鐵路通信系統雷電防護設計探討

摘要:雷擊發生時，雷擊放電誘發雷擊電磁脈沖過電壓和過電流，經站場電源系統、通信信號傳輸通道、接地系統及建筑物直擊雷防護系統，通過傳導、感應的方式損壞站內通信信號設備及網絡通信設備，造成損失巨大，直接威脅鐵路正常的安全運輸生產。

關鍵詞:鐵路通信;雷電;防護設計

1 鐵路站場雷電防護的分析

鐵路站場設備遭受過電壓和過電流攻擊的途徑可分為直擊雷、感應雷、操作過電壓三種。結合站場設備的分布特點及雷電攻擊的途徑類型，鐵路站場雷電防護存在以下特點。

1.1 鐵路站場占地面積較大，站場主要設備(如數字微波通信、車站數字通信分系統、站場廣播機、無線列調通信、平面調車通信、信號微機聯鎖等設備)集中在信號樓、通信樓。信號樓、通信樓的避雷針應能滿足對整個信號樓、通信樓區域的保護，有效防止直擊雷的襲擊。

1.2 鐵路道軌是接受直擊雷和傳導雷感應雷的良好導體。與道軌連接的相關鐵路信號設備，如信號機、軌道電路箱、道岔電動轉轍機等，將受到雷擊的嚴重威脅。

1.3 信號樓微機聯鎖及通信機房、通訊樓通訊機房等重要區域的戶外線路可能遭受到直擊雷后，線路中的大電流串入各機房內部，從而引起對內部設備的損壞。當雷雨云之間、雷雨云對大地之間放電時，雷閃電流的高頻電磁場對暴露在空間或室內的電源線、信號線、數據線上產生遠遠超過設備抗電強度的感應雷擊過電壓，使設備損壞。

1.4 雷電防護的原則是\"等電位\"。由于機房存在多類接地系統，其沖擊接地電阻不均衡，在雷擊發生時，雷電流引起地電位差，造成“地電位反擊”，使人員和設備遭受損害。

1.5 操作過電壓引起的危害，如儲藏設備的開關、輸電線路的短路、周圍大容量設備運行時產生的工業干擾或操作過電壓在電源線上會產生5000~6000V、3KA的浪涌過電壓及浪涌電流，它們的竄入也會將信號樓、通信樓內的設備產生很大的破壞后果。

從以上分析中可以得出:為了提高鐵路站場建筑物安全及機房設備及計算機、通信網絡的運行可靠度，整個站場的雷電防護系統一定要有良好的避雷針、引下線和統一的接地網，采取完善的直擊雷防護措施。同時必須在車站的供電系統、天饋系統、信號采集傳輸系統、程控交換系統、計算機網絡系統、機房接地系統等進行可靠有效的多級綜合防護。

2 信號系統雷電防護設計

2.1 天饋系統防雷

標準規定 :根據GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第5.4.3條的要求，天饋線路的防雷與接地應符合下列規定:(1)架空天線必須置于直擊雷防護區(LPZ0B)內。(2)天饋線路浪涌保護器的選擇，應根據被保護設備的工作頻率、平均輸出功率、連接器形式及特性阻抗等參數，選用插入損耗及電壓駐波比小適配的天饋線路浪涌保護器。(3)天饋線路浪涌保護器，宜安裝在收/發通信設備的射頻出、入端口處。(4)具有多副天線的天饋傳輸系統，每副天線應安裝適配的天饋浪涌保護器。當天饋傳輸系統采用波導管傳輸時，波導管的金屬外壁應與天線架、波導管支撐架及天線反射器作電氣連通。并宜在中頻信號輸入端口處安裝適配的中頻信號線路浪涌保護器，接地端應就近接地。

設計依據 :根據GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第五章:防雷設計;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷設計規范》第六章:防雷擊電磁脈沖;第四節，第6.4.1至6.4.12條LPZ1區對電涌保護器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷電過電壓保護工程設計規范》第五部分:SPD 的選擇;第5.3條:信號線用SPD;第5.5條:計算機、控制終端、監控系統的網絡數據線用SPD的要求，參照IEC 61643-3 《低壓系統的電涌保排器》 第3部分《在電信系統中SPD的應用》和IEC 61644-1 1997《通信系統用SPD》標準要求，對于通信線路的防護，需對設備進線纜線使用8/20μs波形、通流容量3KA的信號電涌保護器將數千伏的線路感應雷擊過電壓限制到設備允許值。

實施方法: 在距離天線3.5米的距離安裝足夠高的避雷針對天線進行直擊雷保護。避雷針的金屬桿應與天線金屬支架焊接。

根據被保護設備的工作頻率、平均輸出功率、連接器形式及特性阻抗等參數，在數字微波通信、站場廣播機、無線列調通信等系統的天饋線路，選用符合參數要求的DGA AG系列天饋電涌保護器，安裝于收/發通信設備的射頻出、入端口處。對采用波導管傳輸的天饋系統，波導管的金屬外壁應與天線架、波導管支撐架及天線反射器作電氣連通。并在中頻信號輸入端口處安裝適配的中頻信號線路浪涌保護器，其接地端應就近接地。

2.2 計算機網絡系統防護

設計依據 :根據GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第五章:防雷設計;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷設計規范》第六章:防雷擊電磁脈沖;第四節，第6.4.1至6.4.12條LPZ1區對電涌保護器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷電過電壓保護工程設計規范》第五部分:SPD 的選擇;第5.3條:信號線用SPD;第5.5條:計算機、控制終端、監控系統的網絡數據線用SPD的要求，參照IEC 61643-3 《低壓系統的電涌保排器》 第3部分《在電信系統中SPD的應用》和IEC 61644-1 1997《通信系統用SPD》標準要求，對于通信線路的防護，需對設備進線纜線使用8/20μs波形、通流容量3KA的信號電涌保護器將數千伏的線路感應雷擊過電壓限制到設備允許值。

實施方法 :在以太網絡服務器通訊線路由器前及網控器的PSTN外線接入網網線上各安裝一套 DPA M CAT6 RJ45S 48計算機網絡通信線電涌保護器，用于服務器網絡通信線路的防雷保護。

在網絡交換機通訊系統進線端分別安裝一套DPA M CAT6 RJ45S 48計算機網絡通信線電涌保護器，用于各設備網卡及通信線路的防雷保護。對電話接入的幀中繼線路采用一套DPA M CLE RJ45B 48電話通信線電涌保護器，用于幀中繼通信線路的防雷保護。網絡間傳輸使用的光纖無須進行防護，但是光纜的金屬加強筋需要做接地。

2.3 電話通信系統的防護

設計依據:根據GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第五章:防雷設計;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷設計規范》第六章:防雷擊電磁脈沖;第四節，第6.4.1至6.4.12條LPZ1區對電涌保護器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷電過電壓保護工程設計規范》第五部分:SPD 的選擇;第5.3條:信號線用SPD;第5.5條:計算機、控制終端、監控系統的網絡數據線用SPD的要求，參照IEC 61643-3 《低壓系統的電涌保排器》 第3部分《在電信系統中SPD的應用》和IEC 61644-1 1997《通信系統用SPD》標準要求，對于通信線路的防護，需對設備進線纜線使用8/20μs波形、通流容量3KA的信號電涌保護器將數千伏的線路感應雷擊過電壓限制到設備允許值。

實施方法 :在有線話音通信系統，與程控交換機連接的線路有電話外線上各安裝一套DPA M CLE RJ45B 48電話通信線電涌保護器，用于電話通信線路的防雷保護。

在重要會議室內外線、重要管理人辦公室內外線、重要實驗機構辦公室內外線及區域值班室內線電話通訊線上各安裝一套DPA M CLE RJ45B 48電話通信線電涌保護器，用于電話通信線路的防雷保護。

2.4 站場通信系統的防護

設計依據 :根據GB 50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》第五章:防雷設計;GB 50057-94(2000版)《建筑物防雷設計規范》第六章:防雷擊電磁脈沖;第四節，第6.4.1至6.4.12條LPZ1區對電涌保護器(SPD)的第四節，第6.4.1至6.4.12條LPZ1區對電涌保護器(SPD)的要求及YD/T 5098-2001《通信局(站)雷電過電壓保護工程設計規范》第五部分:SPD 的選擇;第5.3條:信號線用SPD;第5.5條:計算機、控制終端、監控系統的網絡數據線用SPD的要求，參照IEC 61643-3 《低壓系統的電涌保排器》 第3部分《在電信系統中SPD的應用》和IEC 61644-1 1997《通信系統用SPD》標準要求，對于通信線路的防護，需對設備進線纜線使用8/20μs波形、通流容量3KA的信號電涌保護器將數千伏的線路感應雷擊過電壓限制到設備允許值。

實施方法 :在無線通信系統，與站場電臺主機連接的天線進線處安裝一套DGA AG饋線電涌保護器，其SPD的參數要與該系統的主機參數匹配，用于站場電臺的防雷保護。

在站場無線通信室的電源供電部分做到三級保護，在通信柜里串聯安裝 DR M 2P 255，其殘壓在1250V下(8/20uS);精細保護通信設備。