機(jī)場(chǎng)防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳 偉

(上海電科臻和智能科技有限公司,上海 201401)

0 引 言

目前,隨著智能信息系統(tǒng)的應(yīng)用,機(jī)場(chǎng)基礎(chǔ)建設(shè)也隨之提高。機(jī)場(chǎng)由原來(lái)的數(shù)字機(jī)場(chǎng)結(jié)合信息技術(shù)的應(yīng)用轉(zhuǎn)型至智慧機(jī)場(chǎng),其更高效的傳感器、通信設(shè)備應(yīng)用對(duì)耐壓要求越來(lái)越高,造成系統(tǒng)更容易遭受雷電波入侵,導(dǎo)致設(shè)備損壞。為此,需要建立可追溯的智能化監(jiān)控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多元管理任務(wù),將被動(dòng)性的防雷保護(hù)提升為可視化、主動(dòng)性的智能防雷網(wǎng)絡(luò)。

1 機(jī)場(chǎng)基本信息及雷擊危害性

1.1 基本信息

機(jī)場(chǎng)其地理位置于空曠地帶,按GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]劃分為第二類防雷建筑物,其根據(jù)雷電活動(dòng)頻率和災(zāi)害的嚴(yán)重程度,按GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》[2]第3.1.2條規(guī)定劃分為中雷區(qū)。該區(qū)域易遭受雷擊,對(duì)其設(shè)備和人員有較大的危害。

1.2 雷擊危害性

機(jī)場(chǎng)具有運(yùn)輸密度大、人員密集、安全等級(jí)要求高等特點(diǎn),現(xiàn)場(chǎng)配備大量的機(jī)電、通信、監(jiān)控等電氣、電子設(shè)備,如受到雷擊脈沖(過(guò)電壓)的入侵會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)備故障,威脅機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)行,引發(fā)巨大的人身安全事故和財(cái)產(chǎn)損失,可按區(qū)域進(jìn)行有效的防雷監(jiān)控規(guī)劃設(shè)計(jì)。

各子系統(tǒng)失效分析如表1所示。

表1 各子系統(tǒng)失效分析

2 雷電防護(hù)提升

目前,各防雷系統(tǒng)所采用的監(jiān)測(cè)管理手段相對(duì)落后,維護(hù)的智能化管理程度低,沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)性的監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)軟件平臺(tái),無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。機(jī)場(chǎng)配電設(shè)備具有種類多、設(shè)備分布廣泛、零星分散等特點(diǎn),如雷電防護(hù)裝置、接地裝置等因雷擊后或年久失效不能及時(shí)反饋到用戶單位的管理人員,給用戶帶來(lái)安全隱患,存在感應(yīng)雷、雷電波侵入和雷電電磁脈沖(LEMP)侵害的風(fēng)險(xiǎn)。為此,需要一款實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的防雷保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用到智慧機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)所中,可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各點(diǎn)、各區(qū)域的防雷保護(hù)裝置的工作狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài),并能提前預(yù)警、告警和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

3 機(jī)場(chǎng)防護(hù)區(qū)域

依據(jù)各個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及民航MH/T 7003—2017[3]標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)場(chǎng)建設(shè)4個(gè)區(qū)域(公共區(qū)、航站樓、飛行區(qū)、周界)提出智慧機(jī)場(chǎng)雷電防護(hù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)有效對(duì)4個(gè)區(qū)域的外部防雷和內(nèi)部防雷裝置進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、管控,并提前預(yù)警雷電發(fā)生和防雷防護(hù)裝置的使用壽命情況。通過(guò)大數(shù)據(jù),云服務(wù)平臺(tái)建議可視化,主動(dòng)性以預(yù)防為主的智能防雷網(wǎng)絡(luò),從而保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行和保障飛行安全。

4 防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

4.1 防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架

監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架采用多層次的應(yīng)用方式,即硬件層、網(wǎng)絡(luò)層與用戶層;可自由組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的應(yīng)用平臺(tái)。系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架

(1)硬件層。硬件層主要有防雷器、雷電峰值檢測(cè)器、雷擊環(huán)境檢測(cè)器、接地電阻在線檢測(cè)儀。防雷器包括電源型防雷器、信號(hào)型防雷器,這些產(chǎn)品分別對(duì)應(yīng)配電系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備,主要防止設(shè)備遭受雷擊和電涌事故的發(fā)生。雷擊環(huán)境檢測(cè)器為智能采集終端,安裝在相應(yīng)的防雷器旁,計(jì)算使用壽命和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集,并將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。接地電阻在線檢測(cè)儀為接地電阻檢測(cè)終端,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其地網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及阻值大小。

(2)網(wǎng)絡(luò)層:智能網(wǎng)關(guān)。智能網(wǎng)關(guān)作為中間層的轉(zhuǎn)換模塊,其主要功能為把分散各處的硬件模塊現(xiàn)場(chǎng)集中采集,并同時(shí)遠(yuǎn)傳至用戶層(上位機(jī)),完成本地和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)交互。

(3)用戶層:人機(jī)交互平臺(tái)。設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)“防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”顯示各個(gè)板塊采集的相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶可在一定范疇內(nèi)按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求,對(duì)功能、管控項(xiàng)目屬性、數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。

平臺(tái)功能構(gòu)架如圖2所示。

圖2 平臺(tái)功能構(gòu)架

4.2 防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)機(jī)場(chǎng)各個(gè)區(qū)域防雷裝置的使用狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,根據(jù)采集信息化分電網(wǎng)環(huán)境、雷電環(huán)境、防雷器、接地4大類數(shù)據(jù),并集中采集管控、存儲(chǔ)和分析,對(duì)防雷器的全生命周期“健康狀態(tài)”預(yù)報(bào)警。所有設(shè)備采用分區(qū)域管理,使用Modbus通信協(xié)議,支持多種類通信傳輸方式(RS-485/以太網(wǎng)等),合理地采用串口服務(wù)器、光纖設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng),可將數(shù)據(jù)傳送至控制平臺(tái)顯示。

防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能如下。

(1)環(huán)境數(shù)據(jù)采集:電壓、電流、溫/濕度等。

(2)雷電數(shù)據(jù)采集:雷擊峰值、雷擊極性、雷擊次數(shù)、雷擊發(fā)生時(shí)間記錄等。

(3)防雷器數(shù)據(jù)采集:SPD剩余電流大小、后備保護(hù)器狀態(tài)、SPD劣化狀態(tài)、壽命預(yù)警等。

(4)接地?cái)?shù)據(jù)采集:實(shí)時(shí)測(cè)量建筑物的接地電阻值和接地回路連接狀態(tài),并可設(shè)置上、下限報(bào)警范圍值,及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地裝置電阻過(guò)高、斷開等故障,以保證設(shè)備與地良好的連接。

(5)監(jiān)控范圍:航站樓、生活區(qū)、周界、油庫(kù)等。

4.3 防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)直擊雷、感應(yīng)雷、接地電阻和SPD進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)監(jiān)管,構(gòu)建事前跟蹤、事中防范、事后查處的全過(guò)程監(jiān)管體系,逐步構(gòu)建“全域互通、提前預(yù)警、實(shí)時(shí)響應(yīng)”的監(jiān)管閉環(huán)。

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)施示意圖如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境實(shí)施示意圖

(1)戶外:直擊雷監(jiān)測(cè)。在航管樓及周界裝有接閃器引下線的位置安裝雷電峰值檢測(cè)器。對(duì)接閃器受到雷擊的能量、次數(shù)、時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并通過(guò)人機(jī)交互界面將這些數(shù)據(jù)按點(diǎn)、時(shí)間段進(jìn)行記錄、存儲(chǔ),提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

(2)戶外:接地電阻監(jiān)測(cè)。在航管樓周邊、接閃器的接地位置各安裝一套接地電阻檢測(cè)儀,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)引下線和樓層接地回路至接地裝置的接地電阻值。

(3)內(nèi)部防護(hù):SPD在線監(jiān)測(cè)(配電房、視頻監(jiān)控)。① 電源部分:在航管樓、公共區(qū)、油庫(kù)和機(jī)房配電、動(dòng)力、照明箱中按GB 50343—2012標(biāo)準(zhǔn),采用區(qū)域劃分、分級(jí)保護(hù)等特性增加智能監(jiān)測(cè)終端(其包含后備保護(hù)器(SCB)+電源防雷器(SPD)、雷擊環(huán)境檢測(cè)器),且防雷器容量需符合相應(yīng)的等級(jí)劃分要求。② 信號(hào)部分:在航管樓、生活區(qū)、油庫(kù)區(qū)域重要的網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備串聯(lián)SPD,根據(jù)接口選擇RJ45或端子類型的產(chǎn)品。當(dāng)設(shè)備因雷擊保護(hù)失效后可遠(yuǎn)程操作,方便后期維護(hù)、更換。

5 結(jié) 語(yǔ)

防雷智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用提高用戶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)防雷保護(hù)裝置的監(jiān)控和管理,更好地預(yù)防每年因雷擊事故造成的設(shè)備損壞、人員傷亡和火災(zāi)事故等情況。由于軟件平臺(tái)針對(duì)區(qū)域劃分后可精確定位,并通過(guò)全生命周期計(jì)算方式判斷防雷保護(hù)設(shè)備的損毀情況,給檢修人員節(jié)省查詢時(shí)間,最大限度地減少雷電災(zāi)害給機(jī)場(chǎng)造成的損失。