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論鐵路信號設(shè)備智能防雷系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

瀏覽量:2443 發(fā)布時(shí)間:2018-4-19

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,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。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)測平臺上對所轄設(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)對信號設(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。
對地絕緣:對地連接的電源浪涌保護(hù)器除放電狀態(tài)外,對地絕緣電阻不應(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)害對鐵路行車安全造成的隱患,避免出現(xiàn)因信號設(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)和升級改造,為鐵路的安全運(yùn)營提供科學(xué)保障。
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