高速公路智能雷电防护在线监测报警系统应用研究

高旭 辽宁艾特斯智能交通技术有限公司

引言：机电设备是高速公路建设工作的重要环节，机电设备的稳定性和安全性与高速公路的运行状态息息相关。而在实际的建设工作中，雷击现象是导致机电设备出现故障的主要原因。为了能够解决雷电问题，积极研究有效的防雷技术措施，为机电设备的运行安全提供技术保障。

一、研究高速公路机电系统雷击预防的重要性

雷电作为一种夏季常见的自然现象，目前已经成为损害电子设备正常运行的一个重要因素。特别是高速公路，机电系统大都分布于开放的环境下，由于其所处的自然环境比较复杂，更容易遭受到雷击损害。多年来，高速公路机电设备的雷击事故时有发生，情况较轻的一般是部分机电设备被雷电击坏导致机电系统丧失部分功能，情况比较严重的甚至会导致整个机电系统的瘫痪。而机电设备的运行一旦出现故障，不仅会导致大面积堵车等问题，还会给国家和个人造成不必要的损失，严重时甚至危及人员生命安全。

二、智能雷电防护在线监测报警系统构成

（一）系统概述

智能雷电防护在线监测报警系统，是基于物联网技术，创新地使用和借鉴云物联、传感器、智能算法、大数据、移动互联等实现。可对浪涌保护器（SPD）、雷电流、接地状态、接地电阻、雷电入侵频次、断路器状态实时监测，同时可扩展实现泄漏电流、设备漏电、电流电压、温度等监测，具有智能管理、傻瓜式设计等功能。整个系统由硬件系统、软件平台等组成。其中硬件系统主要由智能采集监测模块和数据处理与传输模块组成；软件平台主要由运行在服务器上在线智能监测软件和服务器组成。

（二）系统功能

按照整个系统的功能划分为：雷电／电涌监测模块、雷电防护状态监测、智能技术及分析控制、管理平台及移动互联模块个4部分（1）雷电／电涌信息监测模块。完成雷电流峰值（其中采集到的峰值精度不低于90%）、极性、能量数据采集及雷电入侵时间、次数等采集。（2）雷电防护状态监测模块。完成接地电阻阻值数据采集和电网电压电流告警、SPD劣化状态监测、SPD泄漏电流监测、SPD环境温度信息监测、接地状态监测、设备漏电采集等，需要能够实现现场采集数据的显示及现场的指示灯报警。（3）智能技术及分析控制模块。完成算法设计、智能分析及验证、防雷站点联网监控系统。集成在智能网关里面，并能够实现数据采集及现场的监测、报警。（4）管理平台及移动互联模块。完成所有监测场所统一联网监控的浏览、基于GIS的设备定位管理、标准与平台系统的管理、预警报警、手机短信发送和远程管理（参数设置、数据查询可选）、管理信息的软件控制、设备生命周期管理等。

三、高速公路智能雷电防护在线监测报警系统设计方案

（一）防雷保护层

对于机电设备，首先要设置防雷保护层，我们从4个系统进行雷电保护。①收费系统。在收费站的电源机房配电箱的输入端，设置电源防雷器，在收费UPS输出至广场配电箱的输出端，设置电源防雷保护器。收费站广场配电箱、车道工控机、计重配电箱的电源输入端，设置电源防雷保护器。收费广场摄像机的电源输入端，设置单相电源防雷保护器。②监控系统。沿线和隧道外场监控设备电源输入端，设置电源防雷保护器，在监控分中心机房配电箱输入端，设置电源防雷保护器，在隧道内的监控配电箱电源输入端，设置电源防雷保护器。③通信系统。通信机房配电箱输入端，设置电源防雷保护器。④供配电系统。收费站、服务区、停车区、隧道变电所低压配电柜总进线，双电源配电柜输入端，UPS和EPS电源输入端，设置电源防雷保护器。隧道内各配电箱电源输入端，设置电源防雷保护器。

（二）感知层

①机电设备防雷保护器侧，设置防雷监测采集发射器，实时采集防雷保护器的劣化状态和温度变化状态，发送至防雷监测接收器中。②机电设备外壳与电源线端，设置泄漏电流监测仪，实时采集设备外壳与电源线上泄漏电流状态，发送至防雷监测接收器中。③机电设备接地装置侧，设置接地电阻监测仪，实时采集地线电阻数值与变化状态，发送至防雷监测接收器中。④配电房内，设置雷电流监测仪，在雷电来临时期，能实时采集到雷电流的发生、雷电流的峰值与雷电流的强度状态，发送至防雷监测接收器中。

（三）网络层

收费站、服务区、隧道变电所内，设置防雷监测接收器、防雷远程监测主机，通过智能多协议防雷监测接收器，实现两端系统之间的数据透明传送，包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等功能。

（四）应用层

监控分中心内，设置防雷远程监测工作站，通过云计算平台或用户指定平台，对感知层采集数据进行计算、信息处理。应用层核心功能围绕两方面：一是“数据”，应用层需要完成数据的管理和数据处理；二是“应用”，仅仅管理和处理数据还远远不够，必须将数据与实际应用相结合。例如在安装智能雷电防护在线监测报警系统项目，安装在SPD防雷器侧防雷监测采集发射器、泄漏电流监测仪、接地电阻监测仪、雷电流监测仪就是感知层中的传感器，这些传感器在收集到SPD防雷与接地、雷电流的状态、影响防雷与接地正常工作的环境数据信息后，通过网络层发送并汇总到防雷远程监测工作站上。该防雷远程监测工作站及对应工作就属于应用层，它将完成对防雷与接地的数据分析，并自动实现报警及管理等.

结语：一旦发生雷击将会对整条高速公路的正常运转造成极大的障碍。雷电的发生具有很大的随机性，从根本上杜绝雷电的危害是不可能的，只能将防雷措施做到最好，使雷电产生的危害降低到最小。