简谈电涌保护器实时状态监测系统在军事工程中应用

论文导读：
摘要：目前军事设施内的电涌保护器（SPD）主要采用人工巡检的方式，效率低下且存在安全隐患。本系统采用电力载波的方式，实现了军事设施内重要用电负荷末端状态监控SPD实时状态信号的无线传输，无需重新布线，易施工、节约经费，便于对既有场所的防雷保护进行优化改造，具有较广泛的军事和社会推广应用价值。特别适用于需要采取防化措施或设备停机后才允许人员进入的涉核、高强磁场雷达阵地等特殊场所，为各类固定军事设施内信息装备的安全运转提供有力保障。
关键词：电涌保护器（SPD）;在线监测;无线传输

一、目前状况及理由的提出：

据不完全统计，我国每年因雷电灾害造成的财产损失约50亿～100亿元，人员伤亡达3000～4000人，其中部队营房和军事装备的受损也占相当的比重。信息化时代以来，雷击灾害事故体现了与以往不同的特点，由输电线路引入的感应雷造成的灾害尤为突出。SPD作为降低此类灾害的通用设备，在国防建设中已经得到了大量应用，但它在抗御雷击脉冲侵扰的同时也不可避开的产生老化，使SPD不能正常工作。2012年5月青岛某部办公楼网络机房遭受雷击，致使内网服务器7台HUB及视频监控全部损坏，直接经济损失十几万元。某观通部队高山海岛上雷达站虽然采取了雷电防护措施，但其机房内电子信息设备还是经常遭受雷击。SPD的老化不可预测，随时可能发生。部队相关管理人员应该掌握SPD的工作状态，发现理由及时更换，以保障军事设施内信息装备可靠运转，对部队战斗力提升提供了可靠保证。
目前，虽国内外对于雷电流的测量已有较多的研究，但专门针对电涌保护器（SPD）实时状态监测的成套系统尚不多见。市面上已有的一些便携式SPD测量仪，对SPD的测试需通过人工定期监测，大大增加了监测SPD的工作量。为了解SPD保护设备的工作状态，通常对SPD的监测有两种策略：
（1）对无遥信接口的SPD，定期巡检每个SPD，监视其窗口状态。
（2）对有遥信接口的SPD，所有报警干结点串接连入监控室的报警灯或蜂鸣器，由监控室集中监测。一旦任何一个SPD损坏，监控室报警灯亮或蜂鸣器报警。
这两种监测策略的缺点是：需要投入专人检测;而且监测点固定，受时间和地域限制。在需监测的SPD数量较多时，就无法及时判断故障SPD。

二、研究的必要性

多年来，在工程应用中安装的防雷装置发生爆炸、起火、雷电防护失效等事故极大制约着军事装备的效能发挥。防雷装置在运转中电气参数变化失效，且无法实时掌控是造成事故频发的主要理由。
1、现代战争形态已由机械化战争转变为信息化战争，由微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，广泛的应用在我军各级指挥所、雷达阵地、导弹洞库、战备油库等前方指挥和后方保障场所。这些弱电设备的工作电压大都在1.8v～5v，对浪涌的耐受能力比较脆弱，雷击时易受过电压的暂态冲击造成指挥系统瘫痪。因此，尽快解决电子信息系统雷电灾害防护理由显得十分重要。
2、涉核、高强磁场雷达阵地等无人值守的军事禁区，要检查SPD运转状态需要采取防化措施或停机后才能进入工作场所。本系统的研究应用，可以转变当前以人工方式对军事设施内SPD运转状态进行巡检，并消除检查过程中潜在的安全隐患，维护管理更加科学便利。
3、国防工程内SPD安装地点分散，以人工方式检查其性能状态，给管理人员带来大量工作，存在漏检的可能性。为了避开或减轻雷电灾害损失，保证军事设施内配电系统及电子信息系统稳定运转，加强对SPD状态监测的研究很有必要。

三、主要研究内容

电涌保护器实时状态监测系统架构主要由现场监测管理终端、通信层和SPD显示管理平台组成。现场监测管理终端负责收集SPD各类信号，主要包括状态采集和接地点的泄流波形等;通信层根据具体实际情况选择合适的方式传输终端数据;SPD显示管理平台负责汇总显示，并与用户交互，也可进行数据后期处理与分析。
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1、现场监测管理终端研究内容：

研究内容主要包括电流监测方式的选择，和信号处理（包括滤波、线性化处理等）两部分。
在线SPD监测的硬件由SPD状态采样模块、信号处理电路、AD采样模块、CAN总线模块、PC机通信以及电源等组成。
本系统实现了以下功能：
①远程监测并记录SPD脱扣点的温度、通断状态;
②当脱扣时，能够远程发送报警信号并记录当前的温度。当温度达到脱扣温度而实际又未脱扣时，能够远程报警;
③定时监测：其中定时是系统自动定时检测，也可以根据实际情况修改检测时间;
④可人工操作，根据实际需向采集端发送指令，让采集端采集当前需要的电源避雷器的状态参数。当系统出现过温或紧急状态时。
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2、通讯层研究内容：

获得检测信号后，检测信号与单片机的接口设计（A/D转换），单片机获得检测数据后，通过无线通信或者电力载波等方式实现与上位机的通信。无线通信可通过串口接蓝牙，或者电力载波等设备实现信息传输。需要设计相关系统电路板，并设计程序。
低压电力线载波远程传输系统由上位机管理系统、集中器、载波电涌保护器三部分组成。
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3、SPD显示管理平台研究内容：

管理平台采用C#语言开发，实现对下位机上传数据的处理与显示。实现了以下功能：
（1）、支持web访问和查询，支持终端管理功能（用户可以创建新的终端，定义终端的属性及终端每个采集口的名称以方便管理）。
（2）、报警管理：设置电涌保护器不同型号的不同报警条件，1个型号对应1条报警规则。报警记录查询，根据报警信息、报警时间、处理情况等进行查询。报警窗口在系统设置的响应时间内未响应，系统将发短信通知相应用户，报警窗口关闭，系统则不发送短信。
（3）、维护管理：主要包括：权限管理，支持多用户分级权限管理，对web访问用户给予最低权限;基础资料管理，给系统内各SPD建立基础信息库;报表维护，统计雷击记录（日期、地点、SPD泄露电流），统计SPD更换记录（日期、地点、SPD型号）。
四、结束语
本系统的应用转变了当前以人工方式对SPD运转状态进行巡检，降低了巡检过程中存在的安全隐患，使雷电防护设备维论文导读：
护起来更加方便和快捷，检测人员的工作环境和人身安全得以保障。特别适用于需要采取防化措施或停机后才允许人员进入的涉核、高强磁场雷达阵地等特殊场所。另外采用电力载波实现了SPD状态信号无线传输，无需重新布线，易施工、节约经费，便于对既有场所的防雷保护进行优化改造，具有广泛的军事和社会推广应用价值。
综上所述，电涌保护器（SPD）实时状态监测系统在军事工程中应用的研究是十分必要的。研究成果的应用，将更有效的保障军队指挥所、导弹洞库、雷达阵地等重要军事设施内指挥制约系统的稳定运转。
参考文献：
[1] 张适昌，严萍，王珏，袁伟群，任成燕，邵涛.浪涌保护器SPD保护的不确定性[J].高电压技术，2009-01-31.
[2]张怅.低压电源系统电涌保护器老化劣化研究[D].南京信息工程大学. 2013-05-01.