铁路通信机房接地在线监测系统的研究与应用

马铭远 中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部

近年来，我国的铁路建设高速发展，通信机房数量快速增长，通信系统受冲击频繁、高次谐波含量高，对接地的性能要求越来越严格。特别是随着微电子和数字设备在通信系统的大量应用，这些设备大多采用集成电路，其工作电压较低且要求设置严格的接地系统作为电位参考点，如果接地网性能恶化，或接地不可靠，将对这些设备产生强烈的传导干扰及过电压反击危险，严重危及人身安全、设备安全及通信系统安全。

1 机房接地系统现状与问题

1.1 机房接地系统现状

机房接地系统是通信系统的重要组成部分，其性能直接关系到人身和设备的安全，以及铁路系统的可靠运行。目前通信机房接地系统多为隐蔽工程，采用设备接地线与地网连接的方式，由于没有相应的检测系统，在后期维护时，维护人员采用按计划定期前往现场使用摇表、万用表等仪表测量并结合现场巡视的方式进行检测，如有发现问题需后续再进一步的故障精准定位。

1.2 机房接地系统管理中主要存在以下困难

（1）故障点定位难：接地系统大部分为隐蔽工程，目前很少对该系统进行设置检测系统。由于大部分通信设备都有相应的检测系统，在处理故障时容易忽略接地系统问题而关注其他设备告警，给故障排查带来很多困难。

（2）系统问题发现实时性差：随着土壤、季节等环境因素的变化和持续的使用，其接地电阻、设备接地可靠性、接地网腐蚀、地电位反击状况等重要电气特性也相应有变化需及时进行检测，目前设备维护单位一般采用定期安排人员进行现场测试的方式，容易造成系统维护周期长、故障处理不及时、故障升级等问题。

（3）人力成本高：目前铁路通信车间维护线路较多，单条线路维护长度基本超过100 km，在通信机房位置偏僻时，不仅维护工作实施困难，还耗费大量人力、物力，效率低下。为此，设计一套能够实现对铁路通信系统接地状况进行全面在线监测的智能化系统，不仅是帮助维护单位及时发现并消除接地系统的故障及隐患、节省人力物力，也可以确保整个铁路通信系统稳定安全运行。

2 铁路通信机房接地在线监测系统架构

2.1 研发目标

铁路通信机房接地在线监测系统，需在各通信机械室设置1 台智能接地监测箱，集接地电阻监测、接地可靠性监测、地电位反击监测、接地网腐蚀状况监测于一体，实现现场采集信息的处理与上传，具有通信接口，支持监测信息上传至动环系统，可接入通信车间/通信段设置独立的网管系统。使段、车间能够远程掌握现场各通信机房接地网和设备的接地整体状况，方便制定维护方案与采取合理的工作安排，为通信系统的安全、可靠运行提供保障。

2.2 系统基本原理与结构

铁路通信机房接地在线监测系统主要由安装于通信机房的智能接地监测箱和一些前端采集器组成。网络通道可组网通过接入现场动环RTU 实现，并在动环系统中集中管理；也可以接入现场既有安装的综保箱/柜，或接入单独的中集器，独立组建网管系统进行集中管理，如图1。

图1 铁路通信机房接地在线监测系统组网

2.3 主要设备及软件

（1）智能接地监测箱

智能接地监测箱设置于铁路沿线通信基站、四电房屋和站房通信机械室，以及光纤直放站，产品集接地电阻、设备接地可靠性、接地网腐蚀、地电位反击等接地状况监测、本地人机交互、联网通信等多种功能于一体（相关主要技术参数见表1）。

表1 相关主要技术参数

（2）独立网管系统软件

铁路接地在线监测系统软件，车间和段网管通过登录该软件，查看集中对多个铁路通信机房的接地电阻、设备接地可靠性、地电位反击和接地腐蚀等接地状况进行在线综合监测数据，及数据存储、电子地图、统计分析、专家诊断、报警和运维管理等功能。

3 系统功能

铁路通信机房接地在线监测系统，集中监测铁路通信机房的接地电阻、设备接地可靠性、地电位反击、接地网腐蚀等接地状况，并提供数据分析、故障诊断、预警和报警等功能。

3.1 接地电阻在线监测

采用轻接入和弱电流等安全接地检测技术，在线监测机房内多个接地汇集排接地电阻值及变化趋势，并对监测数据进行诊断分析，发现异常则立即告警，替代人工定期去现场检测工作。

接地检测模块具有隔离和滤波功能，能自动变频测量，自动选择合适量程，检测数据准确，检测效率高；可以灵活设置检测时间，不检测时断开与地网连接，避免对其它设备的运行造成干扰，保证机房内设备的正常运行和维护人员的人身安全。

3.2 机柜接地可靠性监测

在线监测机房内多个机柜设备的接地可靠性及变化趋势，并对监测数据进行诊断分析，发现异常则立即告警，替代人工定期去现场检测工作。

3.3 地电位反击监测

实时监测通过机房接地线窜入机房内的雷电流的强度和发生时间，同时监测机房雷击泄放电流强度和发生时间，综合分析机房地电位反击和受雷击状况，及时发现机房防雷接地安全隐患，指导用户进行接地改造。

3.4 接地腐蚀性监测

在线监测接地网的腐蚀速率、腐蚀余量、自腐蚀电位，分析现场接地网腐蚀状况，实现不断电、不开挖情况下的接地腐蚀监测，及时发现接地故障，提前发出预警，防患于未然，保障通信系统的可靠运行。

4 系统特点

4.1 操作简便、省时省力

不需要分离接地极，即可随时在线检测接地点接地电阻值和设备接地可靠性，操作简便，省时省力。

4.2 抗干扰能力强、数据精确

采集设备内部需安装高性能程控滤波器，能有效滤除近频干扰和同频干扰，还可根据实际测量范围自动转换量程，检测数据准确。

4.3 综合测量、全面掌控

本系统测量的是接地电阻、设备等电位连接、地网腐蚀状况的综合值，通过在线监测可以掌握接地网和设备的接地整体状况。

4.4 灵活检测、安全可靠

支持配置检测频次和时间，自动变频，不检测时检测电路与被测地网脱离，不受影响其它设备正常工作。

5 结束语

铁路通信机房接地在线监测系统将动环系统、前端电阻采集器、综保箱/柜等设备巧妙的整合在一起，大大提升了通信机房接地系统检测的智能化程度和日常维护效率，在对通信机房接地系统状态进行全时实时监控的同时兼顾传统电源、动环设备的维护管理，用户通过局域网内的任意一台电脑运行客户端软件即可以全面掌握现场的情况。该系统的前身于2021 年在上海铁路局绍兴北站信号楼电务机房安装使用至今，系统运行稳定，使用安全，操作简单，维护方便，提高工作效率和安全性，获得了车间管理人员的一致好评。系统的社会效益和经济效益主要体现在以下方面：系统投入运用有利于提高通信机房接地系统安全管理。系统的运用，能够及时发现问题并能及时处理问题，大大减少通信机房接地系统不良造成的设备故障等安全隐患。通过科学技术保安全，对确保通信行车设备安全有直接的作用。铁路通信机房接地在线监测系统可在较为偏远的机房或车站机房使用，从而实现在提高通信机房接地系统管理效率的同时降低人力成本。