我國是雷電災害高發(fā)的國家，雷電頻率和強度較高，為了及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低雷電災害對行車安全和運輸效率的影響，研究并設計了一套智能防雷系統(tǒng)供電務部門參考。

我國高速鐵路里程達到20000ｋｍ，是世界上運營里程最長、規(guī)模最大的高速鐵路網(wǎng)絡。我國幅員遼闊，又是雷電高發(fā)的國家，雷電頻度和強度比歐洲大陸及日本都高很多。鐵路信號系統(tǒng)擔負著鐵路各種與行車有關信息的采集、處理和控制，是保證行車安全，提高運輸效率和改善管理水平的重要基礎設施。為了及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低雷電災害對行車安全和運輸效率的影響，研究并設計了一套智能防雷系統(tǒng)。

 １　系統(tǒng)構成

鐵路信號設備智能防雷系統(tǒng)在傳統(tǒng)防雷保護的基礎上進行了智能化改造，運用新技術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、綜合預警、數(shù)據(jù)查詢等新功能。

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

智能防雷系統(tǒng)應支持權限設置，實現(xiàn)鐵路局、電務段、車間的三層管理，系統(tǒng)容量可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行配置。

 智能防護單元。由實現(xiàn)熱脫扣和過流保護脫扣功能的電源浪涌保護器、斷路裝置、狀態(tài)指示燈、電源狀態(tài)采集模塊、浪涌保護器狀態(tài)采集模塊、綜合采集系統(tǒng)等組成。智能防護單元具有獨立輸入和輸出一進二出式接線端子，并在箱體內(nèi)與浪涌保護器串接的斷路器進行合理布線，確保智能防護單元與被保護電路配線滿足“鐵標”小于0.5ｍ的要求，抑制感應雷或其他原因在供電網(wǎng)絡和信息系統(tǒng)中產(chǎn)生的浪涌過電壓和過電流，使被保護設備始終處于安全狀態(tài)。智能防護單元在結構設計上，將配電部分與防雷裝置隔離設置，實現(xiàn)了一體分室結構，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、機箱溫度傳感器和非接觸式接地電阻傳感器構成，可以實時監(jiān)測智能防護單元經(jīng)受雷電或浪涌過電壓次數(shù)、雷電流峰值、機箱內(nèi)工作溫度、接地電阻狀態(tài)等，并通過智能防護單元中的綜合采集系統(tǒng)，對傳感器數(shù)據(jù)進行采集、匯總和預處理，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)服務器、應用服務器和系統(tǒng)服務端軟件構成，實現(xiàn)對各個智能防護單元監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、處理和存儲，生成告警數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)至相關責任人。數(shù)據(jù)中心應滿足信息交換、資源共享、故障定位、性能分析等功能；應預留與上級部門管理信息系統(tǒng)的通信接口，用于傳送智能防護單元運用狀態(tài)的告警信息。

 監(jiān)測平臺。由智能防雷系統(tǒng)的監(jiān)測軟件構成，鐵路局、電務段、車間用戶可根據(jù)權限配置，查看各自權限所轄范圍內(nèi)智能防護單元的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件可根據(jù)用戶要求，在諸如PDA、智能手機等移動平臺上使用。

 ２　系統(tǒng)功能

該智能防雷系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測信號設備的雷電防護狀態(tài)，并向維護單位告警，使雷電災害造成的隱患得到及時消除，有力保障行車安全。因此，該系統(tǒng)應具有以下功能。

  對雙路電源狀態(tài)進行采集和監(jiān)控，當出現(xiàn)缺相等故障時，可自動激活綜合采集系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，并傳輸報警信息至數(shù)據(jù)中心。

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

·      當機箱內(nèi)工作溫度超過８０℃時，發(fā)出聲光報警，并傳輸報警信息至數(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)場保留詳實的數(shù)據(jù)資料。

·      利用非接觸式接地電阻測試儀實時監(jiān)測接地電阻狀態(tài)，當接地電阻異常時發(fā)出聲光報警，并傳輸報警信息至數(shù)據(jù)中心。

·      運維監(jiān)控功能。系統(tǒng)應具備自檢功能，當智能防護單元和傳感器采集單元工作異常時，及時對系統(tǒng)運維人員進行故障提醒。

３　系統(tǒng)優(yōu)點

鐵路信號設備智能防雷系統(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)測平臺上對所轄設備運用狀態(tài)進行遠程、實時監(jiān)測，并可對歷史數(shù)據(jù)進行分析和瀏覽。該系統(tǒng)相比非智能設備主要有以下優(yōu)點。

  改變原先被動的設備維護方式。原先的防雷系統(tǒng)只有在故障發(fā)生后才能在定期的設備巡檢中發(fā)現(xiàn)問題，如問題發(fā)現(xiàn)不及時，就會對信號設備的正常運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)生時就對故障點進行告警，及時通知維護人員來修復故障。

·      可實時監(jiān)測接地電阻。利用非接觸式接地電阻測試儀實時監(jiān)測接地電阻狀態(tài)，及時向維護人員預警，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，可以對工作溫度進行實時監(jiān)測，當工作溫度超過預設閾值時，系統(tǒng)會發(fā)出相應的告警信息，提醒維護人員及時查看，消除火災隱患。

·      對故障點精確定位。浪涌保護器數(shù)量多、安裝分散，在平時運行中無法察覺其功能是否完好。智能防雷系統(tǒng)可實時監(jiān)測每一個SPD的工作狀態(tài)，若設備故障翻紅牌，則會對故障點進行定位精確的告警，可節(jié)省故障點排查時間。

·      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)、雷擊電流強度、雷擊時間和SPD模塊狀態(tài)等，便于以后對數(shù)據(jù)的瀏覽和分析，為實施更換設備防護方案提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

４　技術要求

·      浪涌保護器應實現(xiàn)熱脫扣和過流保護脫扣功能，外封裝全部采用阻燃材料。

·      最大持續(xù)工作電壓Ｕ_ｃ：單路275Ｖ，三路275／420Ｖ。

·      標稱及最大放電電流Ｉｎ（8／20μｓ）：20ｋＡ。

·      基礎限制電壓Ｕ_Ｂ （３ｋＡ）：≤3300Ｖ 單相串聯(lián)≤700Ｖ）。

·      采集頻率：智能防護單元的最大采集頻率不應小于１次／ｓ；傳感器采集單元的采集頻率不應小于１次／ｍｉｎ。

·      對地絕緣：對地連接的電源浪涌保護器除放電狀態(tài)外，對地絕緣電阻不應小于1000ＭΩ。

·      系統(tǒng)誤報率小于0.1‰。

·      系統(tǒng)符合電磁兼容的有關規(guī)定。

 ５　總結

為消除雷電災害對鐵路行車安全造成的隱患，避免出現(xiàn)因信號設備遭受雷擊引起列車晚點、行車事故等，以及為電務維護作業(yè)及時提供有效信息，降低人力物力的大量浪費，應用智能防雷系統(tǒng)意義重大。鐵路各級電務部門應給予足夠地重視。各研制單位應根據(jù)目前鐵路電務工作的實際需求，積極進行系統(tǒng)研發(fā)和升級改造，為鐵路的安全運營提供科學保障。