鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究與應用

馬銘遠 中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路樞紐工程建設指揮部

近年來，我國的鐵路建設高速發(fā)展，通信機房數量快速增長，通信系統(tǒng)受沖擊頻繁、高次諧波含量高，對接地的性能要求越來越嚴格。特別是隨著微電子和數字設備在通信系統(tǒng)的大量應用，這些設備大多采用集成電路，其工作電壓較低且要求設置嚴格的接地系統(tǒng)作為電位參考點，如果接地網性能惡化，或接地不可靠，將對這些設備產生強烈的傳導干擾及過電壓反擊危險，嚴重危及人身安全、設備安全及通信系統(tǒng)安全。

1 機房接地系統(tǒng)現狀與問題

1.1 機房接地系統(tǒng)現狀

機房接地系統(tǒng)是通信系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接關系到人身和設備的安全，以及鐵路系統(tǒng)的可靠運行。目前通信機房接地系統(tǒng)多為隱蔽工程，采用設備接地線與地網連接的方式，由于沒有相應的檢測系統(tǒng)，在后期維護時，維護人員采用按計劃定期前往現場使用搖表、萬用表等儀表測量并結合現場巡視的方式進行檢測，如有發(fā)現問題需后續(xù)再進一步的故障精準定位。

1.2 機房接地系統(tǒng)管理中主要存在以下困難

（1）故障點定位難：接地系統(tǒng)大部分為隱蔽工程，目前很少對該系統(tǒng)進行設置檢測系統(tǒng)。由于大部分通信設備都有相應的檢測系統(tǒng)，在處理故障時容易忽略接地系統(tǒng)問題而關注其他設備告警，給故障排查帶來很多困難。

（2）系統(tǒng)問題發(fā)現實時性差：隨著土壤、季節(jié)等環(huán)境因素的變化和持續(xù)的使用，其接地電阻、設備接地可靠性、接地網腐蝕、地電位反擊狀況等重要電氣特性也相應有變化需及時進行檢測，目前設備維護單位一般采用定期安排人員進行現場測試的方式，容易造成系統(tǒng)維護周期長、故障處理不及時、故障升級等問題。

（3）人力成本高：目前鐵路通信車間維護線路較多，單條線路維護長度基本超過100 km，在通信機房位置偏僻時，不僅維護工作實施困難，還耗費大量人力、物力，效率低下。為此，設計一套能夠實現對鐵路通信系統(tǒng)接地狀況進行全面在線監(jiān)測的智能化系統(tǒng)，不僅是幫助維護單位及時發(fā)現并消除接地系統(tǒng)的故障及隱患、節(jié)省人力物力，也可以確保整個鐵路通信系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。

2 鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)架構

2.1 研發(fā)目標

鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)，需在各通信機械室設置1 臺智能接地監(jiān)測箱，集接地電阻監(jiān)測、接地可靠性監(jiān)測、地電位反擊監(jiān)測、接地網腐蝕狀況監(jiān)測于一體，實現現場采集信息的處理與上傳，具有通信接口，支持監(jiān)測信息上傳至動環(huán)系統(tǒng)，可接入通信車間/通信段設置獨立的網管系統(tǒng)。使段、車間能夠遠程掌握現場各通信機房接地網和設備的接地整體狀況，方便制定維護方案與采取合理的工作安排，為通信系統(tǒng)的安全、可靠運行提供保障。

2.2 系統(tǒng)基本原理與結構

鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由安裝于通信機房的智能接地監(jiān)測箱和一些前端采集器組成。網絡通道可組網通過接入現場動環(huán)RTU 實現，并在動環(huán)系統(tǒng)中集中管理；也可以接入現場既有安裝的綜保箱/柜，或接入單獨的中集器，獨立組建網管系統(tǒng)進行集中管理，如圖1。

圖1 鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)組網

2.3 主要設備及軟件

（1）智能接地監(jiān)測箱

智能接地監(jiān)測箱設置于鐵路沿線通信基站、四電房屋和站房通信機械室，以及光纖直放站，產品集接地電阻、設備接地可靠性、接地網腐蝕、地電位反擊等接地狀況監(jiān)測、本地人機交互、聯(lián)網通信等多種功能于一體（相關主要技術參數見表1）。

表1 相關主要技術參數

（2）獨立網管系統(tǒng)軟件

鐵路接地在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件，車間和段網管通過登錄該軟件，查看集中對多個鐵路通信機房的接地電阻、設備接地可靠性、地電位反擊和接地腐蝕等接地狀況進行在線綜合監(jiān)測數據，及數據存儲、電子地圖、統(tǒng)計分析、專家診斷、報警和運維管理等功能。

3 系統(tǒng)功能

鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)，集中監(jiān)測鐵路通信機房的接地電阻、設備接地可靠性、地電位反擊、接地網腐蝕等接地狀況，并提供數據分析、故障診斷、預警和報警等功能。

3.1 接地電阻在線監(jiān)測

采用輕接入和弱電流等安全接地檢測技術，在線監(jiān)測機房內多個接地匯集排接地電阻值及變化趨勢，并對監(jiān)測數據進行診斷分析，發(fā)現異常則立即告警，替代人工定期去現場檢測工作。

接地檢測模塊具有隔離和濾波功能，能自動變頻測量，自動選擇合適量程，檢測數據準確，檢測效率高；可以靈活設置檢測時間，不檢測時斷開與地網連接，避免對其它設備的運行造成干擾，保證機房內設備的正常運行和維護人員的人身安全。

3.2 機柜接地可靠性監(jiān)測

在線監(jiān)測機房內多個機柜設備的接地可靠性及變化趨勢，并對監(jiān)測數據進行診斷分析，發(fā)現異常則立即告警，替代人工定期去現場檢測工作。

3.3 地電位反擊監(jiān)測

實時監(jiān)測通過機房接地線竄入機房內的雷電流的強度和發(fā)生時間，同時監(jiān)測機房雷擊泄放電流強度和發(fā)生時間，綜合分析機房地電位反擊和受雷擊狀況，及時發(fā)現機房防雷接地安全隱患，指導用戶進行接地改造。

3.4 接地腐蝕性監(jiān)測

在線監(jiān)測接地網的腐蝕速率、腐蝕余量、自腐蝕電位，分析現場接地網腐蝕狀況，實現不斷電、不開挖情況下的接地腐蝕監(jiān)測，及時發(fā)現接地故障，提前發(fā)出預警，防患于未然，保障通信系統(tǒng)的可靠運行。

4 系統(tǒng)特點

4.1 操作簡便、省時省力

不需要分離接地極，即可隨時在線檢測接地點接地電阻值和設備接地可靠性，操作簡便，省時省力。

4.2 抗干擾能力強、數據精確

采集設備內部需安裝高性能程控濾波器，能有效濾除近頻干擾和同頻干擾，還可根據實際測量范圍自動轉換量程，檢測數據準確。

4.3 綜合測量、全面掌控

本系統(tǒng)測量的是接地電阻、設備等電位連接、地網腐蝕狀況的綜合值，通過在線監(jiān)測可以掌握接地網和設備的接地整體狀況。

4.4 靈活檢測、安全可靠

支持配置檢測頻次和時間，自動變頻，不檢測時檢測電路與被測地網脫離，不受影響其它設備正常工作。

5 結束語

鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)將動環(huán)系統(tǒng)、前端電阻采集器、綜保箱/柜等設備巧妙的整合在一起，大大提升了通信機房接地系統(tǒng)檢測的智能化程度和日常維護效率，在對通信機房接地系統(tǒng)狀態(tài)進行全時實時監(jiān)控的同時兼顧傳統(tǒng)電源、動環(huán)設備的維護管理，用戶通過局域網內的任意一臺電腦運行客戶端軟件即可以全面掌握現場的情況。該系統(tǒng)的前身于2021 年在上海鐵路局紹興北站信號樓電務機房安裝使用至今，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，使用安全，操作簡單，維護方便，提高工作效率和安全性，獲得了車間管理人員的一致好評。系統(tǒng)的社會效益和經濟效益主要體現在以下方面：系統(tǒng)投入運用有利于提高通信機房接地系統(tǒng)安全管理。系統(tǒng)的運用，能夠及時發(fā)現問題并能及時處理問題，大大減少通信機房接地系統(tǒng)不良造成的設備故障等安全隱患。通過科學技術保安全，對確保通信行車設備安全有直接的作用。鐵路通信機房接地在線監(jiān)測系統(tǒng)可在較為偏遠的機房或車站機房使用，從而實現在提高通信機房接地系統(tǒng)管理效率的同時降低人力成本。