雷击监测系统（共7篇）
雷击监测系统 篇1
0 引言
雷击会严重影响电网的安全运行和供电、用电的安全可靠性。当前,我国自然雷击监测主要依靠电网雷电定位系统LLS[1,2,3]和气象雷达,但由于依靠侦测电磁辐射场信号无法直接得到雷击电流波形参数,测量精度有限。而自然雷击电流的在线监测,是一种有效的雷电基础参数研究方法,为防雷设计提供实际数据支持,同时也可为现存的雷电定位系统数据提供校准的依据。
国外学者已经进行了较多高塔雷击电流监测研究[4,5]。1994年至2004年,日本东京电力公司在500 kV线路上开展直击雷测量,分别在60基杆塔上获得了宝贵的120组雷电流波形数据[6,7,8]。国外防雷标准[9,10]的制定主要依靠这些数据。目前,国内也不乏雷电流监测装置的研究,但这些装置多依赖外接电源供电。至今还没有发现国内已经捕获到自然雷击电流波形数据的相关文献。
本文研究的电力系统雷击远程在线监测系统,实现了雷电流波形数据的高速采集和远程无线传输[11]。该系统已经安装于野外输电线路和塔式避雷针上在线运行,并且已获取4组自然雷电流波形数据。
1 雷击远程在线监测系统原理
电力系统雷击远程在线监测系统是具有远程采集自然雷击电流波形功能的自动化仪器系统。当监测系统安装在输电线路杆塔上,不仅可以监测雷击杆塔和避雷线的雷电流波形,还可以监测绝缘子的闪络电流波形,判定电力系统雷击事故类型。
雷击远程在线监测系统主要由雷电流传感器、前置主机和远程数据服务器组成。雷电流传感器和前置主机安装在现场,统称为雷电监测前置机。雷击远程在线监测系统原理如图1所示。
系统中,前置机使用太阳能电池和蓄电池供电,适合在野外条件下安装运行,辅助电源将12 V电池电压转换为±5V输出;当雷击发生时,电流传感器将雷电流变换为电压信号输送到前置主机的雷击信号采样单元,从传感器输出的一定幅值的电压信号将触发信号采样;雷击信号采样单元触发后将连续48ms模拟信号高速采集为数字信号,储存到内存中,然后传输到前置主机的数据接收和GPRS传输单元;数据接收和GPRS传输单元将雷电流波形、GPS时间标签等数据,通过GPRS无线网络发送到远程FTP服务器上,同时用户会收到雷击告警短信;通过Interne网络,用户终端可以自由访问FTP服务器上的雷电数据,并通过专用软件进行分析。
2 雷击远程在线监测前置机
雷击远程在线监测前置机主要负责现场的雷电流数据采集和发送,其结构主要由电流传感器和前置主机组成。
电流传感器采用自积分形式的Rogowski线圈[12,13,14,15]结构。自积分Rogowski线圈电流传感器使用大电感、小电阻积分方式,具有高频响应特性好的特点,能将穿过线圈中心的雷电流信号转换为等比例的电压信号输出,转换比例约为2000 A/V。通过大量实验,研制出了高频性能优良的电流传感器,并实现了产品的小型化与实用化。
电流传感器采用开合式结构,外壳使用绝缘材料,净重约1 kg,安装、施工十分方便。电流传感器和前置机之间通过双层屏蔽电缆连接,能有效防止雷电冲击电流引起的电磁干扰。电流传感器圆环内径达到0.6 m,可以安装在避雷针、避雷线支架和绝缘子串等雷电流路径上。较大的内径能有效防止绝缘子闪络时形成的电弧对传感器的影响。
电流传感器安装在110 kV输电线路杆塔避雷线支架和三相线路的绝缘子串上。通过以下方法分析雷电流路径,可判断线路雷击故障类型:
a.当线路发生绕击闪络事故时,大部分雷电流通过杆塔接地电阻入地,绝缘子串闪络支路电流传感器记录的雷电流幅值比其他电流传感器大得多;
b.当线路发生反击事故时,除了绝缘子串闪络相有信号记录外,杆塔避雷线支架电流传感器也有对应的波形记录;
c.当雷击塔顶或避雷线,但未发生闪络事故时,只有杆塔避雷线支架电流传感器有电流波形记录。
图2描绘了前置主机机箱内部电路结构,主要由电源、信号采样板和ARM通信板3部分组成。电源部分采用40 W光伏电池对12 V/40 A·h蓄电池充电,蓄电池在缺少光能条件下为前置机供电可达1周。信号采样板主要负责对电流传感器输入的模拟信号进行A/D转换,采样板采用8位10 MHz采样速率A/D芯片,具有5通道并行数据采集能力。ARM通信板主要负责电流波形数据的转存、压缩和无线传输工作。通信板采用ARM 9主控芯片和Linux操作系统平台,同时整合了GPRS和蓝牙无线通信模块。
3 远程数据服务器
远程数据服务器是一个设立在Internet上的FTP服务器。前置机将雷电数据上传到远程数据服务器上,使用专用软件来显示雷电流波形。不同传感器记录的波形以不同颜色表示,并可以识别故障类型。通过服务器软件,可以方便地浏览、储存、打印指定的雷电流波形,生成事故报表。
4 雷电流波形数据
4.1 第1组雷电监测数据
2007年4月22日凌晨02:26:59,在咸宁地区110 kV汪官线51号塔上捕获到第1组雷电流波形数据。图3中雷电流波形为地线支架上传感器记录,极性为负,幅值11.8 kA。对比雷电定位系统监测数据,显示当时汪官线51号塔附近有负极性雷击,幅值10.9 kA。
遭受雷击的汪官线正处于停运状态,从登塔检查的结果看,发现51号塔顶有灼伤痕迹,绝缘子串未见闪络痕迹。说明汪官线51号塔顶遭受雷击,但由于雷电流幅值较小,杆塔接地良好,线路绝缘子未发生闪络。
4.2 避雷针雷电监测数据
2008年,深圳3座塔式避雷针(引雷塔)上安装了雷击远程监测系统,并捕获到3次雷击过程。分别记录了2008年9月6日1次雷击牛头山引雷塔和2008年9月17日2次雷击凤凰山引雷塔。
图4中雷击牛头山引雷塔雷电流波形包含大量高频振荡分量,峰值达到-60 kA,与2007年在输电线路上得到的雷电流波形类似。但与传统试验波形有较大区别,其成因及对绝缘的影响有待进一步研究。雷电定位系统同时记录到当天13:02:07.4328在引雷塔附近1 km内发生雷击,电流为-48.6 kA。
图5中2次雷击凤凰山引雷塔雷电流波形拥有波头时间极短的共同特点,以至于雷电监测系统漏掉波形的上升时间。根据实验室试验结果,判断这2次雷电流波头时间小于1μs。2次雷击电流均为负极性,估计其峰值都在-60 k A左右。与雷电定位系统比较,当天引雷塔附近分别在13:42:50.6256发生了-71.8 k A电流的雷击,在13:46:31.8495发生了-44.5 k A电流的雷击。数据表明电力系统雷电监测系统和雷电定位系统具有较好的对应性。
5 结论
电力系统雷击远程在线监测系统安装于野外输电线路和避雷塔上正常运行,已经捕捉到4次自然雷电电流波形。与实验室常规冲击电流试验波形相比,它们表现出了一些新的特性。其中,有2处雷电流波形呈现剧烈高频振荡,另2个波头时间极短(小于1μs)。这些雷电流波形的成因及其对绝缘的影响有进一步研究的价值。另外,对于雷电流幅值及波形统计规律的研究,有待开展更多的自然雷电监测活动和获得大量的数据支持。
摘要：电力系统雷击远程在线监测系统是一种自然雷击电流波形数据采集装置,它利用Rogowski线圈电流传感器将雷电流转化为电压信号,并实现了雷电流波形数据的高速采集和远程无线传输;系统通过服务器专用软件实现雷电流波形浏览和电力系统雷击类型、故障方式等判定。系统安装于输电线路和塔式避雷针上,经过2年野外运行,已经成功获取4组自然雷击电流波形数据。与实验室常规冲击电流试验波形相比,这4组雷击电流波形数据中存在波头时间小于1μs和波形幅值激烈振荡的特性。
关键词：雷击电流,远程在线监测,高速数据采集,无线数据传输
雷击对铁路信号系统的影响分析 篇2
一、影响铁路信号系统的因素
一般说来完整的铁路信号系统是由列车调度系统、闭塞系统以及相应的联锁系统这三个系统组成的。要想保障铁路信号系统的良好发展需要从这三个方面入手, 综合分析影响铁路信号系统的因素。列车调度系统主要是指对运行列车实行远程控制依和跟踪管理, 这样可以有效保证铁路运行的高速有效, 避免出现列车无法及时应对突发状况。所谓的闭塞系统是指在某一个闭塞系统内通过信号灯的指示, 只允许有一列车运行, 这样以来整个闭塞区内的线路运行状况比较有序。联锁系统主要是指车站内的联锁, 主要有信号机和站内联锁两个因素组成。信号机在联锁系统内充当信号展示机的作用, 是闭塞系统的重要延伸, 一般情况下信号机位于进站和出站的位置, 这样列车人员可以及时根据信号机的指示做出调整;站内联锁在整个铁路系统中充当连接的作用, 主要分布在道岔与近路之间、道岔与信号机之间, 进路和信号机之间以及进路、进路之间, 信号机、信号机之间。
影响铁路信号系统的因素多样, 主要有设备系统、电气化条件以及电缆电源和外部因素。目前我国铁路信号设备发展状况良好, 但是这是相对来说的, 毕竟我国铁路自主发展时间并不长, 由于长期受到殖民主义的影响我国铁路发展长期滞后。所以我国铁路相关设备研究和创新明显不够。近几年我国逐渐加重了自主创新的力度, 铁路信号设备取得了长足的发展, 不过这是一个长期的过程。电气化对铁路信号系统的影响也不可忽视, 虽然信号设备相对于其他电气化设备来说处于从属位置, 但是电气化条件会直接影响到铁路信号系统的效果。电缆电源对信号系统的影响比较好理解, 总的来说整个信号系统都需要电来带动, 电源和电缆的完整是铁路信号系统运行的首要条件。外部因素对铁路系统的影响多种多样, 既有外部自然天气条件造成的影响也有人为因素带来的影响。
综合分析我们发现影响铁路信号系统的因素多种多样, 为了保证铁路信号系统的良好发展需要我们综合考虑这些因素。
二、雷击影响铁路信号系统的途径和表现
雷击影响铁路信号系统主要是从路和场这两个途径产生的。“路”是指雷电侵入组成铁路信号系统的相关电缆和信号线路, 主要包括电缆线路、接地线路和相应的信号线路。所谓的场是指雷击所产生的电磁场。直击雷以及感应雷对铁路信号系统产生的影响并不同。一般来说, 直击雷会直接影响信号楼和位于外部的信号设备, 而直击雷主要是通过雷电流来影响信号系统的。感应雷会对信号系统带来电磁感应的影响, 这个过程中, 感应雷会利用雷电流造成感应电磁场, 这样以来整个信号系统就会受到电磁感应的影响。
1. 雷电直击的入侵途径
通过前面的简要介绍我们发现雷电直击是通过路的方式侵入铁路信号系统的。
一般情况下雷电直击带来的电流会得到相应的分流, 这样就会减少电流对信号系统的影响, 但是由于我国信号系统设备的设计以及电路分布存在一定的问题, 电流的分流比例不合理这样造成了信号系统无法抵抗强雷击带来的影响。当直击雷影响信号楼时, 直击雷带来的50%左右的能量能够通过相应的外部避雷设备释放到大地上, 这些设备主要有电话线和电源线以及信号线等;另有39%的能量可以从供电系统中进行分流, 还有8%左右的电流能量可以在信号楼中的网络线缆分流, 剩余的电流能量会通过其他各种金属管道和电缆进行分流, 不过需要注意的是由于每个区域的管线分布并不一致, 有可能造成电流分配不合理这样就会对信号楼带来很大的损害。
2. 雷电感应的入侵途径
综合分析铁路信号系统遭受雷击的所有事故, 我们发现一般情况下雷电直击造成的影像比较小, 大部分事故还是由雷电感应造成的。雷电感应侵入信号系统的途径比较多, 而且危害程度和范围都比较大, 所以综合分析雷电感应侵入信号系统的途径和形式会减少信号系统遭受损害的情况。虽然对雷电的记载和研究时间比较长并且取得了良好的效果, 但是对雷电产生的雷电感应的研究力度明显不够, 这就给雷电感应影响铁路信号系统创造了机会。
雷电感应侵入铁路信号系统的途径主要有天线端口、电源端口、信号线端口和位于信号楼内的钢结构和信号设备的一些外壳。感应雷主要是影响信号楼内部的信号系统, 感应雷产生的电磁脉冲会影响系统的正常工作, 其强大的冲击力会严重影响信号系统内的各种线路的正常运转。对于这种情况, 需要铁路工作人员及时做好避雷措施, 铁路信号系统研发人员一定要综合考虑多种因素创新系统结构。
三、结束语
铁路是整个国家的交通大动脉。我国幅员辽阔, 要保证国家良好的贯通性需要不断提高对铁路的重视度, 促进铁路事业的良好发展。铁路信号系统是列车的总调度室, 是保证列车安全高速的运行重要因素, 所以调查研究影响铁路信号系统的各种因素意义重大。雷击是影响铁路信号系统的一大外部自然因素。我们无法完全规避雷击的影响, 但是采取各种合理的措施可以有效降低雷击的影响, 减少铁路事故的出现。目前各个国家都加大了对铁路的投资力度, 我国近几年铁路事业发展良好, 从磁悬浮到高铁动车的投产运行, 发展势头迅猛, 加强铁路信号系统研究势在必行。
参考文献
[1]魏帅, 王笑秋.电子信息系统的雷电防护探析[J].黑龙江气象.2011 (02)
[2]盛其成.雷电危害及防护浅析[J].科技信息.2011 (09)
[3]揭水平, 高瞻, 徐剑.架空光缆线路的防雷措施[J].通信与信息技术.2011 (01)
[4]曹立新, 陆红权, 夏鑫鑫, 程相改.加油加气站防雷措施综述[J].农村实用科技信息.2010 (09)
核电站门禁系统雷击分析 篇3
2013年3月份, 某核电站建筑物遭遇一次雷击事件, 造成进入该核电站厂房的6处旋转门无法刷卡通过, 事件发生后, 该电站组织维修人员对此事件进行了分析, 将故障的原因最终定位于雷击对设备的冲击, 并进行了相应改进。
2 雷电破坏的主要形式
雷电主要有直击雷、球形雷、雷电波侵入、感应雷和地电位反击五种形式。雷击的破坏力十分巨大, 若不能迅速将其泻放入大地, 将导致放电通道内物体、建筑物、设施、人员遭受严重的破坏或损害, 甚至危及人员的生命安全;雷击容易形成静电感应和电磁感应, 对周围弱电系统和电子设备产生干扰和破坏;高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分, 流向供电系统或各种网络信号系统, 或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统, 从而反击破坏或损害电子设备。
3 系统防雷措施
雷击造成的危害如此巨大, 必须通过一个系统的防雷措施来防止雷击对建筑物、电子电气系统造成损坏。系统防雷措施主要包括外部防雷和内部防雷两个方面:避雷带、引下线 (建筑物钢筋) 和接地等构成的外部防雷系统, 主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的火灾事故及人身安全事故, 而内部防雷系统则是防止感应雷和其他形式的过电压侵入设备造成损坏, 这是外部防雷系统无法保证的, 如图1。
4 门禁系统雷击分析及改进
维修人员首先对故障的6处旋转门检查, 经检查发现均为门禁系统板卡遭雷击损坏所致。由于雷击而损坏的KKK门禁系统的板卡统计见表1。
雷击发生后, 维修人员对发生故障的6处旋转门用进行了检查, 将发生问题的可能锁定在接地完整性、板卡可用性以及受外界因素影响等3个方面。
通过接地检查发现, 接地线电阻均在4欧以下, 并都较好地安装了接地线。门体和控制部分穿了钢管, 控制线以及通讯线之间接了地线, 完全满足接地的要求, 排除了地线存在问题的可能。
通过对现场故障区域旋转门进行勘察, 发现安装在核岛周边和高大建筑下面的旋转门都受到了雷击, 在联楼内的旋转门同时受到雷击, 且板卡有严重损坏痕迹。供电方面:旋转门均通过UPS送出交流220V电源, 经旋转门上的电源模块转换为直流24V电源供给旋转门控制板 (LCM02) 和远程控制板及传感器板, 这次雷击的过程中, 电源模块并没有损坏, 而且连接旋转门就地控制部分与远程控制部分的通讯电缆及电源电缆均为屏蔽电缆。这样基本排除了由电源部分引起旋转门控制板 (LCM02) 和远程控制板以及读卡器损坏的可能。
进一步观察我们发现受损的旋转门周边的建筑物上都安装了避雷针且避雷针距离旋转门很近, 靠近避雷针的旋转门均受到了雷电冲击。由此我们得出结论:由于避雷针的存在, 保护了核电站的高大设备, 但是因为避雷针距离门体不到20米, 打雷时避雷针周边形成强大电场, 感应电流通过地下管线进入旋转门设备烧坏电路板和读卡器以及其它重要部件。所以避雷针同时也是引雷器, 避雷针在保护高大建筑的同时, 其感应电流可能损坏其附近的设备。
由于现场条件限制, 我们无法改变厂区避雷针的位置, 只能通过增加防雷模块的办法来防止旋转门上的控制板、读卡器以及双读卡器模块被雷击损坏, 加强其抗雷击能力。因此维修人员采取了如下改进措施进行来加强门禁系统抗雷击能力:
(1) 在旋转门COM板进线处新增进线防雷箱
(2) 在相应电源端、测控端等加上防浪涌保护器SPD并进行等电位连接
(3) 在旋转门门体电源处与信号处增加了电源与信号防雷器并调整布线
加强门禁系统抗雷击能力示意图如图2所示。
5 结论
本文从今年三月份该核电站门禁系统遭受雷击这一突发事件的角度, 通过勘察雷击现场, 对门禁系统遭受雷击的设备进行统计分析得出故障原因, 依据建筑物电子信息系统防雷技术规范等国标文件并结合某核电站门禁系统现场实际情况采取了相应的改进措施。改进完成后几次雷雨天气并没有给门禁系统带来不利影响, 一年多时间的连续安全运行证明此次改进后门禁系统抗雷击能力得到了切实提高。
防雷保护是一项系统工程, 在保护配置上应根据保护原则具体问题具体分析, 根据系统设备的重要程度和防雷保护的要求等级进行多层次、全方位的综合防御, 建立完善的纵深防御体系, 即使有了完整的防雷系统, 仍不能麻痹大意。定期检查是防雷系统后期维护的必要措施, 每年应在雷雨季节到来之前, 对防雷系统进行一次安全检查。雷雨季节间, 应该加强巡视, 检查防雷设备的性能, 及时发现并消除隐患。
摘要：针对某核电站门禁系统的防雷保护问题, 从分析雷击种类、入侵途径和防雷措施入手, 以2013年三月份某核电站门禁系统遭受雷害事件为例分析某核电站门禁系统在防雷方面存在的问题并进行相应改进。
关键词：核电站,门禁系统,雷击,防雷保护
参考文献
[1]建筑物电子信息系统防雷技术规范[Z].中华人民共和国核行业标准, 2012.
[2]视频安防监控系统工程设计规范[Z].中华人民共和国核行业标准, 2007.
雷击对铁路信号系统的影响探讨 篇4
关键词：雷击,铁路信号系统,影响分析
0引言
火车和高铁是人们远距离出行的首选交通方式,近年来,我国不断加大对铁路系统的建设力度,在资金上也提供了较多的支持,促进了铁路交通系统的进步。但是,由于起步较晚,发展时间短,铁路系统还存在着各种各样的问题,尤其是铁路信号系统,很容易受到环境因素的影响,导致铁路事故频频发生。因此,需要对铁路信号系统进行研究和分析,找出影响因素,并提出补救措施。
1雷击对铁路信号系统的影响分类
雷击对铁路信号系统的影响主要分为六类,即电磁脉冲、电磁感应、轨道电路、冲击波、雷电浪涌和直接雷击[1]。首先,电磁脉冲指的是雷电正面集中铁路信号系统时所产生的雷电电池脉冲现象,主要原因是安装了铁路信号系统的建筑物或者铁路信号系统附近的其他物体没有对抗雷电的能力,使得雷击作用在信号系统内,形成不稳定电流或者电压,这种电磁冲脉会损害信号设备,破坏信号系统的秩序,危害很大。第二,电磁感应是铁路信号在传输过程中受到雷电侵扰的现象,又叫做感应雷,主要是铁路信号线路、电力线和信号设备之间的连接出现问题引起的。第三,轨道电路,由于铁路信号系统的轨道电线设置的高度较高,超出了地面,在遇到地形条件较复杂或者气候恶劣的区域时,就容易受到环境的影响,成为雷击的对象。第四,冲击波,冲击波和轨道电路是相互联系的,当雷电击中突出的轨道电路时,高速行驶的雷电电流就会形成一种破坏力较强的冲击波,这种电波可以通过高压避雷针或者击穿变压器进行转化处理,形成一种电容耦合的流通方式,这样就能够大幅度的降低电流和电压的能量,保证信号电源设备不受电波的影响。第五,雷电浪涌,指的是雷击在破坏铁路信号系统的同时,把携带的一部分电流传送到与铁路信号系统相联系的计算机系统内,对整个铁路系统产生不良作用的现象。雷电浪涌的危害力最大,雷击发生时,铁路信号系统本身和附近的电子设备甚至手机都会成为被侵害的对象,破坏范围广,且速度较快,很难预防。第六,直接雷击,指的是雷电对一定区域内的建筑物、钢轨、电线线路、电子设备等进行大规模的直接破坏,阻断信号传输的线路,危害较大。
2雷击影响铁路信号系统的主要途径
雷击对铁路信号系统进行破坏主要从3个方面入手,交流电源、轨道电路、电缆通道。交流电源位于铁路系统的高低压绝缘层下方,如果避雷针、高压变压器等设备发生故障,雷电就能够直接到达交流电源系统。目前很多铁路信号系统大多选用导电的钢铁作为建设材料,尤其是轨道电路,通常是大面积裸露的钢轨,很容易受到雷电波的影响,而且,由于钢轨的导电性能较强,它在接受雷击时还会将一定的电压和电流传送到其他设备中,对其他器材造成了破坏。另外,电缆通道也是雷击发生作用的主要方式,尤其是一些地下电缆,最常发生,主要原因是云层与土地之间能够通过放电产生一种垂直电厂或者水平电场[2],这时地下电缆如果存在破绽,就会成为雷击破坏铁路线好系统内部的有效工具。
3铁路系统降低或避免雷击影响的有关措施
3.1安装防雷设备
防雷设备主要指的是避雷针、避雷线、避雷网等,其中,避雷针的应用范围最广,尤其是在一些面积较小的工程或者建筑物上,能够起到较好的保护作用,且较为常见,费用较低。避雷线和避雷针的区别在于它和普通的电线很相似,通常被悬挂在需要保护的物体之上,需要注意的是,它的保护范围比较小,而且悬挂的方式也有一定的要求。避雷网是扩大了的避雷线,它的优点是扩大了避雷的保护范围,缺点是费用较高。
3.2优化室外环境
优化室外环境,应该及时的将铁路信号系统的外部电缆、设备和钢轨等进行屏蔽覆盖处理,增加雷电流通的阻力,保证铁路信号系统和周围环境的安全。工作人员应该树立起一定的安全意识,及时清理建筑物附近能够导电的物品,特殊天气内不使用手机、电话等通讯设备,阻断雷电电流和铁路信号系统之间的联系,叨叨防雷的效果。
3.3加强室内放雷
首先,应该对加强对电源系统的保护,及时修补线路漏洞,对一些低压线路安装适当的低压保护设备,建立一个完整的绝缘层组织雷电电流的涌入。进行室内保护时,应该将重点放到核心电子机柜上,做好检查和维修工作[3]。计算机系统掌控着整个铁路信号系统,且各线路之间连接方式较为复杂,一旦受到影响,维修起来难度较大。因此,应该保证计算机系统和室内室外之间连接线路的安全,适当的增设防护网,增强屏蔽性能。
4结束语
雷击对铁路信号系统的影响类型较多,途径较广,一旦出现线路或者环境上的漏洞,就很容易增大被雷击中的可能性。因此,应该尽快对铁路信号系统进行检查和维修,增设屏蔽保护设备,创建安全的室内室外环境,阻断雷电与系统之间的联系,最大限度的降低雷击危害。
参考文献
[1]卢剑锋.雷击对铁路信号系统的影响研究[J].电子技术与软件工程,2015(08):57.
[2]卢萍,沈怀密,王建福.雷击对铁路信号系统的影响分析[J].城市道桥与防洪,2015(10):210-212+25.
雷击监测系统 篇5
图2中, 雷电通道与CLO PLUS设备与854液位变送器间信号线发生电容性耦合, 信号线上的感应电流双向传播, 流经各自设备后分别通过PE1与PE2流入大地, 对此, 我们可以建立一个电路模型来大致分析受感应导体承受的感应电压, 为方便起见, 只选择CLO PLUS设备来建立如图3电路模型:把雷电通道比作噪声导体, 把雷电通道与受感应信号线间电容用CS来表示, RL为受感应设备CLO P LUS接地总电阻值, CL为其对地电容, US代表雷电通道对地电压, Un即为受感应设备CLO PLUS与地电压值。
将图2进一步转化为图4后, 很容易得到
当噪声电压的频率较低时, 阻抗RL远小于CL和Cs的阻抗时,
当噪声电压的频率较高时, 阻抗RL远大于CL和Cs的阻抗时,
由 (2) 与 (3) 式可知, 受侵害设备所遭受的电容性雷击大小正比于雷电噪声电压Us, 雷电噪声频率f, 雷电通道与信号线间电容Cs, 受侵害设备对地阻抗RL。一般雷电噪声电压Us, 雷电噪声频率f往往不可控, 结合实际并考虑我们机场油库CLO PLUS系统设备, 可以考虑以下三个措施来尽量降低CLO PLUS系统遭受的电感性雷击。
(1) 尽量减小CLO PLUS设备的接地阻抗RL, 由R=ρL/S可知, CLO PLUS接地阻抗应尽量短, 在规范允许内适当粗一点。
(2) 尽量减小雷电通道与信号线间电容Cs, 由C=ΞS/4лk D可得, 应增大雷电通道与信号线间距离D来减小其电容, 实际做法可将电源线与控制系统信号线分开铺设, 尤其是高建筑物 (油库区高杆灯、安保系统摄像头) 电源线最好与854液位传送信现场变送信号线分开铺设。
(3) 由于高频信号容易产生耦合, 因此高频信号宜与低频信号线分开铺设, 油库安保系统视频信号线即为高频信号线, 宜与854液位传送信号线分开铺设。
另外, 由于条件的限制, 以上办法难以做到万无一失, 实际还可采用屏蔽信号线的办法来达到减小电容性耦合侵害的目的, 如图5所示, 当受感应信号线的外层包了屏蔽层后, 上面所述的感应的噪声电压Un便作用在屏蔽层上。
(1) 如果屏蔽层不接地, 受感应信号线和屏蔽层之间的分布电容Ces上没有电流, 则受感应导体上接受到的噪声电压就是屏蔽体上所感应的噪声电压。
(2) 如果屏蔽体接地, 因为屏蔽层上的电压为零, 所以受感应信号线上的噪声电压也为零。
由于受感应导线不可能全部封闭在屏蔽体内 (包括导体两端外露和编织屏蔽层的空隙) , 所以实际情况要复杂一些。为了获得良好的电场屏蔽, 需要做到以下几点。
(1) 最大限度的减小信号线延伸到屏蔽之外部分的长度。
(2) 为屏蔽层提供一个良好的接地, 从这点上我们可以得到启发, 即检查油库库区与自控楼所有铠装电缆是否已接地。
摘要：自从今年4月份以来, 我所在单位的某油库854油罐自动计量系统CLO Plus芯片卡件屡次遭受雷击, 致使人机界面数据显示错误, 无形之中加大了作业值班组的风险压力, 给该油库的正常运转作带来了极大的不便。如下为854油罐自动计量系统信号简化流程图, 我们将从防静电感应雷击保护措施方面来分析CLO Plus芯片卡件可能遭受的雷击途径以及改进建议。
雷击风险评估管理系统设计与实现 篇6
国外已逐渐形成一套完整的雷击风险评估体系, 制定了多项防雷技术标准和评估方法。在美、英、德等多国也都开发出了相应的雷击风险评估系统。但这些风险评估系统参考的标准技术方法比较复杂, 结构庞大, 而且大都建立在国外防雷工作经验基础上, 没有能考虑到中国广袤大地的情况差异以及中国的国情, 因此其体系和相应的评估系统只能被我们借鉴参考、学习, 不适宜完全照抄照搬或全盘引用。目前在国内符合国家标准和评估规范的评估系统相对缺少尚且不够成熟。
《雷击风险评估管理系统》遵循最新颁布的雷击风险评估规范——《雷电防护第2部分:风险管理》GB/T 21714.2-2008, 采用C#语言, 结合国家气象局已组建的闪电监测预警网、谷歌GPS卫星定位地图等系统, 建立起一套完善的雷击风险评估管理系统。该系统能实现雷击风险评估过程科学化、计算过程自动化、计算结果客观化。界面简洁、操作简单的系统, 统一化的评估技术报告不仅提高了雷击风险评估工作的效率, 还利于在各地区开展雷电风险评估工作。雷电风险评估系统的先进性和技术报告的严密科学性可以在全国范围内推广。
1 雷击风险评估管理系统功能模块和主要功能说明
《雷击风险评估管理系统》遵循规范的基础, 结合实际风险评估工作的业务流程和特点设计, 整个系统划分为方案管理、系统工具、文档管理、用户管理4个主要模块。
1.1 方案管理
1) 原始评估记录:用户将要进行风险评估的对象的具体勘测数据如实记录入系统。对评估对象建立相应存储空间, 并在需要时调出这些数据作为评估、对比等用途;
2) 方案设计:对一个项目进行多种类型的风险评估, 如单独对人身伤亡损失风险R1、公众服务损失风险R2、文化遗产损失风险R3、经济损失风险R4进行评估, 也可以对其任何一种组合进行风险评估;
3) 效益分析:自动化生成的风险分量百分比的表格, 各种风险所占总风险的百分比一目了然;提供了多种 (最多3种) 防雷整改方案的评估, 并与原始评估结果对比, 智能经济损失风险评估, 自动判断采取的防雷整改方案是否合理。
1.2 系统工具
1) GPS定位地图:连接Internet, 轻松找到被评估对象经纬度;
2) 中国雷电监测预警网:多种方式实时查询全国各地雷电状态, 显示详细的雷电资料和密度分布图;
3) 中国防雷资料网:评估过程中随时查到所需技术资料;
4) 雷电资料导入:将国家雷电监测预警网实时雷电资料数据导入系统;
5) 字典维护:对风险评估过程涉及参数进行维护;
6) 数据库维护:对当前系统所连接的数据进行备份或恢复操作。
1.3 文档管理
1) 雷击风险评估报告模板:雷击风险评估报告模板;
2) 雷击风险评估协议书:雷击风险评估协议书。
1.4 用户管理
1) 系统登录模块:负责验证各种用户身份, 根据不同的用户权限决定其管理内容;
2) 权限设置模块:此模块只有管理员才有权限, 管理员可以根据情况对各栏目的属性进行基本的设置。
2 雷击风险评估管理系统的的实现技术
2.1 Client/Server模式
C/S模式又称为客户机/服务器模式, 是90年代发展起来的一种主/从结构的分布式处理环境, 它的特点是将应用分解为两部分:客户进程 (Client Process) 和服务进程 (Server Process) , 即前台和后台。客户进程与用户打交道, 一般运行在Microsoft Windows提供的GUI (Graphic Unit Interface) 下;服务进程与数据库打交道, 一般通过SQL (Structured Query Language) 查询语言实现, 前端是对用户的界面, 后端是对数据库的处理。这种对信息分布式处理的模式大大减少了网间数据的传输量, 处理速度快, 并能高效实现资源共享。其结构如下:采用Client/Server结构, Client端只要将请求发给Server端, 而Server端在处理完请求之后, 只是把结果返回给Client端。实际上在网络传输的只有SQL语句和结果数据。同时, Client负责友好的界面与用户交互。而Server专门负责数据库的操作、维护, 提高了整个系统的吞吐量和响应时间。
2.2 数据管理系统SQL Server2005
Microsoft SQL Server2005是由一系列相互协作的组件构成, 能满足最大的Web站点和企业数据处理系统存储和分析数据的需要。SQL Server2005的客户/服务器提供了许多传统主机数据库所没有的先进功能。数据访问并局限于某些已有的主机数据应用程序。SQLServer2005的一个主要优点就是与主流客户服务器开发工具和桌面应用程序紧密集成。可以使用许多方法访问SQL Server2005数据库。
SQL Server数据库体系结构的核心是服务器, 即数据库引擎。SQL Server数据库引擎负责处理到达的数据库请求, 并把相应的结果反馈给客户端系统。SQL Server充分利用了可设置优先权的多任务、虚拟内存和异步I/O功能。SQL Server数据库引擎可在多线程内核上创建, 这样在处理多个事务的时候可获得较高的性能。它包括的支持开发的引擎、标准的SQL语言、扩展的特性 (如复制、OLAP、分析) 等功能, 以及像存储过程、触发器等特性。
SQL Server2005数据库系统的服务器负责创建和维护表和索引等数据库对象, 确保数据完整性和安全性, 能够在出现各种错误时恢复数据。SQL Server2005的客户端可完成所有的用户交互操作, 将数据从服务器检索出来后生成副本, 以便在本地保留, 也可以进行操作。
由于SQL Server200_5的强大功能, 特别是其全文检索功能, 支持从纯文本到二进制数据的检索, 如WORD文档、EXCEL电子表格等等, 其文本性数据类型支持量相当庞大, 因此系统中主要利用SQL Server进行文本保存, 方便查询和检索, 同时为进一步扩展其功能奠定基础。
2.3 面向对象系统开发方法
面向对象 (OO, Object Oriented) 的系统开发方法, 是近年来受到关注的一种系统开发方法。面向对象的系统开发方法的基本思想是将客观世界抽象地看成是若干相互联系的对象, 然后根据对象和方法的特性研制出一套软件工具使之能够映射为计算机软件系统结构模型和进程, 从而实现信息系统的开发。
3 结论
《雷击风险评估管理系统》的设计遵循最新颁布的雷击风险评估规范, 结合评估工作的业务流程和特点, 依据被评估对象的数据自动计算出评测结果, 并提供多种措施方案对比可对其进行经济效益评估, 以表格和柱形等多种形式图表的形式辅助用户做出最符合实际的方案决策。本系统操作简单、界面友好。系统实现雷击风险评估过程科学化、计算过程自动化、计算结果客观化。界面简洁、操作简单的系统, 具有较强的实用性与通用性。
统一化的评估技术报告不仅提高了雷击风险评估工作的效率, 还利于在各地区开展雷电风险评估工作。本系统的开发拓展了雷电防护应用技术的领域, 项目完成并推广以后会提高本地区防雷中心科技服务水平, 并对提高经济效益起到很大的推动作用。
参考文献
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雷击监测系统 篇7
关键词：铁路信号,雷击故障,防雷害
铁路信号系统是保障铁路行车安全的必要设施。随着经济飞速发展,铁路网越来越复杂,列车的速度与密度都在不断增加,对铁路信号系统的安全性、稳定性要求也越来越高。在实际运用中,雷击对铁路信号系统的危害最大,雷击可导致整个信号系统、整个站所、调度指挥中心陷入瘫痪,并可引起信号错误显示,进路提前解锁等一系列高危故障,所以信号系统的防雷,历来备受重视。信号系统建立之后,首要任务就是完善防雷系统,逐级设置防雷元件,尤其是防雷地线的电阻必须符合技术要求,每年还要及时进行防雷元件、地线的电气特性测试。即使采取了如此多级、全面的措施,有时,雷电流也会强击而入。
我部自铁路信号系统建立以来也经历了几次较大的雷击故障。下面仅就近年遇到的两例雷击故障谈一谈心得。
2009年7月,王营子站遭遇雷雨天气,在几个响雷过后,控制盘显示站场车区轨道电路显示红光带,接到故障通知后,信号工区班长带人到现场进行处理。初步观察故障现场后,判断是室外轨道送电箱里熔断器断路故障,马上派人去现场更换熔断器,现场检查发现,有几个轨道送电箱内熔断器爆断,但不是所有的轨道送电箱都存在这种现象,更换几个熔断器后,故障未消失。室内排查人员进行逐级电压测试,因为不是全站设备故障,首先排除了外电网电源故障;在电源屏测试轨道电压220V输出正常;测试人员去室外电缆接线柜零层测试轨道送电电压,在熔断器座上、下口分别测试后发现,该熔断器已熔断,马上更换熔断器,但更换熔断后该熔断器马上熔断。经采集分析,研究认为有两种可能导致熔断器送不上:(1)室外电缆遇雷击后线间短路或绝缘层击穿接地;(2)室外轨道电路送电变压器线圈雷击短路。
首先对第一种情况进行排查:对室外电缆进行接地电阻测试,经测试,接地电阻都在20M以上,排除了电缆接地故障。第二种情况排查起来较复杂,因为东区所带设备较多,一一排查,耗时太长,最后决定采用分段筛选法,把东区电缆分为几段,逐一进行测试,分段筛选即采用“编号法”把东区共分为5组电缆,分别挂熔断器测试,当测试到第3组电缆时,发现就是这组电缆引起熔断器送不上,在室外又进行分段排查,先从几颗电缆中筛选故障电缆,发现东6号电缆存在故障。6号电缆共7处轨道电路送电,对这7个轨道电路进行逐一检查,发现是7DG轨道送电箱内轨道变压器因雷击导致线圈短路,更换轨道变压器后,进行送电试验,故障消除,设备正常运行。
分析总结:故障原因为打雷时雷电流由轨道送电电路侵入,将轨道送电变压器线圈击穿,造成短路,以至机械室轨道送电熔断器送不上。
防范措施:轨道送电设备裸露在室外,雷雨天气易发生雷害,对这种轨道电路,采取单级防雷远远不能满足实际生产中对雷害的防护,应在设备终端再采取二级或多级防雷措施。2010年7月,我部海州东站遭遇雷击故障,所有进路不能排,控制台显示红光带,白灯光交替闪,有几架信号机及信号机复示器自动亮白灯,机械室组合架零层熔断器JZ熔断器管爆裂,整个站所基本陷入瘫痪,故障现象比较复杂。第一步,对控制台零层电源逐个测试,经检测,控制台零层各项电源全部正常。第二步,对机械室组合架熔断器进行更换,更换熔断器后,控制台光带灯逐渐显示正常。可有一个架的KZ熔断器更换后立即爆掉,初步判断,JZ电源混线。逐架对JZ电源环线进行测试、筛选后,故障点集中在23架上,逐层对JZ电源环线进行排查,最后在23架4层56-58DG区段组合上,控制台轨道光带出现紊乱,而光带使用JZ24V、JF24V交流电源,经过分析判断,该故障是由于雷电流袭击后,控制台JZ电源窜入组合架零层。观察组合间配线,没有出现烧焦等现象,而控制轨道光带的继电器DGJF是重点,现场拔下该继电图1器,发现该继电器插座隔墙因雷电流袭击被烧焦后导致JZ、JF电源短路,对轨道光带显示异常组合里的轨道复示继电器进行一一排查,故障原因果然都是继电器插座隔墙被击穿所导致的混线故障。更换继电器插座后,故障消失。
总结分析:(1)故障原因:事后对该站设备进行了详细调查,发现因为调度室通讯天线防雷地线接地电阻增大,以至雷电流不能释放,在袭击了通讯设备后,沿控制台电线路侵入到机械室。(2)雷害形成路径:控制台遭雷电流袭击后,先将部分轨道光节二极管击穿,信号机复式器二极管击穿,二极管击穿后导致控制台零层保险丝熔断。剩余未能释放的雷电流沿控制台与机械室联系电缆侵入到机械室,因控制台使用的是交流24伏电源,而轨道复式继电器DGJF是交流24伏电源的负载,必然成为雷电流的袭击目标。(3)防范措施:(1)雨季增加定期对通讯防雷地线进行测试次数。(2)遇较大雷雨天气考虑关闭不必要用电设备。(3)考虑对如直流24伏及交流24伏等电源加防雷设备。
几起雷击事故后,我们考虑对雷电的事后处理不如先加强工作力度。针对地区结构特点,对原有的防雷系统进行了一些改造:(1)原有信号防雷装置存在的主要问题。(1)防雷元件响应时间长。信号设备防雷装置中大量使用的还是金属陶瓷放电管和氧化锌压敏电阻,这些器件对防护现带微电子设备、集成电路等器材,意义不大。现代信号防雷观念应该由高压、过流数值参数向时间参数转变。(2)现有信号设备只采用单级防护。我部的信号设备防雷只考虑了在区间箱内加装防雷组合,不利于雷电流逐级释放,缓解雷电对信号设备的影响。(2)几点改进措施。(1)采用国家认证的降阻剂地线产品。(2)采用更理想的电源防雷器件,如德国的OBO-V20标准型电源防雷器,它经过国际认证,设计精良,稳定可靠,动作迅速,是一种降低电压的雷电保护装置。当电源线因雷击或其他它因素导致产生高静电电压时,能在25ns内迅速动作,将感应雷电流释放到大地,就此保护电路上的相关设备。2012年,在采煤站、五龙立井站等信号机械室电力电源引入口处,分别应用这类器件,并进行现场试验,试验电路如图1。试验证明,此类防雷器件与当前集成电路、微电子电路极为配套。它既可用在交流电路的防护上,也可用于直流电路的防护上。经过试用,上述车站尚未发生过由雷电引发的信号设备故障,防护效果十分明显。(3)在区间采用多级防护模式。针对区间防雷方案中采用单级护护的缺点,进行电路整治,见图2。首先在矸盒增加了OBO第一级防护,并在电力杆下埋设了防雷地线加降阻剂,同时将引接电源电缆装铁皮连接到杆上盒地线连接处。其次在区间箱电源引入加装了OBOII级防护保护器,并把铠装电源电缆铁皮连接在区间箱防雷地线上。这样就达到了将雷电流2次释放的目的,同时通过凯装电缆铁皮的搭接达到了等电位的目的,减轻了雷电流对设备的冲击。此方案在王营站、205站信号试验效果明显。