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鐵路信號設備智能防雷係統的研究與設計
作者:   日期:2018-07-19   點擊:765

我國是雷電災害高發的國家,雷電頻率和強度較高,為了及時發現安全隱患,降低雷電災害對行車安全和運輸效率的影響,研究並設計了一套智能防雷係統供電務部門參考。

我國高速鐵路裏程達到20000km,是世界上運營裏程最長、規模最大的高速鐵路網絡。我國幅員遼闊,又是雷電高發的國家,雷電頻度和強度比歐洲大陸及日本都高很多。鐵路信號係統擔負著鐵路各種與行車有關信息的采集、處理和控製,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。為了及時發現安全隱患,降低雷電災害對行車安全和運輸效率的影響,研究並設計了一套智能防雷係統。

 1 係統構成

鐵路信號設備智能防雷係統在傳統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,給係統提供參數顯示、綜合預警、數據查詢等新功能。

通過建立可追溯的智能平台,可將原來被動的防雷保護提升為主動化的集遠程監測、曆史數據查看、綜合預警功能於一體的智能防雷體係。該智能防雷係統由智能防護單元、傳感器采集單元、數據中心、監測平台組成,如圖所示。

智能防雷係統應支持權限設置,實現鐵路局、電務段、車間的三層管理,係統容量可根據現場實際情況進行配置。

 

·     智能防護單元。由實現熱脫扣和過流保護脫扣功能的電源浪湧保護器、斷路裝置、狀態指示燈、電源狀態采集模塊、浪湧保護器狀態采集模塊、綜合采集係統等組成。智能防護單元具有獨立輸入和輸出一進二出式接線端子,並在箱體內與浪湧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”小於0.5m的要求,抑製感應雷或其他原因在供電網絡和信息係統中產生的浪湧過電壓和過電流,使被保護設備始終處於安全狀態。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,可以實時監測智能防護單元經受雷電或浪湧過電壓次數、雷電流峰值、機箱內工作溫度、接地電阻狀態等,並通過智能防護單元中的綜合采集係統,對傳感器數據進行采集、匯總和預處理,並形成統一格式上傳至數據中心。

 

·     數據中心。由數據服務器、應用服務器和係統服務端軟件構成,實現對各個智能防護單元監測數據的分析、處理和存儲,生成告警數據並轉發至相關責任人。數據中心應滿足信息交換、資源共享、故障定位、性能分析等功能;應預留與上級部門管理信息係統的通信接口,用於傳送智能防護單元運用狀態的告警信息。

 

·     監測平台。由智能防雷係統的監測軟件構成,鐵路局、電務段、車間用戶可根據權限配置,查看各自權限所轄範圍內智能防護單元的實時狀態數據。係統軟件可根據用戶要求,在諸如PDA、智能手機等移動平台上使用。

 

2 係統功能

該智能防雷係統能夠實時監測信號設備的雷電防護狀態,並向維護單位告警,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,該係統應具有以下功能。

 

·     對雙路電源狀態進行采集和監控,當出現缺相等故障時,可自動激活綜合采集係統發出聲光報警,並傳輸報警信息至數據中心。

·     浪湧保護器采用獨立的SPD監測裝置,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,並傳輸報警信息至數據中心。

·     當機箱內工作溫度超過80℃時,發出聲光報警,並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受雷電或浪湧過電壓次數,也可根據用戶需求提供雷電流峰值記錄功能,為現場保留詳實的數據資料。

·     利用非接觸式接地電阻測試儀實時監測接地電阻狀態,當接地電阻異常時發出聲光報警,並傳輸報警信息至數據中心。

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

 

3 係統優點

鐵路信號設備智能防雷係統符合工業化的Modbus協議,可通過RS-485、Ethernet方式方便組網,在監測平台上對所轄設備運用狀態進行遠程、實時監測,並可對曆史數據進行分析和瀏覽。該係統相比非智能設備主要有以下優點。

 

·     改變原先被動的設備維護方式。原先的防雷係統隻有在故障發生後才能在定期的設備巡檢中發現問題,如問題發現不及時,就會對信號設備的正常運行帶來較大的安全隱患。而智能防雷係統可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。

·     可實時監測接地電阻。利用非接觸式接地電阻測試儀實時監測接地電阻狀態,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、反擊浪湧的雷擊事故發生。

·     防火功能。含有壓敏電阻的防雷器,因多次雷擊或過電壓衝擊而劣化失效、發熱,有引發火災的二次事故隱患。智能監測單元中安裝有溫度傳感器,可以對工作溫度進行實時監測,當工作溫度超過預設閾值時,係統會發出相應的告警信息,提醒維護人員及時查看,消除火災隱患。

·     對故障點精確定位。浪湧保護器數量多、安裝分散,在平時運行中無法察覺其功能是否完好。智能防雷係統可實時監測每一個SPD的工作狀態,若設備故障翻紅牌,則會對故障點進行定位精確的告警,可節省故障點排查時間。

·     曆史數據可追溯。智能防雷係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、雷擊時間和SPD模塊狀態等,便於以後對數據的瀏覽和分析,為實施更換設備防護方案提供有效的數據支撐。

 

4 技術要求

·     浪湧保護器應實現熱脫扣和過流保護脫扣功能,外封裝全部采用阻燃材料。

·     最大持續工作電壓U:單路275V,三路275420V。

·     標稱及最大放電電流In(820μs):20kA。

·     基礎限製電壓U (3kA):≤3300V 單相串聯≤700V)。

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

·     對地絕緣:對地連接的電源浪湧保護器除放電狀態外,對地絕緣電阻不應小於1000MΩ。

·     係統誤報率小於0.1‰。

·     係統符合電磁兼容的有關規定。

 

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,應用智能防雷係統意義重大。鐵路各級電務部門應給予足夠地重視。各研製單位應根據目前鐵路電務工作的實際需求,積極進行係統研發和升級改造,為鐵路的安全運營提供科學保障。


以上內容摘自《中國防雷》微信公眾號!

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