鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

馬銘遠(yuǎn) 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

近年來(lái)，我國(guó)的鐵路建設(shè)高速發(fā)展，通信機(jī)房數(shù)量快速增長(zhǎng)，通信系統(tǒng)受沖擊頻繁、高次諧波含量高，對(duì)接地的性能要求越來(lái)越嚴(yán)格。特別是隨著微電子和數(shù)字設(shè)備在通信系統(tǒng)的大量應(yīng)用，這些設(shè)備大多采用集成電路，其工作電壓較低且要求設(shè)置嚴(yán)格的接地系統(tǒng)作為電位參考點(diǎn)，如果接地網(wǎng)性能惡化，或接地不可靠，將對(duì)這些設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的傳導(dǎo)干擾及過(guò)電壓反擊危險(xiǎn)，嚴(yán)重危及人身安全、設(shè)備安全及通信系統(tǒng)安全。

1 機(jī)房接地系統(tǒng)現(xiàn)狀與問(wèn)題

1.1 機(jī)房接地系統(tǒng)現(xiàn)狀

機(jī)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(guān)系到人身和設(shè)備的安全，以及鐵路系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。目前通信機(jī)房接地系統(tǒng)多為隱蔽工程，采用設(shè)備接地線與地網(wǎng)連接的方式，由于沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)，在后期維護(hù)時(shí)，維護(hù)人員采用按計(jì)劃定期前往現(xiàn)場(chǎng)使用搖表、萬(wàn)用表等儀表測(cè)量并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡視的方式進(jìn)行檢測(cè)，如有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需后續(xù)再進(jìn)一步的故障精準(zhǔn)定位。

1.2 機(jī)房接地系統(tǒng)管理中主要存在以下困難

（1）故障點(diǎn)定位難：接地系統(tǒng)大部分為隱蔽工程，目前很少對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置檢測(cè)系統(tǒng)。由于大部分通信設(shè)備都有相應(yīng)的檢測(cè)系統(tǒng)，在處理故障時(shí)容易忽略接地系統(tǒng)問(wèn)題而關(guān)注其他設(shè)備告警，給故障排查帶來(lái)很多困難。

（2）系統(tǒng)問(wèn)題發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shè)備接地可靠性、接地網(wǎng)腐蝕、地電位反擊狀況等重要電氣特性也相應(yīng)有變化需及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，目前設(shè)備維護(hù)單位一般采用定期安排人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方式，容易造成系統(tǒng)維護(hù)周期長(zhǎng)、故障處理不及時(shí)、故障升級(jí)等問(wèn)題。

（3）人力成本高：目前鐵路通信車(chē)間維護(hù)線路較多，單條線路維護(hù)長(zhǎng)度基本超過(guò)100 km，在通信機(jī)房位置偏僻時(shí)，不僅維護(hù)工作實(shí)施困難，還耗費(fèi)大量人力、物力，效率低下。為此，設(shè)計(jì)一套能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鐵路通信系統(tǒng)接地狀況進(jìn)行全面在線監(jiān)測(cè)的智能化系統(tǒng)，不僅是幫助維護(hù)單位及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(gè)鐵路通信系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

2 鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 研發(fā)目標(biāo)

鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需在各通信機(jī)械室設(shè)置1 臺(tái)智能接地監(jiān)測(cè)箱，集接地電阻監(jiān)測(cè)、接地可靠性監(jiān)測(cè)、地電位反擊監(jiān)測(cè)、接地網(wǎng)腐蝕狀況監(jiān)測(cè)于一體，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集信息的處理與上傳，具有通信接口，支持監(jiān)測(cè)信息上傳至動(dòng)環(huán)系統(tǒng)，可接入通信車(chē)間/通信段設(shè)置獨(dú)立的網(wǎng)管系統(tǒng)。使段、車(chē)間能夠遠(yuǎn)程掌握現(xiàn)場(chǎng)各通信機(jī)房接地網(wǎng)和設(shè)備的接地整體狀況，方便制定維護(hù)方案與采取合理的工作安排，為通信系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行提供保障。

2.2 系統(tǒng)基本原理與結(jié)構(gòu)

鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由安裝于通信機(jī)房的智能接地監(jiān)測(cè)箱和一些前端采集器組成。網(wǎng)絡(luò)通道可組網(wǎng)通過(guò)接入現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)環(huán)RTU 實(shí)現(xiàn)，并在動(dòng)環(huán)系統(tǒng)中集中管理；也可以接入現(xiàn)場(chǎng)既有安裝的綜保箱/柜，或接入單獨(dú)的中集器，獨(dú)立組建網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行集中管理，如圖1。

圖1 鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)

2.3 主要設(shè)備及軟件

（1）智能接地監(jiān)測(cè)箱

智能接地監(jiān)測(cè)箱設(shè)置于鐵路沿線通信基站、四電房屋和站房通信機(jī)械室，以及光纖直放站，產(chǎn)品集接地電阻、設(shè)備接地可靠性、接地網(wǎng)腐蝕、地電位反擊等接地狀況監(jiān)測(cè)、本地人機(jī)交互、聯(lián)網(wǎng)通信等多種功能于一體（相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1）。

表1 相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)

（2）獨(dú)立網(wǎng)管系統(tǒng)軟件

鐵路接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件，車(chē)間和段網(wǎng)管通過(guò)登錄該軟件，查看集中對(duì)多個(gè)鐵路通信機(jī)房的接地電阻、設(shè)備接地可靠性、地電位反擊和接地腐蝕等接地狀況進(jìn)行在線綜合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電子地圖、統(tǒng)計(jì)分析、專(zhuān)家診斷、報(bào)警和運(yùn)維管理等功能。

3 系統(tǒng)功能

鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，集中監(jiān)測(cè)鐵路通信機(jī)房的接地電阻、設(shè)備接地可靠性、地電位反擊、接地網(wǎng)腐蝕等接地狀況，并提供數(shù)據(jù)分析、故障診斷、預(yù)警和報(bào)警等功能。

3.1 接地電阻在線監(jiān)測(cè)

采用輕接入和弱電流等安全接地檢測(cè)技術(shù)，在線監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)多個(gè)接地匯集排接地電阻值及變化趨勢(shì)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，發(fā)現(xiàn)異常則立即告警，替代人工定期去現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作。

接地檢測(cè)模塊具有隔離和濾波功能，能自動(dòng)變頻測(cè)量，自動(dòng)選擇合適量程，檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，檢測(cè)效率高；可以靈活設(shè)置檢測(cè)時(shí)間，不檢測(cè)時(shí)斷開(kāi)與地網(wǎng)連接，避免對(duì)其它設(shè)備的運(yùn)行造成干擾，保證機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行和維護(hù)人員的人身安全。

3.2 機(jī)柜接地可靠性監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)機(jī)房?jī)?nèi)多個(gè)機(jī)柜設(shè)備的接地可靠性及變化趨勢(shì)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，發(fā)現(xiàn)異常則立即告警，替代人工定期去現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作。

3.3 地電位反擊監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通過(guò)機(jī)房接地線竄入機(jī)房?jī)?nèi)的雷電流的強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間，同時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)房雷擊泄放電流強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間，綜合分析機(jī)房地電位反擊和受雷擊狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)房防雷接地安全隱患，指導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行接地改造。

3.4 接地腐蝕性監(jiān)測(cè)

在線監(jiān)測(cè)接地網(wǎng)的腐蝕速率、腐蝕余量、自腐蝕電位，分析現(xiàn)場(chǎng)接地網(wǎng)腐蝕狀況，實(shí)現(xiàn)不斷電、不開(kāi)挖情況下的接地腐蝕監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地故障，提前發(fā)出預(yù)警，防患于未然，保障通信系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

4.1 操作簡(jiǎn)便、省時(shí)省力

不需要分離接地極，即可隨時(shí)在線檢測(cè)接地點(diǎn)接地電阻值和設(shè)備接地可靠性，操作簡(jiǎn)便，省時(shí)省力。

4.2 抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)精確

采集設(shè)備內(nèi)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(jù)實(shí)際測(cè)量范圍自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程，檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

4.3 綜合測(cè)量、全面掌控

本系統(tǒng)測(cè)量的是接地電阻、設(shè)備等電位連接、地網(wǎng)腐蝕狀況的綜合值，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)可以掌握接地網(wǎng)和設(shè)備的接地整體狀況。

4.4 靈活檢測(cè)、安全可靠

支持配置檢測(cè)頻次和時(shí)間，自動(dòng)變頻，不檢測(cè)時(shí)檢測(cè)電路與被測(cè)地網(wǎng)脫離，不受影響其它設(shè)備正常工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將動(dòng)環(huán)系統(tǒng)、前端電阻采集器、綜保箱/柜等設(shè)備巧妙的整合在一起，大大提升了通信機(jī)房接地系統(tǒng)檢測(cè)的智能化程度和日常維護(hù)效率，在對(duì)通信機(jī)房接地系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行全時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)兼顧傳統(tǒng)電源、動(dòng)環(huán)設(shè)備的維護(hù)管理，用戶(hù)通過(guò)局域網(wǎng)內(nèi)的任意一臺(tái)電腦運(yùn)行客戶(hù)端軟件即可以全面掌握現(xiàn)場(chǎng)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(hào)樓電務(wù)機(jī)房安裝使用至今，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，使用安全，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，提高工作效率和安全性，獲得了車(chē)間管理人員的一致好評(píng)。系統(tǒng)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)在以下方面：系統(tǒng)投入運(yùn)用有利于提高通信機(jī)房接地系統(tǒng)安全管理。系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并能及時(shí)處理問(wèn)題，大大減少通信機(jī)房接地系統(tǒng)不良造成的設(shè)備故障等安全隱患。通過(guò)科學(xué)技術(shù)保安全，對(duì)確保通信行車(chē)設(shè)備安全有直接的作用。鐵路通信機(jī)房接地在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可在較為偏遠(yuǎn)的機(jī)房或車(chē)站機(jī)房使用，從而實(shí)現(xiàn)在提高通信機(jī)房接地系統(tǒng)管理效率的同時(shí)降低人力成本。