全文摘要
本实用新型公开了一种动车组车顶高压箱设备状态监测装置，可以实现高压箱内部环境信息和设备状态信息的综合在线监测，包括：状态采集装置和监控主机；所述状态采集装置设置在高压箱内部，采集数据传递至监控主机，包括：母排监测单元：包括母排温度传感器；绝缘护套监测单元：包括安装在绝缘护套上的电流传感器；局部放电监测单元：局部放电监测单元包括声波传感器；环境信息采集单元：包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器。在线监测装置可以监测动车组车顶高压箱设备的实时状态，应对可能出现的设备故障，提高动车组运行的稳定性。
主设计要求
1.动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于，包括：状态采集装置和监控主机；所述状态采集装置设置在高压箱内部，采集数据传递至监控主机，包括：母排监测单元：包括母排温度传感器；绝缘护套监测单元：包括安装在绝缘护套上的电流传感器；局部放电监测单元：局部放电监测单元包括声波传感器；环境信息采集单元：包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器。
设计方案
1.动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于，包括：状态采集装置和监控主机；所述状态采集装置设置在高压箱内部，采集数据传递至监控主机，包括：
母排监测单元：包括母排温度传感器；
绝缘护套监测单元：包括安装在绝缘护套上的电流传感器；
局部放电监测单元：局部放电监测单元包括声波传感器；
环境信息采集单元：包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器。
2.如权利要求1所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述在线监测系统进一步包括设置在车顶高压箱内的微处理器；所述微处理器获取状态采集装置和环境信息采集装置的采集数据并传递至监控主机。
3.如权利要求2所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述在线监测装置进一步包括设置在车顶高压箱内的无线通信单元，所述微处理器经无线通信单元与监控主机进行数据通信。
4.如权利要求3所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述无线通信单元包括数据存储器以及通信单元，所述数据存储器与微处理器通信，所述通信单元获取数据存储器的数据；所述通信单元包括ZigBee通信模块，和\/或，移动网络通信模块。
5.如权利要求1所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述母排温度传感器为非接触式传感器，所述非接触式传感器安装在高压箱壁上。
6.如权利要求1所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述状态采集装置进一步包括运算放大器和模数转换器；运算放大器的输入端连接母排温度传感器、电流传感器和声波传感器，输出端连接模数转换器，模数转换器的输出端连接至监控主机。
7.如权利要求1所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述绝缘护套监测单元进一步包括滤波电路，滤波电路的输入端与电流传感器连接，输出端与运算放大器连接。
8.如权利要求1所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述在线监测系统进一步包括显示装置，所述显示装置获取监控主机的数据。
9.如权利要求1所述的动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，其特征在于：所述在线监测系统进一步包括报警器，所述报警器获取监控主机的数据，生成报警信号。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及监测技术领域，具体涉及一种动车组车顶高压箱设备状态监测装置。
背景技术
传统动车组，车顶高压设备(包括高压互感器、断路器和隔离开关等)是裸露安装在车顶的，这种安装方式使车顶高压设备容易受到外界环境因素的影响。
为了解决这一问题，近几年，车顶高压箱应运而生。动车组车顶高压箱可以有效保护高压互感器、断路器和隔离开关等高压设备免受外界污秽、冰雪、沙尘等环境因素影响。封闭的箱体也为设备检测和维护带来了不便，在运行过程中，高压断路器和隔离开关以及母线工作状态无法及时获取。随着动车组运行线路的增长和使用年限的延长，车顶高压设备的绝缘材料容易发生沿面放电、局部放电和体击穿等故障，影响车辆的正常运行。另一方面，高压设备绝缘故障直接受到环境温度、湿度和气压等因素的影响。因此，实现对高压箱内部环境和设备状态的监测具有十分重要的意义，可以有效降低高压系统绝缘事故，提高高压电气系统运行可靠性。现有技术中，尚没有动车组车顶高压箱内部设备状态及内部环境进行监测的装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种动车组车顶高压箱设备状态监测装置，用于监测箱体内部环境温度、湿度和气压；以及内部设备使用过程中母排的温升、绝缘护套放电产生的泄漏电流以及设备绝缘局部放电，为动车组设备安全稳定运行提供数据参考，尽可能减少动车组车顶高压箱内部设备故障给动车组稳定运行带来的影响。
为了实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
动车组车顶高压箱状态在线监测装置，其特征在于，包括：状态采集装置和监控主机；所述状态采集装置设置在高压箱内部，采集数据传递至监控主机，包括：
母排监测单元：包括母排温度传感器；
绝缘护套监测单元：包括安装在绝缘护套上的电流传感器；
局部放电监测单元：局部放电监测单元包括声波传感器；
环境信息采集单元：包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器。
进一步地，在线监测装置进一步包括设置在车顶高压箱内的微处理器；所述微处理器获取状态采集装置和环境信息采集装置的采集数据并传递至监控主机。
进一步地，所述在线监测系统进一步包括设置在车顶高压箱内的无线通信单元，所述微处理器经无线通信单元与监控主机进行数据通信。
进一步地，所述无线通信单元包括数据存储器以及通信单元，所述数据存储器与微处理器通信，所述通信单元获取数据存储器的数据；所述通信单元包括ZigBee通信模块，和\/或，移动网络通信模块。
进一步地，所述母排温度传感器为非接触式传感器，与母排之间非接触安装，根据测试需要，温度传感器可以灵活选择安装在高压箱壁上，采用非接触式方式，进行母排温度测量。
进一步地，所述状态采集装置进一步包括运算放大器和模数转换器；运算放大器的输入端连接母排温度传感器、电流传感器和声波传感器，输出端连接模数转换器，模数转换器的输出端连接至监控主机。
进一步地，所述绝缘护套监测单元进一步包括滤波电路，滤波电路的输入端与电流传感器连接，输出端与运算放大器连接。
进一步地，在线监测系统进一步包括显示装置，所述显示装置获取监控主机的数据。
进一步地，在线监测系统进一步包括报警器，所述报警器获取监控主机的数据，生成报警信号。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
为了应对可能出现的设备故障，提高动车组运行的稳定性，本实用新型提供了一种可以同时监测高压箱内部环境信息和设备状态信息的综合在线监测装置。环境信息包括：温度、湿度和气压；设备状态信息包括：母排温度、绝缘护套泄漏电流和局部放电。该装置可以通过各类传感器和微型处理器的配合来帮助动车组实现故障类型的判别。通过和计算机通信，该实用新型监测装置还可以实现数据记录和形成历史报表、运行曲线等，为系统最终实现系统故障预测提供了经验。
附图说明
图1为本实用新型车顶高压箱设备状态监测装置结构示意图；
图2为母排监测单元数据采集流程图；
图3为绝缘护套监测单元数据采集流程图；
图4为局部放电监测单元数据采集流程图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
需要说明的是，当元件被称为“设置在”、“安装在”、“连接于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。
动车组车顶高压箱是整个动车组获取电能的来源。动车组车顶高压箱内含有高压互感器、断路器和隔离开关等重要设备部件，这些设备的状态影响动车组的正常运行。本实用新型首先提供一种动车组车顶高压箱设备状态监测系统，可用于动车组车顶高压箱内设备状态监测，进而反馈车顶高压箱内设备的故障状态。为动车组设备安全稳定运行提供数据参考，尽可能减少动车组车顶高压箱内部设备故障给动车组稳定运行带来的影响。
参考图1，动车组车顶高压箱设备状态在线监测装置，包括：状态采集装置和监控主机；状态采集装置设置在高压箱内部，用于采集车顶高压箱内部设备的状态信息，监控主机可设置在车内或地面端，监控主机根据状态采集装置采集数据判断列车车顶高压箱内设备的状态。
状态采集装置包括：
母排监测单元：包括母排温度传感器；
绝缘护套监测单元：包括安装在绝缘护套上的电流传感器；
局部放电监测单元：所述局部放电监测单元包括声波传感器。
环境监测单元：包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器。
其中，温度传感器用于采集车顶高压箱内的温度，湿度传感器用于采集车顶高压箱内的湿度，气压传感器用于采集车顶高压箱内的气压。
以下将对状态采集装置的具体配置及功能进行进一步的说明。
环境监测单元的温度传感器、湿度传感器和气压传感器均可安装在高压箱的箱体侧壁上。本实施例中，温度传感器选用数字温度传感器DS18B20，量程为-55℃到+125℃，满足阈值要求且量程精度合理。传感器DS18B20具有体积小、接口简单、使用方便等特点。由于采用单总线测量系统得以简化，可以方便的组建传感器网络。 DS18B20的工作电压为3V～5.5V，温度测量范围-55℃～+125℃，可以通过内部编程实现9位、10位、11位或12位四种温度检测分辨率，精度最高达到0.0625度。温度传感器DSB1820:采用一线式数字温度传感器DS18B20，DS18B20采用单总线(1-wire)技术，将地址、数据线和控制线合为一根双向串行传输的信号线，具有结构简单，便于总线扩展和维护等优点。每只数字温度传感器DS1820 都可以设置成两种供电方式：即数据总线供电方式和外部供电方式。采取数据总线供电方式可以节省一根导线，但完成温度测量的时间较长；采取外部供电方式则多用一根导线，但测量速度较快。
湿度传感器的选型如下：选用湿度传感器SHT15，SHT15系列为贴片型温湿度传感器。湿度测量范围：0～100％RH；湿度测量精度：±2％RH；响应时间：8s(tau63％)；低功耗80μW(12位测量，1 次\/s)。满足了阈值的要求且量程精度和反应时间都合理。SHT15数字式湿度传感器直接与单片机与I\/O口连接，具有接口方便，控制简单，通信速率高等优点。单片机通过数据线和时钟线向SHT15发送控制命令并且接收SHT15采集、转换的温湿度数据，采集到温湿度数据后，单片机对数据进行简单编帧等快速处理传输到数据记录器或上位机进行数据处理与实时监测。温湿度传感器SHT15集成度非常高，提供采集数据的内部标定，完全的数字输出。SHT15数字式湿度传感器直接与单片机与I\/O口连接，用串行接口与单片机通讯，设置时钟引脚数据引脚。
气压传感器的选型如下：选择德国博世公司的BMP180型气压传感器。该创按其具有有体积小、功耗低等优点，气压的测量范围在 3000到11000PA，满足了高压箱内阈值10KPA的要求。BMP180由电阻式压力传感器、ADC、控制单元、EEPROM和I2C组成。BMP180 的EEPROM中存储11个16字节的校准系数，用于温度气压的补偿运算，从而减少因环境变化所造成的误差。
母排监测单元主要用于监测母排温度，当母排对空气或接地板发生放电故障时，母排温度会升高，通过母排温度可以判断母排工作状态。母排温度传感器采用非接触式传感器，非接触式传感器与母排间隔设置，便于安装，不与母排直接接触，但其监测精度可以高精度反应母排温升。母排温度传感器可根据需要设置多个，分别配置在不同的位置，有利于更准确、全面的监测。例如，可采用RS485型非接触式红外温度传感器，该传感器具有非接触式测量、抗干扰能力强的优点，可以实现在线实施连续测量，输出4～20mA的电流信号，150ms 极速响应。可以清楚测量0.8～18mm范围内的红外辐射能量，通过光电子传感器接收红外辐射，并将其转换成电信号。最大测量温度范围0～300℃，光学分辨率可达20:1，设备功耗小于0.5W。
绝缘护套监测单元主要用于监测绝缘护套表面的泄漏电流。绝缘护套监测单元采用泄漏电流传感器，例如，可采用ALS25B型泄漏电流传感器。该传感器工作频率50Hz，额定电流分10mA、20mA、30mA 三个等级，电流测量范围0.5～700mA,工作环境温度在-25℃～55℃下温度变化影响对应的极差小于1分，比差在±0.1。ALS25B采用穿芯式设计，安装方便，安全可靠，可直接安装在绝缘材料表面。采用金属外壳设计，抗干扰能力强。精度高，线性度好。
局部放电监测单元用于监测车顶高压箱设备绝缘内部是否产生局部放电。采用声波传感器，通过监测放电声音来监测判断设备绝缘是否存在放电现象。例如，可采用空气耦合声波传感器PXR04A，包括声发射系统、声发射传感器和前置放大器，传感器谐振频率40kHz，频率范围37～45kHz，灵敏度-63dB。采集到的信号同样经过前置放大器传输给微处理器。该传感器尺寸设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920100861.5
申请日:2019-01-21
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:95(青岛)
授权编号:CN209524948U
授权时间:20191022
主分类号:G01D 21/02
专利分类号:G01D21/02
范畴分类:31P;
申请人:青岛科技大学;中车青岛四方车辆研究所有限公司
第一申请人:青岛科技大学
申请人地址:266042 山东省青岛市市北区郑州路53号
发明人:李国倡;王家兴;韩旺;魏艳慧;昝海斌;王景兵
第一发明人:李国倡
当前权利人:青岛科技大学;中车青岛四方车辆研究所有限公司
代理人:张媛媛
代理机构:37256
代理机构编号:青岛清泰联信知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计