作者：吴启琛（中铁第一勘察设计院集团有限公司）
摘要 ：为了能够准确、快速地分析信号设备故障的真正原因，该文采用接地在线监测、智能诊断分析和物联网通信等技术，设计一套铁路信号室内防雷及接地在线监测系统。以综合监测柜为主体设备，配置接地电阻监测、地电位反击监测、成端感应电流监测以及电源线路故障电弧监测等功能单元，对高铁信号机房的雷电流入侵、地电位反击影响、防雷接地实时状况等进行在线监测。可及时发现防雷接地系统的故障及隐患，保障系统稳定、安全地运行，同时降低成本，有助于推动铁路智能化、无人化进程。
随着云计算、物联网、人工智能等新技术的广泛应用，各行各业的数字化和智能化快速发展，高铁信号机房的智能化水平亟待提高 [1]。目前部分铁路防雷接地设施老化严重，机房内缺少对接地装置的接地电阻、设备接地电气完整性、接地汇集线的地电位反击、一二次成端接地效果、电源防雷箱和防雷分线柜中 SPD 报警信号等项目进行在线检测的平台，无法对防雷接地系统进行综合分析 [2-3]，无法及时发现机械室内防雷接地故障和隐患，不利于信号系统可靠地运行[4-5]。因此，该文设计一套铁路信号室内防雷及接地在线监测系统，对高铁信号机房的雷电流入侵、地电位反击影响、防雷接地实时状况等进行在线监测，随时掌握其综合接地状况，及时发现和消除接地隐患，为高铁信号系统稳定运行和高铁运输安全提供有力保障，在实现高效、准确、安全运营的同时，实现铁路信号机房的“状态修”运维模式。
1 系统组成
系统以综合监测柜作为主体设备，配置接地电阻监测 [6]、地电位反击监测、成端感应电流监测、电源线路故障电弧监测等功能单元，对信号机房内的各项内容进行在线监测和数据分析，监测柜通过以太网口向信号集中监测系统提供分析结果和异常告警信息，实现统一监测管理。
1.1 接地电阻监测单元
接地电阻监测功能的执行机构包括测试接点、辅助接地极、测量回路和接地电阻检测单元，其子系统构成及工作原理如图 1 所示。接地电阻监测单元负责在线监测地网的接地电阻值及其变化情况，通过选频测量、滤波、量程自动切换、铁路运行空窗期测量等功能保证测量精度和抗干扰能力，可通过人机交互屏设置自动测量时段，提供接地电阻数据变化曲线，当发生地网电阻超限时自动报警。测量原理如图 1 所示。
接地电阻监测子系统的基本监测方式为主动测试，当上层系统定时，自动测试指令或人工触发测试指令下达，且测试回路接通可用后，测试电路通过信号源向远端电流极主动注入测试电流，获取被测点与电压极之间的对应电压返回值，将其与测试电流值一并进行模数转换和接地电阻阻值计算，对计算结果进行存储、调用、比对，剔除由于采样错误或计算错误导致的错误数据，对剩余的正确数据进行归集、调用，依托算法生成数据曲线、表格等内容，返回至系统进行统一显示。
1.2 地电位反击检测单元
地电位反击监测功能的执行机构包括工频电流互感器、雷电流互感器、测量回路和地电位反击监测单元，如图 2 所示。工频电流互感器和雷电流互感器通过电磁感应原理采集接地汇集排与地网连接路径上的工频电流和雷电流，经过一次 / 二次绕组间的转换，将电流模拟量信号提供给地电位反击监测单元，地电位反击监测单元负责对模拟量信号进行滤波、采样，形成数字量信号，进行存储及相关计算，当发生反击超限时自动报警。
地电位反击的基本监测方式为被动实时测试，该系统设备不主动向被测结构对象施加测试信号，当相应结构中发生工频强电或雷电流冲击时，互感器被动接收感应信号，完成采样工作，该过程充分保证监测结果的真实性，准确地反映冲击详情。采样数据经过转换和存储后，由柜内功能单元及配套软件对其进行筛选，剔除由于采样错误或计算错误导致的错误数据，对剩余的正确数据进行归集、调用，依托算法生成数据曲线、表格等内容，返回至系统进行统一显示。测量原理如图 2 所示。
1.3 成端感应电流监测单元
成端感应电流监测功能的执行机构包括工频电流互感器、雷电流互感器、测量回路、成端感应电流监测终端、成端感应电流监测功能单元。其基本监测采样原理与地点位反击监测功能相同，但考虑到电缆井与信号机房之间的空间距离问题以及信号传输稳定性问题，将该功能下的滤波、采样、模数转换环节前置，由成端感应电流监测终端实现，该终端将处理好的信息通过 485 总线上传至监测柜内的成端感应电流监测功能单元，进行存储及相关计算，当发生反击超限时自动报警。成端感应电流的基本监测方式也为被动实时测试。测量原理如图 3 所示。
地电位反击及成端感应电流的基本监测方式为被动实时测试，该系统设备不主动向被测结构对象施加测试信号，当相应结构中发生工频强电或雷电流冲击时，互感器被动接收感应信号，完成采样工作，该过程充分保证监测结果的真实性，准确地反映冲击详情。采样数据经过转换和存储后，由柜内功能单元及配套软件对其进行筛选，剔除由于采样错误或计算错误导致的错误数据，对剩余的正确数据进行归集、调用，依托算法生成数据曲线、表格等内容，返回至系统进行统一显示。
来源：中国新技术新产品2023.8
