电气化铁道论文范文

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1. 煤炭企业电气化铁路管理及维护存在的问题

1.1电气化铁路接触网应急抢修装备配置不完善

我国铁路在2007年实施第六次大面积提速之后,有线部分地段铁路的最高运行速度达到了250km/h , 要求电气化铁路接触网的运行质量、可靠性以及作业安全防护都要得到保证, 然而却没有相应提高接触网应急抢修装备配置的水平。落后的车梯和简单的工具、机具仍在一些区段的接触网工区使用，进行接触网的检修和抢修工作。第六次大面积提速区段线路采取了封闭措施, 但是仍然要依靠汽车和车梯等简单的工具进行接触网的抢修工作, 当接触网故障时,不能使抢修人员、工具、机具快速到达抢修现场, 严重延误了抢修时间。免费论文。

大同煤矿集团下的电气化铁路，采用了接触网，接触网的供电和接触网的维护至关重要，电气化铁路接触网应急抢修装备配置不完善与电气化铁路快速发展的需要是不相适应的。免费论文。

1.2存在多种电能质量问题

1.2.1牵引负荷的波动性和冲击性强

目前，煤炭企业电气化铁路的牵引负荷在时间和空间上的分布非常不均匀，具有很强的冲击性和波动性，这使得电气化铁路电能质量综合治理非常困难。牵引负荷与多种因素有关，比如线路情况、牵引重量、机车类型及操纵、机车速度、运行图等。

我国电气化铁路牵引变电站的最大容量和高速客运专线牵引变电站远期规划容量分别达到80MVA和120MVA，而且由于电气化铁路建设时考虑到高达100%的过载容量，因此峰值负荷可以达到160-240MVA。这么大的集中负荷会在电网较薄弱的地区对该地区的供电系统造成巨大的冲击，甚至导致电压波动和闪变等问题的产生。

1.2.2三相严重不平衡

由于电力机车是单相负荷的，因此将其接入三相对称的电网中将在牵引变压器系统侧产生负序电流。该负序电流幅值较大，它的大小取决于牵引变压器的连接方式及牵引负荷。如果牵引变电站采用单相接线变压器，其牵引负荷等于牵引负荷电流的0.144倍，牵引负荷在电力系统中引起的负序电流与正序电流是相等的；如果牵引变电站采用单相V/V接线变压器，在两个方向的牵引负荷相等的情况下，其牵引负荷在电力系统中引起的负序电流是正序电流的一半，在两侧牵引负荷不相等的情况下，两侧负荷电流之差的绝对值与负序电流成正比。

这样严重的负序电流将在旋转电机中产生负序磁场，造成负序同步转矩在发电机中产生，并能够导致附加震动，同时引起电动机中产生制动转矩，影响出力。电力变压器容量利用率会由于三相不对称负荷而下降，同时变压器能量损耗会增加，铁芯磁路也会发热。此外，负序电流也会对继电保护和自动装置的负序参量启动原件造成一定的干扰，导致它们频繁发生失误。免费论文。

1.2.3功率因数较低

在电力机车的不同工况下，牵引网电压的变化幅度大，进而引起牵引负荷电流相位角的变化幅度较大，从而导致平均功率因数偏低。在机车处于再生制动工况的情况下，机车电流就会反馈牵引网，引起电流相位角滞后120°到130°；同理，在机车处于其他工况的情况下，相位角和功率因数也会发生变化。

因此，大量的无功电流就会通过电力机车向电网注入，使得发电装置的效率以及输电设备的输送能力降低，线损增加，导致牵引供电臂电压的下降，威胁电气化铁路的煤炭运输安全。

2.煤炭企业电气化铁路管理及维护的方法

2.1提高电气化铁路接触网应急抢修装备水平

2.1.1配置抢修列车

为了使大型故障的抢修更加及时有效, 在枢纽地区或大型区段站附近，应该设置抢修基地, 做好抢修车辆的配置，配置一些抢修列车。对接触网抢修列车分组，每组都包括放线车、综合作业车、平板车和轨道吊车。其中，在80km/h以上区段, 为了和较高速度接触网运行质量的要求相适应，放线车必须具有恒张力放线功能。,为了和邻线有货物列车也能抢修其上部接触网的需要相适应，综合作业车必须具备全方位的作业功能。一般来说，抢修列车的抢修半径为200km。为了保证在作业车无法及时到达故障现场的情况下,人员和机具能先行到达，应该在每个接触网工区配置1台平板车、1辆电力抢险工程车、2台接触网作业车。为了方便供电线等高空设备检修和抢修，在铁路枢纽接触网工区，应有1台带高空作业吊篮的高空作业车。抢修时间直接受到轨道车辆运行速度的影响, 要配置好抢修列车，提高抢修时间。

2.1.2依靠计算机技术，配置好辅助抢修设备

为了和管内接触网抢修通信需要相适应,接触网工区所在地不仅要配置作业用防护电话，而且应该配置基地通信台。抢修车辆应该配置车载通信台。通过计算机网络技术的使用, 推广和应用牵引供电抢修辅助决策系统, 该系统集设备运行、技术资料、检修、运行环境、抢修资源管理及故障定位、快速查找、抢修过程视频监控、信息传递、抢修预案等功能于一体，方便故障抢修决策和故障原因分析处理,使得接触网应急抢修装备水平和煤炭企业电气化铁路管理维护水平不断提高。

2.2采用动态补偿方案

目前，两类动态补偿装置静止动态无功补偿装置（SVC）和静止无功补偿器（STATCOM）已在日本、法国、英国、澳大利亚等国的大量工程中得到实际应用。

SVC装置的基本原理是利用晶闸管能够实现电感的连续可调，它实现无功补偿是通过无源器件储能的方式，可以实现对波动性负荷进行快速、连续地补偿，并可以利用无源滤波器滤除系统中的高次谐波。

STATCOM装置是由大功率自关断电力电子器件构成的，它实现动态补偿的目标是通过将变流器经过电抗器并联在电网上，并对其交流侧输出电压的相位与幅值进行适当调节，或直接控制其交流侧电流。相对于SVC，STATCOM具有许多优点，包括响应速度高、运行范围大、工作效率高、谐波含量低、负荷适应性好、占地面积小等。STATCOM具有双向无功补偿及相间有功转移的能力，因此，它对负序电流和无功电流的补偿效果更显著，更适合用于电气化铁路电能质量综合治理领域。

实践证明，基于STATCOM的牵引变电站综合补偿技术是解决电气化铁路电能质量问题的理想途径。

3. 结束语

根据几十年来我国电气化铁路的运行经验, 结合大同煤矿集团下的电气化铁路的实际情况，要做好煤炭企业电气化铁路管理及维护工作，为煤炭企业电气化铁路的发展做出贡献。

参考文献：

[1]刘永红. 铁路电力牵引供电接触网技术体系及主要技术标准的探讨[J]. 铁道机车车辆, 2009,(01) .

[2]汤文斌,刘和云,李会杰,郭华. 模拟大气环境下电气化铁路接触网覆冰实验研究[J]. 华东电力, 2009,(02)

[3]班瑞平,张宝奇. 提高电气化铁路接触网应急抢修水平的思考和建议[J]. 铁道机车车辆, 2009,(01) .

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1.接触网主要故障分析

1.1空间结构尺寸方面故障

接触网不仅要保障向电力机车提供的电流质量良好，而且还要保证在规定的空间几何位置上接触悬挂能牢固地接触，保证受电弓从接触线上取流能平滑并且质量良好。由于机车受电弓有限的宽度和愈来愈快的运行速度，一旦接触网的技术参数发生变化或接触悬挂上零件脱落的情况发生，就会给电力机车或电动车的运行带来很大障碍，严重的情况下还会造成弓网故障。受当时条件限制，建设初期标准偏低的接触网已经不能很好适应当今铁路发展形势，导线质量不一，时常发生断线状况，疲劳耗损较为严重。

1.2绝缘方面故障

绝缘是接触网这一特殊的高压供电设备的重要技术指标之一，接触网不同于地方的供电线，距离机车近且悬挂高度较低，常常遭到环境和混合牵引的机车的污染，具有相当大的绝缘难度。根据绝缘介质来划分，接触网的绝缘主要包括绝缘体绝缘和空气间隙绝缘两种，接触网的正常运行会受到任何一方面放电的影响。鉴于我国设计方面和特殊的自然环境的原因，整个故障占比例较高的就是绝缘方面的故障，其影响范围也较广，应该得到较为严肃认真的对待。

1.3电气联结方面故障

因事先难以发现并且具有严重的危害性，电气烧伤故障作为铁路电气化接触网设备的一类故障，已引起供电运营检修部门的高度重视。由于接触网设备主要在力与电的双重作用下工作，所以接触网故障的主体由机械故障和电气烧伤故障构成。由于接触网运行时间长久和不断增加的牵引运能，越来越突出设备的电气烧伤现象已得到检修部门的关注。供电运营单位为确保供电安全的一个重要任务就是预防和防治接触网设备发生电气烧伤故障。

2.接触网可靠性发展状况

“受流质量、安全可靠、景观设计”是接触网需要解决的三大问题，可靠性列在其中。高速铁路由于具有系统本身结构复杂、设备繁多、任务繁重等特点，一旦出现事故，波及范围及社会政治经济影响都很大，研究接触网的一项重要课题就是研究其供电可靠性。高速铁路的供电可靠性也因高速客运专线铁路的大规模兴建而倍受关注。可靠性工作受到国外的电气公司与各种国际机构（如IEC、IEEE等）的高度重视，专职的可靠性工程师在一些著名的电气公司或可靠性管理部门非常常见。不管有些产品有无规定可靠性指标，公司内部都会开展可靠性研究工作，国外各公司间竞争的一个非常重要的手段就是产品可靠性的高低。国外也有着活跃的可靠性学术交流，目前国际上已将传统的可靠性评估扩展为RAMS评估。该项评估包括对系统可靠性（reliability）、可用性（availability）、可维护性（maintenance）和安全性（safety）的全面评估。现在有关铁道的RAMS国际标准已由最早的EN50126：1999上升为IEC62278：2002。有许多涉及到可靠性的国际学术会议，例如，IEEE霍姆接触会议（每年召开一次）、国际可靠性物理学会议（每年召开一次）、国际电接触会议（每年召开一次）、国际可靠性与维修性会议（每年召开一次）等等。

可靠性理论在我国只有30年的引进历史。我国于1976年了第一个可靠性行业标准《可靠性名词术语》。第一个可靠性国家标准于1979年。80年代，我国在IEc/Tc56有关标准和美国军工标准作为参照下，制定了一批可靠性标准，基本完成了可靠性基础标准配套工作。90年代以来，产品的可靠性工作受到机械工业系统的高度重视，产品的可靠性标准（包括可靠性试验方法）和质量标准中的可靠性指标已经得到普遍使用。1990年，机械电子工业部在《加强机电产品设计工作的规定》第二十四条作出明确规定：新产品鉴定定性时，必须有可靠性试验报告和设计资料。在铁道方面，制定了（113/T1335―1996）《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》。进入21世纪后，（G1150068-2001）《建筑结构可靠度设计统一标准》在建筑领域正式形成。将可靠性原理方法与供电系统科学结合，电气化铁道的供电可靠性评估采用最科学经济的方法充分发挥电气供电设备的潜力，保证铁路运行所需的连续不断电力。

3.接触网可靠性分析的方法

人们根据可靠性分析结果对系统进行评价，发现了许多可靠性分析方法。确定性方法和概率性方法是计算可靠性方法的两大类。概率性方法按照所使用的数学工具又可以分为：解析法和模拟法。确定性方法可用于在预期故障发生的情况下研究系统可靠性水平。以前常用的系统N-1或N-K安全性检验，就是评价确定性可靠性的常用方法。此方法具有考察的状态数有限、能详细而精确的描述每个考察状态的优点。缺点是在于这些状态表的生成受技术人员的经验的决定，有可能漏掉状态，而且状态的严重程度也可能不能察觉的随时间变动。对系统的安全性进行粗略估计可以采用确定性方法的计算结果，改进薄弱环节，但它只能进行一些故障阶数较少的故障类型的事故后果的预想，而且不能预测事故发生的可能性具体有多大。近年来，概率性分析方法已逐渐取代确定性可靠性评估方法。

根据零部件故障和修复的统计值，概率性方法可以计算出系统和节点的运行参数变化区间和风险指标，从而对系统的可靠性作出较为全面和客观的评价。概率性可靠性评价方法分为解析法和模拟法两种。解析法对零部件或系统的寿命过程进行合理的理想化，并将这一寿命过程用数学模型描述，如用指数分布等。再通过运算来求解，得出可靠性指标。网络法、状态空间法和故障树分析法是解析法的常用方法。

在系统设计过程中，通过对系统各组成部分的潜在的故障模式分析，对系统功能的影响分析，按严酷程度对每一个潜在故障模式进行归类类，总结出可采取的预防措施来促进系统可靠性的提高。

4.结语

随着列车不断提速以及电气化铁道运营范围的不断扩大，对接触网可靠性有着越来越高的要求。因此，分析我国的接触网系统故障情况并探讨如何提高接触网系统可靠性显得极为重要。

【参考文献】

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中图分类号U224 文献标识码A 文章编号1674-6708(2010)26-0112-02

0 引言

近几十年来,随着国民经济的突飞猛进和工业基础设施的完善,我国的电气化铁路发展迅猛,铁路线总里程不断加长,列车载重量不断增加,铁路牵引变压器需求数量随之越来越多,需求容量也越来越大。我们知道,电气铁路的27.5kV(BT制)或55kV(AT制)的单相牵引电网是通过牵引变电所从常规三相电网获取电能的,牵引变电所的主要作用便是将110kV或220kV三相交流电变换成27.5kV或55kV单相交流电,并供电给电牵引网和电力机车。根据供电方式和具体要求的不同,牵引变压所采用的牵引变压器种类也不同,主要有:单相牵引变压器,V/V接线变压器,普通三个绕组对称的三相变压器,三相―两相平衡牵引变压器。本文拟从接线原理、负序和零序影响、容量利用率等方面对两种特殊接线形式的牵引变压器加以总结和评述,以期对电气化铁路牵引供电系统的研究有所帮助。

1 Le Blanc结线变压器

1.1 接线原理分析

Le Blanc变压器绕组结构如图所示,其初级绕组与普通三相变压器绕组相同,基于电气化铁道的不同要求,它们可以为型或Y型,本文仅分析 型,以防由于不平衡负荷产生的谐波(主要是三次谐波)进入系统。在二次侧有5个将三相电源转化为两相电源的非对称绕组,其接线如图1所示。

1.2 负序和零序影响

二次侧各绕组的变比如下

当k=1时,由接线原理图和绕组匝数关系可得电流关系式:

根据对称分量法,电压平衡关系得一次侧各相的正负零序电流:

当Iα=Iβ时,原方三相线电流完全对称,无负序电流存在,故该接线也具有将两相对称负荷转换为原方三相对称负荷的能力[1]。

1.3 优缺点分析

1)其料利用率稍高,最关键的是其制造工艺要求上容易实现;

2)与斯科特变压器相比,中性点也是不接地,低压侧两相输出依然没有电的联系;

3)在具有相等容量的情况下,和平衡变压器相比,体积小、价格低[2]。

2 阻抗匹配牵引变压器

2.1 接线原理分析

阻抗匹配平衡变压器的接线如图2所示。高压侧采用星型接线,每相绕组匝数为W1 ;低压侧采用三角形接线,每相绕组匝数为W2 ,并且还在ab绕组的两端各接一个外延绕组,其匝数为W= 0.336 W2,这样可使两供电臂的电压Uα和Uβ形成90°的相位差。

副边绕组三角形结线结构即在非接地相增设两个外移绕组 。内三角形接线的一角c与轨道,接地网连接。 两端分别接到牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。

2.2 负序和零序电流

根据阻抗匹配平衡变压器的结构,并且变比k=W1/W2=1可得一二次侧电流关系:

由上式知,变压器高压侧没有零序电流,并且当低压侧电流和负荷阻抗角越接近时,高压侧电流不对称度就会越小,当低压侧两供电臂上的负荷阻抗完全相等时,高压侧三相电流完全对称。在同样的牵引负荷作用下,新型的阻抗匹配平衡变压器注人电网的负序电流比普通的Y/-11接线的变压器要小[3]。

2.3 优缺点分析

1)显著的减少电力牵引负荷注入电网的负序电流[4-5];

2)平衡绕组与a(或b,c)绕组的匝数比和阻抗匹配系数两个方面,必须予以考虑.当阻抗匹配系数相匹配时,无论副边负荷电流大小是否相等,原边三相电流平衡,即无零序电流。当副边负荷电流对称时,原边三相电流对称,没有负序电流对电力系统的影响,原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率,变压器容量可全部利用;

3)原边仍为YN结线,有中性点引出,降低了对变压器绝缘的要求,减少了投资[6],与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有结线绕组,三次谐波电流可以流通,使主磁通和电势波形有较好的正旋度;

4)次边两相不对称负荷时,原边三相电流依然具有较好的对称性[6]。对接触网的供电可实现两边供电;

5)设计计算及制造工艺复杂,造价较高。无论从设计上还是制造工艺上来讲,要得到预先确定的某一阻抗匹配系数都是相当困难的,因此在设计上和制造工艺上的难度是不言而喻的;

6)分相绝缘器两端承受的电压为55kV ,绝缘要求高。

3 结论

在对电气化铁路供用电的研究领域里,电力机车作为大功率单相负荷,其运行对三相电网造成的诸多不良影响,一直都是电力方面的研究人员努力解决的问题,而作为电网和牵引网的交叉点的牵引变压器,便是一个不容忽视的研究课题。本文综述了国内单相交流供电环境下两种特殊接线形式的牵引变压器接线、电气原理、及其优缺点。这些研究丰富了电铁研究领域的理论内容,不仅对研究电铁对三相电网的稳定性影响有重要意义,也可为其他大功率单相交流负荷的具体工程的设计和规划提供依据,具有一定的理论意义和工程价值。

参考文献

[1]欧阳帆.基于平衡变压器三相-单相接线供电方式研究[D]. 湖南大学博士学位论文,2008.

[2]丁明,沈军.列波兰变压器功率差动保护的探究[J].合肥 工业大学学报:自然科学版,2000,23(5):636-641.

[3]周勇,王绪雄,刘中元.阻抗匹配平衡变压器的负序电流 [J].郑州大学学报:工学版,2002,23(4):43-45.

[4]林海雪.电力系统的三相不平衡[M].北京:中国电力出版 社,1998.

[5]孙树勤,林海雪.干扰性负荷的供电[M].北京:中国电力 出版社,1996.

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0 引 言

根据铁路中长期发展规划：“十一五”期间建成7000公里高速客运专线，到2020年左右，我国将建成线路长度约1.2万km的高速铁路，而“十一五”期间建成7000公里高速客运专线。按未来15年高速铁路将建设2万公里计算，将有约一万公里高速铁路区段处在多雷区、雷电活动特殊强烈地区，而截至目前，雷电事件，已给铁路客运系统造成多起安全故障[1]。

以“723”甬温线事故为例，2011年7月23日19时30分左右，雷击温州南站沿线铁路牵引供电接触网或附近大地，通过大地的阻性耦合或空间感性耦合在信号电缆上产生浪涌电压，在多次雷击浪涌电压和直流电流共同作用下，LKD2-T1型列控中心设备采集驱动单元采集电路电源回路中的保险管熔断[2]。同时，雷击也造成轨道电路与列控中心信号传输的CAN总线阻抗下降，导致5829AG轨道电路与列控中心之间出现通信故障，雷击是造成此次事故的首要原因。

根据事故所在区域雷击数据进行的统计分析[2]，7月23日19时27分至19时34分，温州南站至永嘉站、温州南站至瓯海站铁路沿线走廊内的雷电活动异常强烈，雷击地闪次数超过340次，每次雷击包含多次回击过程，幅值超过100千安的雷击共出现11次。

在高速铁路发达的欧洲中部地区每100公里接触网在1年时间内才可能遭受1次雷击[3]。基于这样的雷击概率数据，德国采用的方法是在雷电较多的地段安装避雷器，而在其它雷电较少的区段，一般不考虑安装避雷器等防雷装置。而与德国相比，日本的地理环境、气象环境完全不同，因此对电气化接触网的保护措施也截然不同。日本根据雷击频度及线路重要程度，将防雷等级划分为A、B、C三级区域。A级区域雷害严重且线路重要，全线接触网都架设避雷线，同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头连接处、架空避雷线接地线终端等重要部位设置避雷器；B级区域雷害较重且线路重要，对部分特别地段的接触网架设避雷线，同时在与A级区域相同的重要位置安装避雷器；对于C级区域，一般只在一些重要位置安置避雷器[3]。

对于雷电的形成来分析，我国很多地区（比如西南地区、东南沿海地区）有类似于日本的地理和气象环境，但铁路接触网的防雷保护却没有吸取日本高铁的经验，反而机械地学习了德国经验，所以在高速铁路刚发展的几年内，不可避免的由于雷电影响而造成多起事故，给人们的生产、生活带来了深刻的负面影响。

因此电气化铁路接触网的防雷避雷形势十分严峻，避雷器作为电力系统中常规的避雷防雷装置，将会在铁路接触网系统中得到普遍的应用，而其状态性能的好坏也将直接关系到整个牵引系统防雷工作的成败，因此对电气化接触网避雷器性能状态监测的研究势在必行！

避雷器性能优劣检测原理与监测方法仍然沿用电力系统中的常用的研究方法。但铁路牵引系统与电力系统相比具有负荷移动、方式多变等特点，加之接触网与电网不同的拓扑结构，导致对接触网用避雷器进行状态性能检测的时候面临谐波电流复杂、频繁操作过电压等诸多新的问题。

1 铁路接触网特性分析

本课题所针对的避雷器运行的背景环境是牵引供电系统，它是指三相电力系统接受电能向单相交流电气化铁道行驶的列车输送电能的电气网络，主要构成部分如图1所示。牵引变电所控制及变换电能，转换接触网与电力系统之间的电压，接触网则负责向列车供给电能，我国干线电气化铁道的供电制式是工频单相交流制，接触网的额定电压是25kv[4]。

图1 牵引供电系统结构图

负荷的特殊性决定了接触网的特征不同于一般三相输配电网络，主要原因有以下几点：

1、 电力机车是大功率单相负荷。

2、 电力机车是移动性负荷，由于电气化铁道线路的条件多变，机车在行进过程中阻力也不断的变化，频繁地在起动、加速、惰行、制动等工况之间转换，机车负荷的剧烈波动容易造成接触网电压异常波动，容易带来操作过电压影响。

3、 电力机车是非线性负荷，我国大量采用的交直流型电力机车，主电路一般都为相控整流电路，网侧电流含有较大谐波成分，且含所有奇数次谐波，包括3次及3的倍数次[4]。

本文主要针对接触网用避雷器的工作条件及背景环境，其他的有关牵引供电系统及接触网的内容不作为研究的对象，而能够给避雷器性能状态带来危害的谐波电流和电压波动也是本文分析的重点之一。

1.1 接触网谐波特性分析

在避雷器性能检测过程中，阻性电流值因其能够很好的反映避雷器的状态性能常用来判断避雷器性能优劣的重要依据。但是在谐波污染严重的情况下，阻性电流中就含有较大分量的谐波含量[5]，严重的影响了性能分析的精确性[6]。而在电气化铁路系统中，电力机车多采用PWM控制电路，容易给接触网带来严重的谐波污染[7]，谐波在接触网传播的过程中，当接触网参数与机车匹配时会发生谐振和严重的谐波放大[8]。根据CRH2动车组的模型仿真分析[9]，当机车在运行工况之间切换时，对应的输出功率会发生变化，由于基波与各谐波电流的变化不同步，导致不同输出功率下谐波电流含量的变化较大。由谐振引起的电压畸变，会进一步使机车谐波电流增大，形成了一个类似于正反馈的相互激励过程，导致接触网形成谐振过电压，烧损避雷器等设备 [10]。

因此，在避雷器性能监测分析的过程中，谐波含量的检测对避雷器工作状态的分析具有重要的作用[11]。基于场强法的谐波检测方法在笔者的论文[12]中已经具体阐述实现并已成功运用到本系统中。

1.2接触网电压波动分析

电气化铁路牵引负荷表现为移动且运行工况切换频繁的特点，是一种十分典型的日波动负荷，符合短时冲击的特点。接触网的电压波动与线路条件、机车类型、运行工况、机车速度、牵引重量等因素有关，且这些影响因素具有随机的特点。根据数据统计，接触网电压波动范围最大可达30%，同时电压峰值最高达到460V，波峰系数达到1.92，电压峰值的大范围变化对设备的安全构成了较大的隐患[13]，这其中也包含避雷器。因此在对避雷器性能在线监测的过程中，频繁的操作过电压将是一个值得深究的问题。

为此，在本系统中额外添加了避雷器运行过电压监测功能，设定运行过电压的阈值，并记录下运行过电压的时间和次数，有助于对避雷器性能状态和故障原因的研究分析。

2 氧化锌避雷器在线监测系统的结构设计

氧化锌避雷器在线监测系统主要由传感器、监测点装置、数据采集节点及上位机数据管理平台组成，其结构设计如图2所示，分别利用感应式电压传感器和电流互感器采集避雷器运行的电压信号和电流信号，每只避雷器有其固定的监测点装置，采集处理监测到的状态数据；一只数据采集节点可以处理多个监测点装置的监测数据，利用RS485实现多个数据采集节点与上位机之间的数据通信。

主控PC向下位机数据采集节点发出索要数据的控制指令后，节点根据接收的指令要求再向监测点装置索要当前的监测数据，监测点装置在收到指令后就按要求将监测数据回传给数据采集节点，节点确定收到监测数据之后，再将这些数据有次序的回传给主控PC，上下位机之间采用ModBus通信协议，并通过CRC校验，以保证数据传输的准确性。

图2 避雷器在线监测系统的结构设计

2.1 监测点电路结构设计

避雷器性能在线监测点主要完成避雷器运行电压及泄漏电流的采集、计算及其信号处理和组网通信等功能。整体结构由电流采集模块、电压采集模块、90E36信号处理模块，单片机控制模块、电源模块、RS485通信模块、雷击计数模块及LCD显示模块组成，其结构设计框图如图3所示。

图 3 监测点电路结构设计框图

2.2 RS485串行组网通信结构设计

在数据通信、计算机网络应用中，RS485是一种常用的串口通信标准，它是在RS232标准基础上发展起来的一种平衡传输标准，能够克服RS232通信距离短，速度低等缺点，其最高传输速率达到10Mbit/s，最远传输距离可达1200m；具备多点、双向通信功能，即可允许同一条总线上连接多达32个数据节点，而且节点驱动能力强、冲突保护特性好。由于RS485标准对接口要求的特殊性，用户亦可建立自己需要的通信协议。因此，本系统采用RS485标准组网通信，如图4所示，其中N≤32。

图4 RS485组网通信框图

3 结 论

在高速铁路刚发展的几年内，就因雷电影响造成多起列车停车晚点事故，给人们的生产、生活带来了深刻的负面影响，铁路系统的防雷避雷研究已经成为一个研究的热点课题。传统的避雷器的故障监测研究只针对于电力系统的应用背景，铁路牵引系统具有负荷移动、运行方式多变而造成的谐波电流复杂、频繁操作过电压等特点，而谐波电流和操作过电压都会严重的影响着避雷器性能状态。因此针对接触网系统的特殊性，本文提出了氧化锌避雷器性能在线监测的实现方法，并设计了在线监测点的硬件装置、数据采集节点及主控PC数据管理平台。经测试，本监测系统具备对避雷器阻性泄漏电流和相位差值进行精确检测，数据传输流畅，同时具有实时数据图形化显示，历史数据查询等功能。系统运行试验验证了理论分析和设计的正确性，为其它电气设备实时监测研究提供了重要的理论基础和实际的指导意义。

参考文献

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