我國是雷電災(zāi)害高發(fā)的國家，雷電頻率和強(qiáng)度較高，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低雷電災(zāi)害對(duì)行車安全和運(yùn)輸效率的影響，研究并設(shè)計(jì)了一套智能防雷系統(tǒng)供電務(wù)部門參考。

我國高速鐵路里程達(dá)到20000ｋｍ，是世界上運(yùn)營里程最長、規(guī)模最大的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)。我國幅員遼闊，又是雷電高發(fā)的國家，雷電頻度和強(qiáng)度比歐洲大陸及日本都高很多。鐵路信號(hào)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著鐵路各種與行車有關(guān)信息的采集、處理和控制，是保證行車安全，提高運(yùn)輸效率和改善管理水平的重要基礎(chǔ)設(shè)施。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低雷電災(zāi)害對(duì)行車安全和運(yùn)輸效率的影響，研究并設(shè)計(jì)了一套智能防雷系統(tǒng)。

１　系統(tǒng)構(gòu)成

鐵路信號(hào)設(shè)備智能防雷系統(tǒng)在傳統(tǒng)防雷保護(hù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了智能化改造，運(yùn)用新技術(shù)的智能防雷模塊和多種傳感器的組合，給系統(tǒng)提供參數(shù)顯示、綜合預(yù)警、數(shù)據(jù)查詢等新功能。

通過建立可追溯的智能平臺(tái)，可將原來被動(dòng)的防雷保護(hù)提升為主動(dòng)化的集遠(yuǎn)程監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查看、綜合預(yù)警功能于一體的智能防雷體系。該智能防雷系統(tǒng)由智能防護(hù)單元、傳感器采集單元、數(shù)據(jù)中心、監(jiān)測平臺(tái)組成，如圖所示。

智能防雷系統(tǒng)應(yīng)支持權(quán)限設(shè)置，實(shí)現(xiàn)鐵路局、電務(wù)段、車間的三層管理，系統(tǒng)容量可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行配置。

智能防護(hù)單元。由實(shí)現(xiàn)熱脫扣和過流保護(hù)脫扣功能的電源浪涌保護(hù)器、斷路裝置、狀態(tài)指示燈、電源狀態(tài)采集模塊、浪涌保護(hù)器狀態(tài)采集模塊、綜合采集系統(tǒng)等組成。智能防護(hù)單元具有獨(dú)立輸入和輸出一進(jìn)二出式接線端子，并在箱體內(nèi)與浪涌保護(hù)器串接的斷路器進(jìn)行合理布線，確保智能防護(hù)單元與被保護(hù)電路配線滿足“鐵標(biāo)”小于0.5ｍ的要求，抑制感應(yīng)雷或其他原因在供電網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)中產(chǎn)生的浪涌過電壓和過電流，使被保護(hù)設(shè)備始終處于安全狀態(tài)。智能防護(hù)單元在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，將配電部分與防雷裝置隔離設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了一體分室結(jié)構(gòu)，滿足故障－安全和防火防爆要求。

傳感器采集單元。由高精度雷電流傳感器、機(jī)箱溫度傳感器和非接觸式接地電阻傳感器構(gòu)成，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測智能防護(hù)單元經(jīng)受雷電或浪涌過電壓次數(shù)、雷電流峰值、機(jī)箱內(nèi)工作溫度、接地電阻狀態(tài)等，并通過智能防護(hù)單元中的綜合采集系統(tǒng)，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、匯總和預(yù)處理，并形成統(tǒng)一格式上傳至數(shù)據(jù)中心。

數(shù)據(jù)中心。由數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和系統(tǒng)服務(wù)端軟件構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)智能防護(hù)單元監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲(chǔ)，生成告警數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至相關(guān)責(zé)任人。數(shù)據(jù)中心應(yīng)滿足信息交換、資源共享、故障定位、性能分析等功能；應(yīng)預(yù)留與上級(jí)部門管理信息系統(tǒng)的通信接口，用于傳送智能防護(hù)單元運(yùn)用狀態(tài)的告警信息。

監(jiān)測平臺(tái)。由智能防雷系統(tǒng)的監(jiān)測軟件構(gòu)成，鐵路局、電務(wù)段、車間用戶可根據(jù)權(quán)限配置，查看各自權(quán)限所轄范圍內(nèi)智能防護(hù)單元的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件可根據(jù)用戶要求，在諸如PDA、智能手機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)上使用。

２　系統(tǒng)功能

該智能防雷系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測信號(hào)設(shè)備的雷電防護(hù)狀態(tài)，并向維護(hù)單位告警，使雷電災(zāi)害造成的隱患得到及時(shí)消除，有力保障行車安全。因此，該系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能。

對(duì)雙路電源狀態(tài)進(jìn)行采集和監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)缺相等故障時(shí)，可自動(dòng)激活綜合采集系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，并傳輸報(bào)警信息至數(shù)據(jù)中心。

浪涌保護(hù)器采用獨(dú)立的SPD監(jiān)測裝置，當(dāng)防雷模塊遭到雷擊失效后，防雷模塊翻紅牌，發(fā)出聲光報(bào)警，并傳輸報(bào)警信息至數(shù)據(jù)中心。

當(dāng)機(jī)箱內(nèi)工作溫度超過８０℃時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，并傳輸報(bào)警信息至數(shù)據(jù)中心。

利用高精度雷電流傳感器，不僅可以監(jiān)測智能防雷箱經(jīng)受雷電或浪涌過電壓次數(shù)，也可根據(jù)用戶需求提供雷電流峰值記錄功能，為現(xiàn)場保留詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料。

利用非接觸式接地電阻測試儀實(shí)時(shí)監(jiān)測接地電阻狀態(tài)，當(dāng)接地電阻異常時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并傳輸報(bào)警信息至數(shù)據(jù)中心。

運(yùn)維監(jiān)控功能。系統(tǒng)應(yīng)具備自檢功能，當(dāng)智能防護(hù)單元和傳感器采集單元工作異常時(shí)，及時(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)維人員進(jìn)行故障提醒。

３　系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

鐵路信號(hào)設(shè)備智能防雷系統(tǒng)符合工業(yè)化的Ｍｏｄｂｕｓ協(xié)議，可通過ＲＳ－４８５、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ方式方便組網(wǎng)，在監(jiān)測平臺(tái)上對(duì)所轄設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測，并可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和瀏覽。該系統(tǒng)相比非智能設(shè)備主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

改變原先被動(dòng)的設(shè)備維護(hù)方式。原先的防雷系統(tǒng)只有在故障發(fā)生后才能在定期的設(shè)備巡檢中發(fā)現(xiàn)問題，如問題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，就會(huì)對(duì)信號(hào)設(shè)備的正常運(yùn)行帶來較大的安全隱患。而智能防雷系統(tǒng)可以在故障尚未發(fā)生或者剛發(fā)生時(shí)就對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行告警，及時(shí)通知維護(hù)人員來修復(fù)故障。

可實(shí)時(shí)監(jiān)測接地電阻。利用非接觸式接地電阻測試儀實(shí)時(shí)監(jiān)測接地電阻狀態(tài)，及時(shí)向維護(hù)人員預(yù)警，可以有效地避免因接地裝置失效而引起泄雷放電流失敗、反擊浪涌的雷擊事故發(fā)生。

防火功能。含有壓敏電阻的防雷器，因多次雷擊或過電壓沖擊而劣化失效、發(fā)熱，有引發(fā)火災(zāi)的二次事故隱患。智能監(jiān)測單元中安裝有溫度傳感器，可以對(duì)工作溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)工作溫度超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的告警信息，提醒維護(hù)人員及時(shí)查看，消除火災(zāi)隱患。

對(duì)故障點(diǎn)精確定位。浪涌保護(hù)器數(shù)量多、安裝分散，在平時(shí)運(yùn)行中無法察覺其功能是否完好。智能防雷系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測每一個(gè)SPD的工作狀態(tài)，若設(shè)備故障翻紅牌，則會(huì)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位精確的告警，可節(jié)省故障點(diǎn)排查時(shí)間。

歷史數(shù)據(jù)可追溯。智能防雷系統(tǒng)記錄了其生命周期的所有數(shù)據(jù)，包含工作溫度、接雷擊次數(shù)、雷擊電流強(qiáng)度、雷擊時(shí)間和SPD模塊狀態(tài)等，便于以后對(duì)數(shù)據(jù)的瀏覽和分析，為實(shí)施更換設(shè)備防護(hù)方案提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

４　技術(shù)要求

浪涌保護(hù)器應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱脫扣和過流保護(hù)脫扣功能，外封裝全部采用阻燃材料。

最大持續(xù)工作電壓Ｕｃ：單路275Ｖ，三路275／420Ｖ

標(biāo)稱及最大放電電流Ｉｎ（8／20μｓ）：20ｋＡ

基礎(chǔ)限制電壓ＵＢ （３ｋＡ）：≤3300Ｖ 單相串聯(lián)≤700Ｖ）。

采集頻率：智能防護(hù)單元的最大采集頻率不應(yīng)小于１次／ｓ；傳感器采集單元的采集頻率不應(yīng)小于１次／ｍｉｎ。

對(duì)地絕緣：對(duì)地連接的電源浪涌保護(hù)器除放電狀態(tài)外，對(duì)地絕緣電阻不應(yīng)小于1000ＭΩ。

系統(tǒng)誤報(bào)率小于0.1‰。

系統(tǒng)符合電磁兼容的有關(guān)規(guī)定。

５　總結(jié)

為消除雷電災(zāi)害對(duì)鐵路行車安全造成的隱患，避免出現(xiàn)因信號(hào)設(shè)備遭受雷擊引起列車晚點(diǎn)、行車事故等，以及為電務(wù)維護(hù)作業(yè)及時(shí)提供有效信息，降低人力物力的大量浪費(fèi)，應(yīng)用智能防雷系統(tǒng)意義重大。鐵路各級(jí)電務(wù)部門應(yīng)給予足夠地重視。各研制單位應(yīng)根據(jù)目前鐵路電務(wù)工作的實(shí)際需求，積極進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)和升級(jí)改造，為鐵路的安全運(yùn)營提供科學(xué)保障。

參考文獻(xiàn)

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