高速公路智能雷電防護在線監(jiān)測報警系統(tǒng)應用研究

高旭 遼寧艾特斯智能交通技術有限公司

引言：機電設備是高速公路建設工作的重要環(huán)節(jié)，機電設備的穩(wěn)定性和安全性與高速公路的運行狀態(tài)息息相關。而在實際的建設工作中，雷擊現(xiàn)象是導致機電設備出現(xiàn)故障的主要原因。為了能夠解決雷電問題，積極研究有效的防雷技術措施，為機電設備的運行安全提供技術保障。

一、研究高速公路機電系統(tǒng)雷擊預防的重要性

雷電作為一種夏季常見的自然現(xiàn)象，目前已經(jīng)成為損害電子設備正常運行的一個重要因素。特別是高速公路，機電系統(tǒng)大都分布于開放的環(huán)境下，由于其所處的自然環(huán)境比較復雜，更容易遭受到雷擊損害。多年來，高速公路機電設備的雷擊事故時有發(fā)生，情況較輕的一般是部分機電設備被雷電擊壞導致機電系統(tǒng)喪失部分功能，情況比較嚴重的甚至會導致整個機電系統(tǒng)的癱瘓。而機電設備的運行一旦出現(xiàn)故障，不僅會導致大面積堵車等問題，還會給國家和個人造成不必要的損失，嚴重時甚至危及人員生命安全。

二、智能雷電防護在線監(jiān)測報警系統(tǒng)構(gòu)成

（一）系統(tǒng)概述

智能雷電防護在線監(jiān)測報警系統(tǒng)，是基于物聯(lián)網(wǎng)技術，創(chuàng)新地使用和借鑒云物聯(lián)、傳感器、智能算法、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等實現(xiàn)。可對浪涌保護器（SPD）、雷電流、接地狀態(tài)、接地電阻、雷電入侵頻次、斷路器狀態(tài)實時監(jiān)測，同時可擴展實現(xiàn)泄漏電流、設備漏電、電流電壓、溫度等監(jiān)測，具有智能管理、傻瓜式設計等功能。整個系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件平臺等組成。其中硬件系統(tǒng)主要由智能采集監(jiān)測模塊和數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊組成；軟件平臺主要由運行在服務器上在線智能監(jiān)測軟件和服務器組成。

（二）系統(tǒng)功能

按照整個系統(tǒng)的功能劃分為：雷電／電涌監(jiān)測模塊、雷電防護狀態(tài)監(jiān)測、智能技術及分析控制、管理平臺及移動互聯(lián)模塊個4部分（1）雷電／電涌信息監(jiān)測模塊。完成雷電流峰值（其中采集到的峰值精度不低于90%）、極性、能量數(shù)據(jù)采集及雷電入侵時間、次數(shù)等采集。（2）雷電防護狀態(tài)監(jiān)測模塊。完成接地電阻阻值數(shù)據(jù)采集和電網(wǎng)電壓電流告警、SPD劣化狀態(tài)監(jiān)測、SPD泄漏電流監(jiān)測、SPD環(huán)境溫度信息監(jiān)測、接地狀態(tài)監(jiān)測、設備漏電采集等，需要能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的顯示及現(xiàn)場的指示燈報警。（3）智能技術及分析控制模塊。完成算法設計、智能分析及驗證、防雷站點聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。集成在智能網(wǎng)關里面，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場的監(jiān)測、報警。（4）管理平臺及移動互聯(lián)模塊。完成所有監(jiān)測場所統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的瀏覽、基于GIS的設備定位管理、標準與平臺系統(tǒng)的管理、預警報警、手機短信發(fā)送和遠程管理（參數(shù)設置、數(shù)據(jù)查詢可選）、管理信息的軟件控制、設備生命周期管理等。

三、高速公路智能雷電防護在線監(jiān)測報警系統(tǒng)設計方案

（一）防雷保護層

對于機電設備，首先要設置防雷保護層，我們從4個系統(tǒng)進行雷電保護。①收費系統(tǒng)。在收費站的電源機房配電箱的輸入端，設置電源防雷器，在收費UPS輸出至廣場配電箱的輸出端，設置電源防雷保護器。收費站廣場配電箱、車道工控機、計重配電箱的電源輸入端，設置電源防雷保護器。收費廣場攝像機的電源輸入端，設置單相電源防雷保護器。②監(jiān)控系統(tǒng)。沿線和隧道外場監(jiān)控設備電源輸入端，設置電源防雷保護器，在監(jiān)控分中心機房配電箱輸入端，設置電源防雷保護器，在隧道內(nèi)的監(jiān)控配電箱電源輸入端，設置電源防雷保護器。③通信系統(tǒng)。通信機房配電箱輸入端，設置電源防雷保護器。④供配電系統(tǒng)。收費站、服務區(qū)、停車區(qū)、隧道變電所低壓配電柜總進線，雙電源配電柜輸入端，UPS和EPS電源輸入端，設置電源防雷保護器。隧道內(nèi)各配電箱電源輸入端，設置電源防雷保護器。

（二）感知層

①機電設備防雷保護器側(cè)，設置防雷監(jiān)測采集發(fā)射器，實時采集防雷保護器的劣化狀態(tài)和溫度變化狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測接收器中。②機電設備外殼與電源線端，設置泄漏電流監(jiān)測儀，實時采集設備外殼與電源線上泄漏電流狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測接收器中。③機電設備接地裝置側(cè)，設置接地電阻監(jiān)測儀，實時采集地線電阻數(shù)值與變化狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測接收器中。④配電房內(nèi)，設置雷電流監(jiān)測儀，在雷電來臨時期，能實時采集到雷電流的發(fā)生、雷電流的峰值與雷電流的強度狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測接收器中。

（三）網(wǎng)絡層

收費站、服務區(qū)、隧道變電所內(nèi)，設置防雷監(jiān)測接收器、防雷遠程監(jiān)測主機，通過智能多協(xié)議防雷監(jiān)測接收器，實現(xiàn)兩端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)透明傳送，包括尋址和路由選擇、連接的建立、保持和終止等功能。

（四）應用層

監(jiān)控分中心內(nèi)，設置防雷遠程監(jiān)測工作站，通過云計算平臺或用戶指定平臺，對感知層采集數(shù)據(jù)進行計算、信息處理。應用層核心功能圍繞兩方面：一是“數(shù)據(jù)”，應用層需要完成數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)處理；二是“應用”，僅僅管理和處理數(shù)據(jù)還遠遠不夠，必須將數(shù)據(jù)與實際應用相結(jié)合。例如在安裝智能雷電防護在線監(jiān)測報警系統(tǒng)項目，安裝在SPD防雷器側(cè)防雷監(jiān)測采集發(fā)射器、泄漏電流監(jiān)測儀、接地電阻監(jiān)測儀、雷電流監(jiān)測儀就是感知層中的傳感器，這些傳感器在收集到SPD防雷與接地、雷電流的狀態(tài)、影響防雷與接地正常工作的環(huán)境數(shù)據(jù)信息后，通過網(wǎng)絡層發(fā)送并匯總到防雷遠程監(jiān)測工作站上。該防雷遠程監(jiān)測工作站及對應工作就屬于應用層，它將完成對防雷與接地的數(shù)據(jù)分析，并自動實現(xiàn)報警及管理等.

結(jié)語：一旦發(fā)生雷擊將會對整條高速公路的正常運轉(zhuǎn)造成極大的障礙。雷電的發(fā)生具有很大的隨機性，從根本上杜絕雷電的危害是不可能的，只能將防雷措施做到最好，使雷電產(chǎn)生的危害降低到最小。