广东中为智能防雷技术有限公司
智能防雷监测系统用于铁路电力防雷接地系统的研究
1铁路电力防雷接地技术现状
雷击是导致铁路电力设备受到损坏的主要原因之一,在铁路电力设计中，在高低压开关柜、配电柜、配电箱等进出线位置安装浪涌保护器,是铁路电力工程避免电磁脉冲冲击的重要措施。浪涌保护器( Surge Protection Device)是铁路电力系统雷电防护的关键器件,但是当电涌保护器遭受雷击浪涌电流或长期使用，必然出现劣化或损坏等状况,其状况的好坏则直接影响其雷电防护的效果。目前铁路电力系统浪涌保护器通常依靠人工到现场检查设备的失效显示,从而判断设备是否需要更换维护。对于铁路电力领域,其需要进行雷电防护的设备具有分布广、站点多、位置偏的特点,要做到让维护人员到达每台电涌保护器的现场进行检查,十分困难,成本极高。目前铁路上的电涌保护器大多是传统非智能产品, 在实际应用过程中,出现了各种问题, 如:
(1)无法获知浪涌保护器的劣化程度，濒临失效的浪涌保护器已无法有效防护设备。铁路上的浪涌保护器经受多次雷击浪涌后，浪涌保护器会逐渐劣化。劣化到濒临失效的浪涌保护器无法通过仪器直接测量出来。因此遭受雷击后，无法及时有
效地确定浪涌保护器是否劣化，劣化程度如何，以及是否需要进行更换。此时所保护的设备遭受雷击电磁脉冲侵害的风险性很大。
(2)无报警功能,难以判断浪涌保护器工作状态，无法及时发现浪涌保护器失效。当铁路上的浪涌保护器失效时,传统浪涌保护器都不能报警。此时铁路上的各种用电设备是在无防雷保护的条件下使用,若不及时更换,一遇雷电天气，很容易造成铁路基站内重要、精密设备损坏或系统故障等严重后果。
(3)无法获知当前环境的雷击情况。传统浪涌保护器无法获知当前用电环境的受雷击和电磁干扰情况,铁路管理人员对现场防雷状况的了解为空白，也就无法为后续增加的设备和电源系统改造提供防雷设计依据。
(4)定期巡检、评估和维护费时费力。铁路线长,沿途环境严峻,一条铁路线中的各级浪涌保护器加起来少则几十个，多则成百上千个，这些电涌保护器失效时间是离散的。对传统的浪涌保护器的巡检排查和更换需要投入大量的人力物力,即便如此仍不能做到及时更换失效的浪涌保护器。同时,铁路对浪涌保护器更换的及时性要求更高。有的场所甚至需要在浪涌保护器剩余30%以上可用寿命时就及时更换,如果不对其进行更换,只需要一次的雷击事故就会造成重要的设备损坏，而这些设备的损坏也将带来重大的财产损失,更严重的还会让我们的系统瘫痪,从而引发安全事故。
(5)缺少电子化管理档案。传统浪涌保护器安装到现场时，一般都建立有纸质的安装记录表,记录有浪涌保护器的型号、安装位置等，并有定期(如6个月)巡检的结果记录。随着浪涌保护器运行时间变长和管理维护人员的变更,铁路维护人员要找到每一台浪涌保护器的准确安装位置和维护记录将会变得非常困难。
2铁路电力防雷接地智能监控系统
针对铁路电力设计的现状,本文研究了一套智能防雷监测系统,能够实时有效地知道各浪涌保护器的运行状态,以便第一时间进行更换,避免用电设备在浪涌保护器防护能力脆弱甚至失效的情况下使用,避免铁路管理部门投入大量的人力、财力成本进行巡检。2.1系统介绍
通过给铁路电力浪涌保护器加装智能模块（雷击环境检测器）、利用数据采集器、交换机和上位机软件,实现了智能化实时监控所有浪涌保护器状态的功能,以及在本地和远程上位机实现了一系列智能化功能，从根本上保证了浪涌保护器对设备保护的连续性和有效性。铁路管理人员可通过防雷接地监控系统将所有智能防雷设备(如浪涌保护器)进行集中监控,实时了解防雷设备的各种状态,解决雷击随机性与人工巡检阶段性的矛盾。浪涌保护器发生故障时,防雷接地监控系统可立即报警,及时通知维护人员，并显示详细的故障信息。而且防雷接地监控系统可对智能防雷设备当前状态进行检测分析,预知其工作状态,以保证高速铁路沿线雷电防护的有效性。
在智能浪涌保护器的基础上，我们可以充分地运用现代微机、通信技术，而监控中心的计算机软件的主要工作任务便是将全电涌保护器的运行状况、雷击记录以及其它的相关数据进行集中处理归类,把监控到的信息进行整理成更让人能理解的软件、图形,用这种方法来对浪涌保护器实现远程的在线检测，方便用户对浪涌保护器能够有所控制并对其实.时有所了解,这样才能进行有效的管理，包括安装位置、运行状态监控劣化分析、寿命预警故障告警、设备管理、事件记录统计报表等监控和管理。防雷接地监测系统记录智能浪涌保护器上传的波形,我们可以通过对长期综合的实验测试和对数据的不断积累进行分析，用各种波形和尺寸的雷电电流特性曲线进行整理从而由此来建立雷电电流波形数据库。通过对现实生活的应用,通过将上传的波形曲线与数据库中的曲线进行比较,可以确定上传的波形曲线与数据库中的曲线的相似性,确定雷电电流的大小和其他特征。
2.2关键技术
铁路电力防雷接地监控系统集智能防雷设备、网络接入及通信于一体，不仅实现防雷设备的智能化，也要实现对防雷产品有效的维护管理。通过监控主站软件,铁路管理人员可对防雷设备进行实时远程监控,实时获知防雷设备的运行状态及防护能力,避免防雷设备在有安全隐患状态下使用，保障铁路电源系统的正常运行。在包含传统防雷系统功能的基础上,通过一套智能监控系统将所有防雷设备的属性和状态信息(安装位置、远程监控、劣化分析、寿命警告、故障报警、设备管理、事件记录、统计报告等)汇总于监控主站,便于监控和观察，减少巡检的步骤。防雷接地监控系统可将故障信息及时地反馈到监控主站，工作人员根据故障信息情况对设备进行更换,避免长时间损坏后出现的问题。2.3具体功能
铁路电力防雷接地监控系统具体功能如下:(1)监控报警功能
①浪涌保护器工作状态监控报警对电涌保护器能够实时观测，从而了解其工作状态,故障时及时报警,及时提示工作人员维护处理由于防雷模块拔出、连接不可靠、熔断器熔断等多种不确定因素导致防护无效的浪涌保护器，保证所有浪涌保护器均能够起到有效的防雷作用。②浪涌保护器失效情况的监测与报警实时监测电涌保护器的损坏情况,当浪涌保护器经长时间使用完全失去防雷作用时(失效时),系统报警以提示工作人员及时更换损坏的浪涌保护器,从而保证防雷系统具有连续的防护性能。
③浪涌保护器劣化程度监测及寿命预警用户可以预先设定电涌保护器的劣化和寿命警告值,系统可以实时监控浪涌保护器及其内部设备的劣化程度。当劣化程度突破报警值时,触发报警,实现劣化报警,以便工作人员在电涌保护器严重劣化之前对其进行维护,保持电涌保护器防雷作用的持续有效。
(2)雷击浪涌监测记录功能
铁路电力防雷接地监测系统具有动态数据库,可自动监测和记录雷击发生时间、雷击频率、电流强度等。用户可以通过监控主机查询雷击情况，并可以计算每个电流强度范围内雷击次数的累计值。(3)信息管理查询功能
①历史记录查询及输出主机会对每台在线电涌保护器的运行状态、故障信息、安装位置、维护记录等基本信息进行实时监控,系统会对主机提供的浪涌保护器进行维护记录、运行状态记录、故障记录等信息制作提供多方面的Excel. PDF文档和打印报告等,并能支持系统的导出，让数据能更好的管理归类,以便于用户更好的了解。
②集中统- -管理功能
浪涌保护器设备的基础信息、安装信息、辅助工作站、分组结构、电气结构数据采集终端、负责人和管理部门的档案管理这一系列的分类工作的进行让浪涌保护器能够多方向、多层次、简单、图形化的一体化管理。用户使用和维护设备非常方便。
2.4故障类型分析
(1)模块的插拔状态监控:可实时监测每个防雷模块的插人状态是否良好,并对拔出或虚接状态报警,提醒工作人员去定点检查防雷模块的状态。(2)熔断状态监控:可实时监测每一防雷单元中的短路保护装置的状态,是良好连接，还是已经熔断。如果是熔断状态，会发出报警,提醒工作人员定点更换熔断器。
(3)热脱扣状态监控:可实时监测每一防雷模块的热脱扣装置状态,是良好连接，还是已经断开。如果是断开状态,会发出报警,提醒工作人员定点更换防雷模块。
(4)通信状态监控:可实时监控每个防雷单元的通信状态,是否是良好通信状态。如果通信不正常，会发出报警，提醒工作人员定点检查网络通信情况。
(5)多点实时监控:通过1个主站、多个子站和多台数据采集终端,实时监控多台智能电涌保护器的运行状态,发生故障时可及时发出报警。可实时查询每台电涌保护器的寿命状态、通信状态和故障事件,提供自动状态显示、手动操作与智能电涌保护器通信精确查询功能。
3结束语
通过对本系统的研究，建立了铁路电力智能防雷设备系统设计的理念,对该系统进行分析,目前还存在以下不足和有待改进的问题:(1)该防雷接地监控系统尚未有国家标准、技术条件，,需要在多个项目、不同气象条件的地域进行实践积累,发现可能存在的不足,逐步在铁路领域推广应用。
(2)本文仅对铁路电力防雷接地监控系统进行了研究,在此研究成果基础上拟对铁路四电工程防雷接地监控系统进行深入研究,将四电工程防雷接地监控系统进行整合。
(3)在本系统研究的基础上,拟对防雷接地监控系统标准进行研究,提出企业标准。根速铁路目前电力防雷接地设计的现状和不足,研究具有防雷、远程监控、劣化分析、生命报警、故障报警、设备管理、事件记录和报告统计功能的图形化操作系统，并支持防雷和接地监测系统,实现铁路管理部门对智能电力防雷设备的远程在线监测,使防雷产品的维护管理更加及时、方便、有效。
