高速公路智能雷電防護在線監測報警系統應用研究

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節，機電設備的穩定性和安全性與高速公路的運行狀態息息相關。而在實際的建設工作中，雷擊現象是導致機電設備出現故障的主要原因。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雷擊預防的重要性

雷電作為一種夏季常見的自然現象，目前已經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，機電系統大都分布于開放的環境下，由于其所處的自然環境比較復雜，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喪失部分功能，情況比較嚴重的甚至會導致整個機電系統的癱瘓。而機電設備的運行一旦出現故障，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測報警系統構成

（一）系統概述

智能雷電防護在線監測報警系統，是基于物聯網技術，創新地使用和借鑒云物聯、傳感器、智能算法、大數據、移動互聯等實現。可對浪涌保護器（SPD）、雷電流、接地狀態、接地電阻、雷電入侵頻次、斷路器狀態實時監測，同時可擴展實現泄漏電流、設備漏電、電流電壓、溫度等監測，具有智能管理、傻瓜式設計等功能。整個系統由硬件系統、軟件平臺等組成。其中硬件系統主要由智能采集監測模塊和數據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測軟件和服務器組成。

（二）系統功能

按照整個系統的功能劃分為：雷電／電涌監測模塊、雷電防護狀態監測、智能技術及分析控制、管理平臺及移動互聯模塊個4部分（1）雷電／電涌信息監測模塊。完成雷電流峰值（其中采集到的峰值精度不低于90%）、極性、能量數據采集及雷電入侵時間、次數等采集。（2）雷電防護狀態監測模塊。完成接地電阻阻值數據采集和電網電壓電流告警、SPD劣化狀態監測、SPD泄漏電流監測、SPD環境溫度信息監測、接地狀態監測、設備漏電采集等，需要能夠實現現場采集數據的顯示及現場的指示燈報警。（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、防雷站點聯網監控系統。集成在智能網關里面，并能夠實現數據采集及現場的監測、報警。（4）管理平臺及移動互聯模塊。完成所有監測場所統一聯網監控的瀏覽、基于GIS的設備定位管理、標準與平臺系統的管理、預警報警、手機短信發送和遠程管理（參數設置、數據查詢可選）、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測報警系統設計方案

（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個系統進行雷電保護。①收費系統。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監控系統。沿線和隧道外場監控設備電源輸入端，設置電源防雷保護器，在監控分中心機房配電箱輸入端，設置電源防雷保護器，在隧道內的監控配電箱電源輸入端，設置電源防雷保護器。③通信系統。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。收費站、服務區、停車區、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，設置防雷監測采集發射器，實時采集防雷保護器的劣化狀態和溫度變化狀態，發送至防雷監測接收器中。②機電設備外殼與電源線端，設置泄漏電流監測儀，實時采集設備外殼與電源線上泄漏電流狀態，發送至防雷監測接收器中。③機電設備接地裝置側，設置接地電阻監測儀，實時采集地線電阻數值與變化狀態，發送至防雷監測接收器中。④配電房內，設置雷電流監測儀，在雷電來臨時期，能實時采集到雷電流的發生、雷電流的峰值與雷電流的強度狀態，發送至防雷監測接收器中。

（三）網絡層

收費站、服務區、隧道變電所內，設置防雷監測接收器、防雷遠程監測主機，通過智能多協議防雷監測接收器，實現兩端系統之間的數據透明傳送，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

監控分中心內，設置防雷遠程監測工作站，通過云計算平臺或用戶指定平臺，對感知層采集數據進行計算、信息處理。應用層核心功能圍繞兩方面：一是“數據”，應用層需要完成數據的管理和數據處理；二是“應用”，僅僅管理和處理數據還遠遠不夠，必須將數據與實際應用相結合。例如在安裝智能雷電防護在線監測報警系統項目，安裝在SPD防雷器側防雷監測采集發射器、泄漏電流監測儀、接地電阻監測儀、雷電流監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、影響防雷與接地正常工作的環境數據信息后，通過網絡層發送并匯總到防雷遠程監測工作站上。該防雷遠程監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據分析，并自動實現報警及管理等.

結語：一旦發生雷擊將會對整條高速公路的正常運轉造成極大的障礙。雷電的發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，使雷電產生的危害降低到最小。