高速公路智能雷電防護(hù)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用研究

高旭 遼寧艾特斯智能交通技術(shù)有限公司

引言：機(jī)電設(shè)備是高速公路建設(shè)工作的重要環(huán)節(jié)，機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性與高速公路的運(yùn)行狀態(tài)息息相關(guān)。而在實(shí)際的建設(shè)工作中，雷擊現(xiàn)象是導(dǎo)致機(jī)電設(shè)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(shù)措施，為機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行安全提供技術(shù)保障。

一、研究高速公路機(jī)電系統(tǒng)雷擊預(yù)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(shè)備正常運(yùn)行的一個(gè)重要因素。特別是高速公路，機(jī)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(fù)雜，更容易遭受到雷擊損害。多年來，高速公路機(jī)電設(shè)備的雷擊事故時(shí)有發(fā)生，情況較輕的一般是部分機(jī)電設(shè)備被雷電擊壞導(dǎo)致機(jī)電系統(tǒng)喪失部分功能，情況比較嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的癱瘓。而機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行一旦出現(xiàn)故障，不僅會(huì)導(dǎo)致大面積堵車等問題，還會(huì)給國(guó)家和個(gè)人造成不必要的損失，嚴(yán)重時(shí)甚至危及人員生命安全。

二、智能雷電防護(hù)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)構(gòu)成

（一）系統(tǒng)概述

智能雷電防護(hù)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，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(dòng)互聯(lián)等實(shí)現(xiàn)。可對(duì)浪涌保護(hù)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)泄漏電流、設(shè)備漏電、電流電壓、溫度等監(jiān)測(cè)，具有智能管理、傻瓜式設(shè)計(jì)等功能。整個(gè)系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件平臺(tái)等組成。其中硬件系統(tǒng)主要由智能采集監(jiān)測(cè)模塊和數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊組成；軟件平臺(tái)主要由運(yùn)行在服務(wù)器上在線智能監(jiān)測(cè)軟件和服務(wù)器組成。

（二）系統(tǒng)功能

按照整個(gè)系統(tǒng)的功能劃分為：雷電／電涌監(jiān)測(cè)模塊、雷電防護(hù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能技術(shù)及分析控制、管理平臺(tái)及移動(dòng)互聯(lián)模塊個(gè)4部分（1）雷電／電涌信息監(jiān)測(cè)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(shí)間、次數(shù)等采集。（2）雷電防護(hù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)、SPD泄漏電流監(jiān)測(cè)、SPD環(huán)境溫度信息監(jiān)測(cè)、接地狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備漏電采集等，需要能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)的顯示及現(xiàn)場(chǎng)的指示燈報(bào)警。（3）智能技術(shù)及分析控制模塊。完成算法設(shè)計(jì)、智能分析及驗(yàn)證、防雷站點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。集成在智能網(wǎng)關(guān)里面，并能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警。（4）管理平臺(tái)及移動(dòng)互聯(lián)模塊。完成所有監(jiān)測(cè)場(chǎng)所統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的瀏覽、基于GIS的設(shè)備定位管理、標(biāo)準(zhǔn)與平臺(tái)系統(tǒng)的管理、預(yù)警報(bào)警、手機(jī)短信發(fā)送和遠(yuǎn)程管理（參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢可選）、管理信息的軟件控制、設(shè)備生命周期管理等。

三、高速公路智能雷電防護(hù)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（一）防雷保護(hù)層

對(duì)于機(jī)電設(shè)備，首先要設(shè)置防雷保護(hù)層，我們從4個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行雷電保護(hù)。①收費(fèi)系統(tǒng)。在收費(fèi)站的電源機(jī)房配電箱的輸入端，設(shè)置電源防雷器，在收費(fèi)UPS輸出至廣場(chǎng)配電箱的輸出端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器。收費(fèi)站廣場(chǎng)配電箱、車道工控機(jī)、計(jì)重配電箱的電源輸入端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器。收費(fèi)廣場(chǎng)攝像機(jī)的電源輸入端，設(shè)置單相電源防雷保護(hù)器。②監(jiān)控系統(tǒng)。沿線和隧道外場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備電源輸入端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器，在監(jiān)控分中心機(jī)房配電箱輸入端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器，在隧道內(nèi)的監(jiān)控配電箱電源輸入端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器。③通信系統(tǒng)。通信機(jī)房配電箱輸入端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器。④供配電系統(tǒng)。收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、停車區(qū)、隧道變電所低壓配電柜總進(jìn)線，雙電源配電柜輸入端，UPS和EPS電源輸入端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器。隧道內(nèi)各配電箱電源輸入端，設(shè)置電源防雷保護(hù)器。

（二）感知層

①機(jī)電設(shè)備防雷保護(hù)器側(cè)，設(shè)置防雷監(jiān)測(cè)采集發(fā)射器，實(shí)時(shí)采集防雷保護(hù)器的劣化狀態(tài)和溫度變化狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測(cè)接收器中。②機(jī)電設(shè)備外殼與電源線端，設(shè)置泄漏電流監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)采集設(shè)備外殼與電源線上泄漏電流狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測(cè)接收器中。③機(jī)電設(shè)備接地裝置側(cè)，設(shè)置接地電阻監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)采集地線電阻數(shù)值與變化狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測(cè)接收器中。④配電房?jī)?nèi)，設(shè)置雷電流監(jiān)測(cè)儀，在雷電來臨時(shí)期，能實(shí)時(shí)采集到雷電流的發(fā)生、雷電流的峰值與雷電流的強(qiáng)度狀態(tài)，發(fā)送至防雷監(jiān)測(cè)接收器中。

（三）網(wǎng)絡(luò)層

收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、隧道變電所內(nèi)，設(shè)置防雷監(jiān)測(cè)接收器、防雷遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)主機(jī)，通過智能多協(xié)議防雷監(jiān)測(cè)接收器，實(shí)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(yīng)用層

監(jiān)控分中心內(nèi)，設(shè)置防雷遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)工作站，通過云計(jì)算平臺(tái)或用戶指定平臺(tái)，對(duì)感知層采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、信息處理。應(yīng)用層核心功能圍繞兩方面：一是“數(shù)據(jù)”，應(yīng)用層需要完成數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)處理；二是“應(yīng)用”，僅僅管理和處理數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須將數(shù)據(jù)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。例如在安裝智能雷電防護(hù)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)項(xiàng)目，安裝在SPD防雷器側(cè)防雷監(jiān)測(cè)采集發(fā)射器、泄漏電流監(jiān)測(cè)儀、接地電阻監(jiān)測(cè)儀、雷電流監(jiān)測(cè)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(luò)層發(fā)送并匯總到防雷遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)工作站上。該防雷遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)工作站及對(duì)應(yīng)工作就屬于應(yīng)用層，它將完成對(duì)防雷與接地的數(shù)據(jù)分析，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警及管理等.

結(jié)語：一旦發(fā)生雷擊將會(huì)對(duì)整條高速公路的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成極大的障礙。雷電的發(fā)生具有很大的隨機(jī)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。