CN204681066U - 雷电预警及防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种雷电预警及防护系统，包括监控中心和站点监控系统，站点监控系统包括地面电场传感器、信号防雷模块、信号预处理模块、单片机、网络模块、交流接触器、电源电涌保护器、电池供电模块、电池监测模块、电源控制模块；监控中心通过网络模块与单片机进行数据传输通信；地面电场传感器依次通过信号防雷模块以及信号预处理模块与单片机相连；单片机用于控制交流接触器的工作状态；交流接触器通过电源控制模块与雷电保护设备相连，电源控制模块还与电池供电模块相连。本实用新型能隔离雷电保护设备，彻底杜绝雷电产生的电流流进入雷电保护设备，提高雷电保护设备的稳定性能及安全性能，降低故障率，延长雷电保护设备的使用时间。

Description

雷电预警及防护系统

技术领域

本实用新型涉及一种铁路系统运行中的雷电预警及防护系统。

背景技术

随着我国铁路大建设的兴起，GSM-R系统逐渐覆盖了整个国内铁路沿线。青藏铁路、胶济铁路、郑西铁路、武广铁路等多条铁路通信系统中均引入了GSM-R系统。与此同时，GSM-R系统逐渐成为了铁路通信工程的重中之重。随着该系统的应用普及，其基站受到雷击影响导致高铁停运的隐患越来越大，对铁路的安全运行极为不利。

保障通信顺畅是铁路系统的安全保证的前提，其运行状态直接决定铁路系统运行的安全和效益。近年来，随着全球持续变暖，雷电活动越来越频繁，使得铁路沿线各类通信设备受到的雷击威胁越来越大。与此同时因运力提高，列车越来越密集发送，一旦通信中断，一定会导致铁路运输中断，产生不良社会影响和经济损失，甚至引发重大事故造成严重的后果。而目前的并联防雷器等常规防雷技术存在隔离不到位或防雷器件被击穿，有少部分雷电流还会进入到后续设备，导致设备损坏等问题。故随着铁路运输网的进一步发展扩大，特别是高铁网不断扩大，铁路沿线的通信基站越来越多，如何进一步提高基站设备的防雷保护效果，成为一个紧迫的课题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的旨在于提供一种能完全隔离雷电保护设备，以提高该设备稳定性能，降低故障率的雷电预警及防护系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种雷电预警及防护系统，包括监控中心和站点监控系统，所述站点监控系统包括地面电场传感器、信号防雷模块、信号预处理模块、单片机、网络模块、交流接触器、电源电涌保护器、电池供电模块、电池监测模块、电源控制模块。

所述监控中心通过网络模块与单片机进行数据传输通信；所述地面电场传感器依次通过信号防雷模块以及信号预处理模块与单片机相连；所述单片机用于控制交流接触器的工作状态。其中，地面传感器用于获得实时电场信号。信号防雷模块用于防护从地面电场传感器可能进来的雷击。信号预处理模块用于对地面电场传感器获得的实时电场信号进行IV转换、噪声处理、放大、滤波，以便于后续单片机采集。网络模块将监测到的电场信号等数据及报警传输到监控中心。单片机用于实现对电场值的采集以及控制其他模块的协同工作。

所述交流接触器通过电源控制模块与雷电保护设备相连，所述电源控制模块还与电池供电模块相连；所述单片机还通过电池监测模块监测电池供电模块的工作电压；当交流接触器断开时，电源控制模块控制电池供电模块为雷电保护设备供电；所述电池供电模块还为地面电场传感器、信号防雷模块、信号预处理模块、单片机、网络模块、 交流接触器以及电源电涌保护器供电。交流接触器用于在单片机监测并判断到将要发生雷击的时候，交流接触器断开以切断外部交流电供电，并转由通过电源控制模块使得电池供电模块为雷电保护设备供电。电源电涌保护器用于主要抑制雷电时传导过来的线路过载电压和过载电流，保护雷电预警及防护系统和后续的雷电保护设备不受破坏。电池监测模块具体用于监测电池供电模块的工作电压。

优选的，所述电池监测模块包括电阻R1以及电阻R2，所述电阻R1的一端与电池供电模块的电源输出端相连，所述电阻R1的另一端通过电阻R2接地，所述电阻R1的另一端还与单片机相连。

优选的，所述电池检测模块还包括稳压管D1、电容C1以及电容C2；所述稳压管D1的负极与阻R1的另一端相连，所述稳压管D1的正极接地；所述电容C1、电容C2分别与电阻R2并联。

优选的，所述站点监控系统还包括显示模块、键盘模块以及用于存储短期数据的存储模块，所述显示模块、键盘模块以及存储模块均与单片机相连，所述显示模块、键盘模块以及存储模块均通过电池供电模块供电。显示模块用于显示实时监控的重要数据信号及操作提示。存储模块用于本地的短期数据存储。

优选的，所述显示模块为LCD电阻触屏。 

优选的，所述电源电涌保护器的型号为AM1-80/NPE或MC1-40K3853+NPE。

优选的，所述交流接触器的型号为CJX2-3210。

优选的，所述单片机的型号为STM32系列中的任一种。

本实用新型的有益效果如下：

该雷电预警及防护系统能实时监测雷电并完全隔离雷电保护设备，以使得雷电保护设备免遭雷击损坏，从而能够大幅提高雷电保护设备的稳定性，降低故障率，提高使用寿命，保障铁路运输安全可靠。电池供电模块的设置，还能在外部交流电源被切断之后，实现持续对雷电保护设备供电的功能。

附图说明

图1为本实用新型雷电预警及防护系统的较佳实施方式的模块图。

图2为本实用新型中电池监测模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

请参见图1，本实用新型涉及一种雷电预警及防护系统，其较佳实施方式包括监控中心和站点监控系统，站点监控系统包括地面电场传感器、信号防雷模块、信号预处理模块、单片机、网络模块、交流接触器、电源电涌保护器、电池供电模块、电池监测模块、电源控制模块。

监控中心通过网络模块与单片机进行数据传输通信；地面电场传感器依次通过信号防雷模块以及信号预处理模块与单片机相连；单片 机用于控制交流接触器的工作状态。其中，地面传感器用于获得实时电场信号。信号防雷模块用于防护从地面电场传感器可能进来的雷击。信号预处理模块用于对地面电场传感器获得的实时电场信号进行IV转换、噪声处理、放大、滤波，以便于后续单片机采集。网络模块将监测到的电场信号等数据及报警传输到监控中心。单片机用于实现对电场值的采集以及控制其他模块的协同工作。

交流接触器通过电源控制模块与雷电保护设备相连，电源控制模块还与电池供电模块相连；单片机还通过电池监测模块监测电池供电模块的工作电压；当交流接触器断开时，电源控制模块控制电池供电模块为雷电保护设备供电；电池供电模块还为地面电场传感器、信号防雷模块、信号预处理模块、单片机、网络模块、交流接触器以及电源电涌保护器供电。交流接触器用于在单片机监测并判断到将要发生雷击的时候，交流接触器断开以切断外部交流电供电，并转由通过电源控制模块使得电池供电模块为雷电保护设备供电。电源电涌保护器用于主要抑制雷电时传导过来的线路过载电压和过载电流，保护雷电预警及防护系统和后续的雷电保护设备不受破坏。电池监测模块用于监测电池供电模块的工作电压，如果监测到电池供电模块欠压无法继续对雷电保护设备进行供电，将会通过单片机控制交流接触器闭合后继续通过外部交流电供电，以维持雷电保护设备的正常运转。具体的，其中的电源控制模块以及电池供电模块组装在一起可以是一个UPS电源，即不间断电源。当然也可以是一个能够同时实现电源控制模块以及电池供电模块这两者的功能的电源系统。其中，电池供电模块也 可以是一个蓄电池组。

其中，优选的，电源电涌保护器的型号也可以是为AM1-80/NPE或MC1-40K3853+NPE。交流接触器的型号可以为CJX2-3210。单片机的型号也可以为STM32系列中的任一种。当然，电源电涌保护器、交流接触器以及单片机的型号还可以根据实际需要进行选择。

如图2所示，具体的，电池监测模块可以包括电阻R1以及电阻R2，电阻R1的一端与电池供电模块的电源输出端相连，电阻R1的另一端通过电阻R2接地，电阻R1的另一端还与单片机相连。电池检测模块还包括稳压管D1、电容C1以及电容C2；所述稳压管D1的负极与阻R1的另一端相连，所述稳压管D1的正极接地；所述电容C1、电容C2分别与电阻R2并联。其中，电池供电模块的电源输出端工作电压经过电阻R1以及R2分压之后接入单片机的ADC转换端口进行ADC转换。电容C1用于稳压，电容C2用于滤除高频信号。稳压管D1起过压保护作用，保护单片机的ADC转换端口。

进一步地，站点监控系统还包括显示模块、键盘模块以及用于存储短期数据的存储模块，显示模块、键盘模块以及存储模块均与单片机相连，显示模块、键盘模块以及存储模块均通过电池供电模块供电。显示模块用于显示实时监控的重要数据信号及操作提示。存储模块用于本地的短期数据存储。优选的，显示模块可以为LCD电阻触屏，当然还可以是其余类型的显示屏。

其具体的工作原理如下：

雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中，积雨云随着温度 和气流的变化会不停地运动，运动中摩擦生电，就形成了带电荷的云层，如果电荷量变得足够强大，即地面与云层的电场强度变化到足够大时，则会击穿空气放电，放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声，这就是雷击，故监测雷云与地面的电场强度可预警即将发生的雷电。本雷电预警及防护系统则是通过监控雷云的与地面电场变化，在雷击前控制断开外部交流电，并使用内部电池供电模块为雷电保护设备供电，当雷击后再自动恢复外部交流电供电。

当没有发生雷击时，交流接触器为常闭式，即该雷电预警及防护系统无论开机与否，也无论故障与否，交流接触器都是闭合的，只有当雷击发生时，单片机才控制其断开。这就使得整个系统的保护效果更好。交流接触器闭合时，电源控制模块使得雷电保护设备接收外部交流电供电，同时为电池供电模块中的电池组充电。无论是否发生雷击，电池供电模保持为雷电预警及防护系统中的相关模块供电。

当即将发生雷击时，地面电场传感器将获得的实时电场信号依次通过信号防雷模块以及信号预处理模块传输给单片机，单片机则控制交流接触器断开，从而切断外部交流电为雷电保护设备供电，与此时同时，电源控制模块控制电池供电模块为雷电保护设备供电。又因为一般雷击的持续时间不会超过4小时，故电池供电模块的供电时间要求4小时左右。为保证供电，当电池监测模块检测到电池供电模块的工作电压低于某个设定值(比如46.5V)时，则通过单片机控制交流接触器闭合，从而强制恢复外部交流电供电，以免电池欠压影响设备运行。此时电源电涌保护器作为保护装置保护后续的雷电保护设备。 本文提到的雷电保护设备一般为铁路系统中的通信基站等野外通信设备。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种雷电预警及防护系统，其特征在于：包括监控中心和站点监控系统，所述站点监控系统包括地面电场传感器、信号防雷模块、信号预处理模块、单片机、网络模块、交流接触器、电源电涌保护器、电池供电模块、电池监测模块、电源控制模块；

所述监控中心通过网络模块与单片机进行数据传输通信；所述地面电场传感器依次通过信号防雷模块以及信号预处理模块与单片机相连；所述单片机用于控制交流接触器的工作状态；

所述交流接触器通过电源控制模块与雷电保护设备相连，所述电源控制模块还与电池供电模块相连；所述单片机还通过电池监测模块监测电池供电模块的工作电压；当交流接触器断开时，电源控制模块控制电池供电模块为雷电保护设备供电；所述电池供电模块还为地面电场传感器、信号防雷模块、信号预处理模块、单片机、网络模块、交流接触器以及电源电涌保护器供电。

2.如权利要求1所述的雷电预警及防护系统，其特征在于：所述电池监测模块包括电阻R1以及电阻R2，所述电阻R1的一端与电池供电模块的电源输出端相连，所述电阻R1的另一端通过电阻R2接地，所述电阻R1的另一端还与单片机相连。

3.如权利要求2所述的雷电预警及防护系统，其特征在于：所述电池检测模块还包括稳压管D1、电容C1以及电容C2；所述稳压管D1的负极与阻R1的另一端相连，所述稳压管D1的正极接地；所述电容C1、电容C2分别与电阻R2并联。

4.如权利要求1所述的雷电预警及防护系统，其特征在于：所述站 点监控系统还包括显示模块、键盘模块以及用于存储短期数据的存储模块，所述显示模块、键盘模块以及存储模块均与单片机相连，所述显示模块、键盘模块以及存储模块均通过电池供电模块供电。

5.如权利要求4所述的雷电预警及防护系统，其特征在于：所述显示模块为LCD电阻触屏。

6.如权利要求1所述的雷电预警及防护系统，其特征在于：所述电源电涌保护器的型号为AM1-80/NPE或MC1-40K3853+NPE。

7.如权利要求1所述的雷电预警及防护系统，其特征在于：所述交流接触器的型号为CJX2-3210。

8.如权利要求1至7中任一项所述的雷电预警及防护系统，其特征在于：所述单片机的型号为STM32系列中的任一种。