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(shí)發(fā)現安全隱患，降低雷電災害對行車(chē)安全和運輸效率的影響，研究并設計了一套智能防雷系統供電務(wù)部門(mén)參考。

我國高速鐵路里程達到20000ｋｍ，是世界上運營(yíng)里程最長(cháng)、規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，雷電頻度和強度比歐洲大陸及日本都高很多。鐵路信號系統擔負著(zhù)鐵路各種與行車(chē)有關(guān)信息的采集、處理和控制，是保證行車(chē)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(shí)發(fā)現安全隱患，降低雷電災害對行車(chē)安全和運輸效率的影響，研究并設計了一套智能防雷系統。

 １　系統構成

鐵路信號設備智能防雷系統在傳統防雷保護的基礎上進(jìn)行了智能化改造，運用新技術(shù)的智能防雷模塊和多種傳感器的組合，給系統提供參數顯示、綜合預警、數據查詢(xún)等新功能。

通過(guò)建立可追溯的智能平臺，可將原來(lái)被動(dòng)的防雷保護提升為主動(dòng)化的集遠程監測、歷史數據查看、綜合預警功能于一體的智能防雷體系。該智能防雷系統由智能防護單元、傳感器采集單元、數據中心、監測平臺組成，如圖所示。

智能防雷系統應支持權限設置，實(shí)現鐵路局、電務(wù)段、車(chē)間的三層管理，系統容量可根據現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行配置。

 智能防護單元。由實(shí)現熱脫扣和過(guò)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、綜合采集系統等組成。智能防護單元具有獨立輸入和輸出一進(jìn)二出式接線(xiàn)端子，并在箱體內與浪涌保護器串接的斷路器進(jìn)行合理布線(xiàn)，確保智能防護單元與被保護電路配線(xiàn)滿(mǎn)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(luò )和信息系統中產(chǎn)生的浪涌過(guò)電壓和過(guò)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(shí)現了一體分室結構，滿(mǎn)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(shí)時(shí)監測智能防護單元經(jīng)受雷電或浪涌過(guò)電壓次數、雷電流峰值、機箱內工作溫度、接地電阻狀態(tài)等，并通過(guò)智能防護單元中的綜合采集系統，對傳感器數據進(jìn)行采集、匯總和預處理，并形成統一格式上傳至數據中心。

  數據中心。由數據服務(wù)器、應用服務(wù)器和系統服務(wù)端軟件構成，實(shí)現對各個(gè)智能防護單元監測數據的分析、處理和存儲，生成告警數據并轉發(fā)至相關(guān)責任人。數據中心應滿(mǎn)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(mén)管理信息系統的通信接口，用于傳送智能防護單元運用狀態(tài)的告警信息。

 監測平臺。由智能防雷系統的監測軟件構成，鐵路局、電務(wù)段、車(chē)間用戶(hù)可根據權限配置，查看各自權限所轄范圍內智能防護單元的實(shí)時(shí)狀態(tài)數據。系統軟件可根據用戶(hù)要求，在諸如PDA、智能手機等移動(dòng)平臺上使用。

 ２　系統功能

該智能防雷系統能夠實(shí)時(shí)監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(shí)消除，有力保障行車(chē)安全。因此，該系統應具有以下功能。

  對雙路電源狀態(tài)進(jìn)行采集和監控，當出現缺相等故障時(shí)，可自動(dòng)激活綜合采集系統發(fā)出聲光報警，并傳輸報警信息至數據中心。

·      浪涌保護器采用獨立的SPD監測裝置，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據中心。

·      當機箱內工作溫度超過(guò)８０℃時(shí)，發(fā)出聲光報警，并傳輸報警信息至數據中心。

·      利用高精度雷電流傳感器，不僅可以監測智能防雷箱經(jīng)受雷電或浪涌過(guò)電壓次數，也可根據用戶(hù)需求提供雷電流峰值記錄功能，為現場(chǎng)保留詳實(shí)的數據資料。

·      利用非接觸式接地電阻測試儀實(shí)時(shí)監測接地電阻狀態(tài)，當接地電阻異常時(shí)發(fā)出聲光報警，并傳輸報警信息至數據中心。

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

３　系統優(yōu)點(diǎn)

鐵路信號設備智能防雷系統符合工業(yè)化的Ｍｏｄｂｕｓ協(xié)議，可通過(guò)ＲＳ－４８５、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ方式方便組網(wǎng)，在監測平臺上對所轄設備運用狀態(tài)進(jìn)行遠程、實(shí)時(shí)監測，并可對歷史數據進(jìn)行分析和瀏覽。該系統相比非智能設備主要有以下優(yōu)點(diǎn)。

  改變原先被動(dòng)的設備維護方式。原先的防雷系統只有在故障發(fā)生后才能在定期的設備巡檢中發(fā)現問(wèn)題，如問(wèn)題發(fā)現不及時(shí)，就會(huì )對信號設備的正常運行帶來(lái)較大的安全隱患。而智能防雷系統可以在故障尚未發(fā)生或者剛發(fā)生時(shí)就對故障點(diǎn)進(jìn)行告警，及時(shí)通知維護人員來(lái)修復故障。

·      可實(shí)時(shí)監測接地電阻。利用非接觸式接地電阻測試儀實(shí)時(shí)監測接地電阻狀態(tài)，及時(shí)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(guò)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。智能監測單元中安裝有溫度傳感器，可以對工作溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，當工作溫度超過(guò)預設閾值時(shí)，系統會(huì )發(fā)出相應的告警信息，提醒維護人員及時(shí)查看，消除火災隱患。

·      對故障點(diǎn)精確定位。浪涌保護器數量多、安裝分散，在平時(shí)運行中無(wú)法察覺(jué)其功能是否完好。智能防雷系統可實(shí)時(shí)監測每一個(gè)SPD的工作狀態(tài)，若設備故障翻紅牌，則會(huì )對故障點(diǎn)進(jìn)行定位精確的告警，可節省故障點(diǎn)排查時(shí)間。

·      歷史數據可追溯。智能防雷系統記錄了其生命周期的所有數據，包含工作溫度、接雷擊次數、雷擊電流強度、雷擊時(shí)間和SPD模塊狀態(tài)等，便于以后對數據的瀏覽和分析，為實(shí)施更換設備防護方案提供有效的數據支撐。

４　技術(shù)要求

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

·      最大持續工作電壓Ｕ_ｃ：?jiǎn)温?/span>275Ｖ，三路275／420Ｖ。

·      標稱(chēng)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。

·      系統誤報率小于0.1‰。

·      系統符合電磁兼容的有關(guān)規定。

 ５　總結

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