鐵路信號智能防雷監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)的必要性分析

段愛科

蘭州鐵道設(shè)計院有限公司 甘肅蘭州 730000

鐵路信號設(shè)備是保障列車高效運(yùn)行的設(shè)備之一，以信號樓為界分為室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備。室外設(shè)備及信號樓處于雷電防護(hù)區(qū)的LPZ0區(qū)，該區(qū)域信號設(shè)備受直擊雷和雷電電磁場的威脅，易發(fā)生雷電災(zāi)害侵襲的導(dǎo)致信號設(shè)備故障的問題。

傳統(tǒng)的防雷設(shè)備只能對鐵路信號設(shè)備開展相應(yīng)的雷電防護(hù)，不能接收到防雷設(shè)備的自身狀態(tài)、接地電阻阻值相關(guān)參數(shù)監(jiān)測，只能通過人工干預(yù)，對于防雷設(shè)備開展定期檢查，起到確保防雷設(shè)備安全運(yùn)行的作用。但同時也由于人為因素制約，維護(hù)人員個人能力參差不齊，檢查結(jié)果總是受到維護(hù)人員主觀影響，導(dǎo)致檢測不及時、不準(zhǔn)確等人工測量困難結(jié)果。因此建立一套可以實時監(jiān)測故障信息、接收列車運(yùn)行狀態(tài)指示參數(shù)、反饋故障問題進(jìn)行報警提示的智能防雷系統(tǒng)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 雷擊信號設(shè)備事故案例

2011年7月23日，雷擊造成溫州南站列控中心設(shè)備控制的區(qū)間信號機(jī)錯誤升級保持綠燈狀態(tài)，軌道電路發(fā)碼異常，在無碼、檢測碼、綠黃碼間無規(guī)律變化，致使北京南站開往福州站的D301次列車與杭州站開往福州南站的D3115次列車發(fā)生動車組列車追尾事故，造成40人死亡、172人受傷，中斷行車32小時35分的特大事故[1]。

同年7月30日下午5時左右，宜萬鐵路宜昌長陽段至巴東段由于受雷擊影響，導(dǎo)致雙向信號燈出現(xiàn)故障，致使K50列車晚點1小時以上。雷擊事故輕則導(dǎo)致列車晚點，重則導(dǎo)致人民生命財產(chǎn)損失，所以完善防雷系統(tǒng)功能對信號設(shè)備遭受雷擊具有現(xiàn)實意義。

2 鐵路信號綜合防雷系統(tǒng)構(gòu)成

鐵路綜合防雷系統(tǒng)包括外部防雷系統(tǒng)和內(nèi)部防雷系統(tǒng)兩大部分。

外部防雷系統(tǒng)用于防直擊雷，主要為信號樓的避雷網(wǎng)、避雷帶及環(huán)形接地網(wǎng)等。

內(nèi)部防雷系統(tǒng)主要為信號機(jī)房的屏蔽工程機(jī)等電位連接、信號各設(shè)備的防雷保安器等。

其存在不能接收到防雷設(shè)備的自身狀態(tài)、接地電阻阻值相關(guān)參數(shù)監(jiān)測，只能通過人工干預(yù)，對于防雷設(shè)備開展定期檢查，起到確保防雷設(shè)備安全運(yùn)行的作用，所以有必要針對其缺點進(jìn)行改進(jìn)。

3 智能防雷系統(tǒng)實現(xiàn)功能

智能防雷系統(tǒng)將防雷系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，為系統(tǒng)綜合預(yù)警，并通過數(shù)據(jù)中心與傳感器收集單元，實時測試參數(shù)，回收數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行排查，一旦檢測出問題以后便開啟報警功能，將防雷功能主動化，并還設(shè)有智能防護(hù)單元。通過電腦進(jìn)行操作，由數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行綜合性數(shù)據(jù)采集與分析，通過智能防雷箱進(jìn)行實時參數(shù)收集，智能防雷箱中設(shè)有斷路器、浪涌保護(hù)器、羅氏線圈、高頻積分器與非接觸式接地電阻測試儀，可以對于防雷系統(tǒng)電阻進(jìn)行實地測試與信息回傳。箱體中與串聯(lián)斷路器共同實現(xiàn)合理布線，并且此智能防護(hù)單元也具有防雷的隔離功能設(shè)置，有效保證安全性需求[2]。

智能保護(hù)單元也具有電源浪涌保護(hù)器與防短路裝置，同時狀態(tài)指示燈可以直觀反映該防雷系統(tǒng)的安全狀態(tài)，還配有電源狀態(tài)收集模塊、浪涌保護(hù)器狀態(tài)收集模塊與綜合收集系統(tǒng)。

傳感器數(shù)據(jù)收集單元實時監(jiān)測箱體溫度、雷電流峰值，并通過智能防護(hù)綜合收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行匯總與處理，再形成統(tǒng)一格式回傳至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。該檢測平臺可以通過使用移動終端進(jìn)行系統(tǒng)操作與實時狀態(tài)監(jiān)控。

智能防雷系統(tǒng)充分考慮了監(jiān)測實時性與實際操作效果，可以監(jiān)測到防雷設(shè)備整體的工作狀態(tài)，雷電故障點實時定位，快速報警并進(jìn)行響應(yīng)，減少設(shè)備維護(hù)的時間消耗與維護(hù)難度?？梢灾悄芑珳?zhǔn)檢測到每個浪涌保護(hù)器的工作狀態(tài)，檢測出故障信息以后，會發(fā)出聲光報警傳送至數(shù)據(jù)中心，而后通知給維護(hù)人員，維修工人能夠通過系統(tǒng)功能快速進(jìn)行精準(zhǔn)定位，直接前往問題故障發(fā)生點，開始對于損壞的浪涌保護(hù)器進(jìn)行修理，提升安全度；智能防雷系統(tǒng)還設(shè)置了雷電采集線圈，主要可以有效地記錄每次雷擊或浪涌的電壓次數(shù)與雷電峰值，并保留好相應(yīng)的時間數(shù)據(jù)信息，以用于后續(xù)的技術(shù)分析，提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；該智能防雷系統(tǒng)還將設(shè)置接地電阻測試儀，可以實時監(jiān)測接地電阻數(shù)值，一旦接地電阻阻值超越臨界值以后，智能防護(hù)單元會將此異常信息傳送至數(shù)據(jù)中心，維修人員會及時前往進(jìn)行故障處理，以避免遭受雷電打擊時，雷電防護(hù)設(shè)備無法對于雷擊電流進(jìn)行正常泄放，只有接地電阻數(shù)值維持正常水準(zhǔn)，才能有效保證鐵路信號設(shè)備的正常工作；系統(tǒng)還配備了通信檢查功能，一旦檢測出智能防護(hù)單元與數(shù)據(jù)中心通信受阻礙時，系統(tǒng)會自動嘗試重連，重連多次依然無法連通，系統(tǒng)中心智能防護(hù)單元將會做出通信超時判斷，及時將故障信息傳送給系統(tǒng)運(yùn)維人員，并及時對于設(shè)備系統(tǒng)開啟自檢處理；該系統(tǒng)將會對于以上的一切功能性操作進(jìn)行了歷史數(shù)據(jù)存儲追溯功能，及時存儲工作溫度信息，記錄接地電阻、雷擊次數(shù)與雷擊電流峰值，并還會對于故障信息發(fā)生時間、故障位置點、防雷模塊狀態(tài)等全部進(jìn)行周密記錄，方便日后數(shù)據(jù)瀏覽與系統(tǒng)功能性分析，以開展更有效的設(shè)備防護(hù)方案設(shè)計時，提供更加有效的數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)[3]。

4 結(jié)語

智能防雷系統(tǒng)的主要設(shè)計優(yōu)勢就是在傳統(tǒng)防雷裝置進(jìn)行單純防雷保護(hù)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)τ诜览自O(shè)備的安全運(yùn)作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)記錄，便于維修人員遠(yuǎn)程監(jiān)控雷電安全，直接排查故障問題點，提高維修效率，確保鐵路信號設(shè)備的運(yùn)行安全，并有效實現(xiàn)對于雷電信號的監(jiān)測，智能化提升防雷系統(tǒng)的安全實用性。