雷器、牵引变压器一次侧及关联电缆、绝缘子、电缆附件和套管；所述监测对象的特征量包含泄露电流、脉冲电流、施加电压、环境温湿度。

4.如权利要求3所述的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，其特征在于：所述主控器模块为工业控制器，内部安装有数据分析诊断软件，该软件通过人机界面能够实现数据显示、图形报表、专家数据库、事故预警、故障诊断、智能判断、趋势分析、系统设置、数据运算等功能，完成动车组在线绝缘监测系统的绝缘状态运算、绝缘状态判定、专家数据库的更新、人机界面交互。

5.如权利要求4所述的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，其特征在于：所述人机界面为触摸屏，能够实现在线绝缘监测系统与人员的交互，人机界面能够提供系统设置、故障报警、数据查看、曲线查看、报表打印功能，人机界面与主控器模块为分体式或一体式结构，当由于空间限制无法安装人机界面时，能够通过主控器模块的预留接口实现声光报警。

6.如权利要求1所述的动车组高压设备绝缘状态在线监测系统，其特征在于：基于该系统进行实时监测的方法为：

(1)获取：首先主控器模块根据设置的时间间隔下达采集命令，数据采集模块通过第一无线收发模块将采集到的每个测量传感器获取的监测对象的特征量发送至第二无线收发模块，第二无线收发模块传输至主控器模块，并以具体数值及图形报表的形式保存或显示到人机界面上；

(2)比较：接着主控器模块自动调取的专家数据库中该参数特征值的上限值与步骤(1)获取的绝缘参数特征值进行比较，同时将获取的参数特征值补充更新至专家数据库，主控器模块控制人机界面的事故预警功能模块根据各绝缘参数的比较结果给出预警信号，若判定为危险状态，同时输出报警和跳闸信号后，主控器模块启动故障诊断功能模块和智能判定功能模块，故障诊断功能模块根据故障数据通过人机界面给出故障原因及诊断结果；智能判定功能模块通过人机界面显示故障定位、故障类型判别、故障设备判定；然后主控器模块进行是否已解除危险判定，若未解除危险，人机界面的事故预警功能模块继续输出报警信息或发送警告数据；若已解除危险，返回步骤(1)；

(3)计算：然后若步骤(2)判定结果未超出上限值继续维持状态，并采用模糊隶属度函数μ_i(x_i)来计算各特征量期待值，x_i表示不同特征量，μ_i表示不同特征量的不同模糊隶属度函数；

(4)判定：若步骤(3)输出单个特征量直接进行绝缘状态判定；若步骤(3)输出多个特征量参与绝缘状态判定时，绝缘状态判定运算引入权重比加权运算公式ω_i表示特征量的权重比，所有参与特征量进行加权运算，得出当前的绝缘状态值S；

(5)显示：最后主控器模块控制人机界面的事故预警功能模块依据步骤(4)输出的绝缘状态值S显示提示信息，根据超出情况分别输出安全、注意、检查、紧急状态提示，完成动车组高压设备绝缘状态在线监测。