鐵路信号設備智能(néng)防雷系統的研究與設計
我國(guó)是雷電(diàn)災害高發的國(guó)家，雷電(diàn)頻率和強度較高，為(wèi)了及時發現安(ān)全隐患，降低雷電(diàn)災害對行車(chē)安(ān)全和運輸效率的影響，研究并設計了一套智能(néng)防雷系統供電(diàn)務(wù)部門參考。
我國(guó)高速鐵路裏程達到20000ｋｍ，是世界上運營裏程最長(cháng)、規模最大的高速鐵路網絡。我國(guó)幅員遼闊，又是雷電(diàn)高發的國(guó)家，雷電(diàn)頻度和強度比歐洲大陸及日本都高很(hěn)多(duō)。鐵路信号系統擔負着鐵路各種與行車(chē)有關信息的采集、處理(lǐ)和控制，是保證行車(chē)安(ān)全，提高運輸效率和改善管理(lǐ)水平的重要基礎設施。為(wèi)了及時發現安(ān)全隐患，降低雷電(diàn)災害對行車(chē)安(ān)全和運輸效率的影響，研究并設計了一套智能(néng)防雷系統。
１ 系統構成
鐵路信号設備智能(néng)防雷系統在傳統防雷保護的基礎上進行了智能(néng)化改造，運用(yòng)新(xīn)技(jì )術的智能(néng)防雷模塊和多(duō)種傳感器的組合，給系統提供參數顯示、綜合預警、數據查詢等新(xīn)功能(néng)。
通過建立可(kě)追溯的智能(néng)平台，可(kě)将原來被動的防雷保護提升為(wèi)主動化的集遠(yuǎn)程監測、曆史數據查看、綜合預警功能(néng)于一體(tǐ)的智能(néng)防雷體(tǐ)系。該智能(néng)防雷系統由智能(néng)防護單元、傳感器采集單元、數據中心、監測平台組成，如圖所示。
智能(néng)防雷系統應支持權限設置，實現鐵路局、電(diàn)務(wù)段、車(chē)間的三層管理(lǐ)，系統容量可(kě)根據現場實際情況進行配置。
智能(néng)防護單元。由實現熱脫扣和過流保護脫扣功能(néng)的電(diàn)源浪湧保護器、斷路裝(zhuāng)置、狀态指示燈、電(diàn)源狀态采集模塊、浪湧保護器狀态采集模塊、綜合采集系統等組成。智能(néng)防護單元具有獨立輸入和輸出一進二出式接線(xiàn)端子，并在箱體(tǐ)内與浪湧保護器串接的斷路器進行合理(lǐ)布線(xiàn)，确保智能(néng)防護單元與被保護電(diàn)路配線(xiàn)滿足“鐵标”小(xiǎo)于0.5ｍ的要求，抑制感應雷或其他(tā)原因在供電(diàn)網絡和信息系統中産生的浪湧過電(diàn)壓和過電(diàn)流，使被保護設備始終處于安(ān)全狀态。智能(néng)防護單元在結構設計上，将配電(diàn)部分(fēn)與防雷裝(zhuāng)置隔離設置，實現了一體(tǐ)分(fēn)室結構，滿足故障－安(ān)全和防火防爆要求。
傳感器采集單元。由高精(jīng)度雷電(diàn)流傳感器、機箱溫度傳感器和非接觸式接地電(diàn)阻傳感器構成，可(kě)以實時監測智能(néng)防護單元經受雷電(diàn)或浪湧過電(diàn)壓次數、雷電(diàn)流峰值、機箱内工作(zuò)溫度、接地電(diàn)阻狀态等，并通過智能(néng)防護單元中的綜合采集系統，對傳感器數據進行采集、彙總和預處理(lǐ)，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(yòng)服務(wù)器和系統服務(wù)端軟件構成，實現對各個智能(néng)防護單元監測數據的分(fēn)析、處理(lǐ)和存儲，生成告警數據并轉發至相關責任人。數據中心應滿足信息交換、資源共享、故障定位、性能(néng)分(fēn)析等功能(néng)；應預留與上級部門管理(lǐ)信息系統的通信接口，用(yòng)于傳送智能(néng)防護單元運用(yòng)狀态的告警信息。
監測平台。由智能(néng)防雷系統的監測軟件構成，鐵路局、電(diàn)務(wù)段、車(chē)間用(yòng)戶可(kě)根據權限配置，查看各自權限所轄範圍内智能(néng)防護單元的實時狀态數據。系統軟件可(kě)根據用(yòng)戶要求，在諸如PDA、智能(néng)手機等移動平台上使用(yòng)。
２ 系統功能(néng)
該智能(néng)防雷系統能(néng)夠實時監測信号設備的雷電(diàn)防護狀态，并向維護單位告警，使雷電(diàn)災害造成的隐患得到及時消除，有力保障行車(chē)安(ān)全。因此，該系統應具有以下功能(néng)。
對雙路電(diàn)源狀态進行采集和監控，當出現缺相等故障時，可(kě)自動激活綜合采集系統發出聲光報警，并傳輸報警信息至數據中心。
浪湧保護器采用(yòng)獨立的SPD監測裝(zhuāng)置，當防雷模塊遭到雷擊失效後，防雷模塊翻紅牌，發出聲光報警，并傳輸報警信息至數據中心。
當機箱内工作(zuò)溫度超過８０℃時，發出聲光報警，并傳輸報警信息至數據中心。
利用(yòng)高精(jīng)度雷電(diàn)流傳感器，不僅可(kě)以監測智能(néng)防雷箱經受雷電(diàn)或浪湧過電(diàn)壓次數，也可(kě)根據用(yòng)戶需求提供雷電(diàn)流峰值記錄功能(néng)，為(wèi)現場保留詳實的數據資料。
利用(yòng)非接觸式接地電(diàn)阻測試儀實時監測接地電(diàn)阻狀态，當接地電(diàn)阻異常時發出聲光報警，并傳輸報警信息至數據中心。
運維監控功能(néng)。系統應具備自檢功能(néng)，當智能(néng)防護單元和傳感器采集單元工作(zuò)異常時，及時對系統運維人員進行故障提醒。
３ 系統優點
鐵路信号設備智能(néng)防雷系統符合工業化的Ｍｏｄｂｕｓ協議，可(kě)通過ＲＳ－４８５、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ方式方便組網，在監測平台上對所轄設備運用(yòng)狀态進行遠(yuǎn)程、實時監測，并可(kě)對曆史數據進行分(fēn)析和浏覽。該系統相比非智能(néng)設備主要有以下優點。
改變原先被動的設備維護方式。原先的防雷系統隻有在故障發生後才能(néng)在定期的設備巡檢中發現問題，如問題發現不及時，就會對信号設備的正常運行帶來較大的安(ān)全隐患。而智能(néng)防雷系統可(kě)以在故障尚未發生或者剛發生時就對故障點進行告警，及時通知維護人員來修複故障。
可(kě)實時監測接地電(diàn)阻。利用(yòng)非接觸式接地電(diàn)阻測試儀實時監測接地電(diàn)阻狀态，及時向維護人員預警，可(kě)以有效地避免因接地裝(zhuāng)置失效而引起洩雷放電(diàn)流失敗、反擊浪湧的雷擊事故發生。
防火功能(néng)。含有壓敏電(diàn)阻的防雷器，因多(duō)次雷擊或過電(diàn)壓沖擊而劣化失效、發熱，有引發火災的二次事故隐患。智能(néng)監測單元中安(ān)裝(zhuāng)有溫度傳感器，可(kě)以對工作(zuò)溫度進行實時監測，當工作(zuò)溫度超過預設阈值時，系統會發出相應的告警信息，提醒維護人員及時查看，消除火災隐患。
對故障點精(jīng)确定位。浪湧保護器數量多(duō)、安(ān)裝(zhuāng)分(fēn)散，在平時運行中無法察覺其功能(néng)是否完好。智能(néng)防雷系統可(kě)實時監測每一個SPD的工作(zuò)狀态，若設備故障翻紅牌，則會對故障點進行定位精(jīng)确的告警，可(kě)節省故障點排查時間。
曆史數據可(kě)追溯。智能(néng)防雷系統記錄了其生命周期的所有數據，包含工作(zuò)溫度、接雷擊次數、雷擊電(diàn)流強度、雷擊時間和SPD模塊狀态等，便于以後對數據的浏覽和分(fēn)析，為(wèi)實施更換設備防護方案提供有效的數據支撐。
４ 技(jì )術要求
浪湧保護器應實現熱脫扣和過流保護脫扣功能(néng)，外封裝(zhuāng)全部采用(yòng)阻燃材料。
最大持續工作(zuò)電(diàn)壓Ｕｃ：單路275Ｖ，三路275／420Ｖ。
标稱及最大放電(diàn)電(diàn)流Ｉｎ（8／20μｓ）：20ｋＡ。
基礎限制電(diàn)壓ＵＢ （３ｋＡ）：≤3300Ｖ 單相串聯≤700Ｖ）。
采集頻率：智能(néng)防護單元的最大采集頻率不應小(xiǎo)于１次／ｓ；傳感器采集單元的采集頻率不應小(xiǎo)于１次／ｍｉｎ。
對地絕緣：對地連接的電(diàn)源浪湧保護器除放電(diàn)狀态外，對地絕緣電(diàn)阻不應小(xiǎo)于1000ＭΩ。
系統誤報率小(xiǎo)于0.1‰。
系統符合電(diàn)磁兼容的有關規定。
５ 總結
為(wèi)消除雷電(diàn)災害對鐵路行車(chē)安(ān)全造成的隐患，避免出現因信号設備遭受雷擊引起列車(chē)晚點、行車(chē)事故等，以及為(wèi)電(diàn)務(wù)維護作(zuò)業及時提供有效信息，降低人力物(wù)力的大量浪費，應用(yòng)智能(néng)防雷系統意義重大。鐵路各級電(diàn)務(wù)部門應給予足夠地重視。各研制單位應根據目前鐵路電(diàn)務(wù)工作(zuò)的實際需求，積極進行系統研發和升級改造，為(wèi)鐵路的安(ān)全運營提供科(kē)學(xué)保障。
參考文(wén)獻
［１］中華人民(mín)共和國(guó)鐵道部．ＴＢ／Ｔ３０７４－２００３．鐵道信号設備雷電(diàn)電(diàn)磁脈沖防護技(jì )術條件［Ｓ］．２００３．
［２］中華人民(mín)共和國(guó)鐵道部．鐵運［２００６］２６号．鐵路信号設備雷電(diàn)綜合防護實施指導意見［Ｓ］．２００６．
［３］付茂金，高速鐵路信号系統雷害風險評估研究［Ｊ］．中國(guó)鐵路，２０１５（１１）：３４－３６．
