雷擊區(qū)信號設(shè)備防雷整治的探索

摘要:鐵路運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，要求鐵路信號不斷更新改進(jìn)。根據(jù)地理位置、天氣狀況等因素合理選擇避雷設(shè)施，保證鐵路信號不被破壞，是保證鐵路安全運(yùn)營的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞:雷區(qū);避雷器;雷害調(diào)查

中圖分類號:C93 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1673-291X(2010)13-0180-02

鐵路跨越式發(fā)展開通長大重載列車、萬噸列車勢必要求鐵路信號不斷更新改進(jìn)。各種電子元件，電子技術(shù)在信號設(shè)備中，也有了大量的應(yīng)用。由于電子元件耐壓低，耐流小，容易被雷電擊壞，成為設(shè)備較薄弱部分。在一定的范圍內(nèi)，信號設(shè)備的雷害件數(shù)，每年次數(shù)是不一樣的。有些車站和地區(qū)信號設(shè)備的雷害頻次要大大地高于其他車站和地區(qū)，這樣的地區(qū)被稱為“雷區(qū)”，也就是選擇性雷擊區(qū)。當(dāng)然，根據(jù)大氣不穩(wěn)定理論，其他地區(qū)也是會發(fā)生雷害的，只是頻次要相對低得多。

一、雷雨天氣的形成

在雷雨季節(jié)，雷雨天氣與中小尺度天氣系統(tǒng)有直接關(guān)系，強(qiáng)風(fēng)、暴雨、雷電等較強(qiáng)烈天氣現(xiàn)象大多出現(xiàn)于幾十到二三百公里的范圍內(nèi)(氣象學(xué)上稱之為中小尺度天氣系統(tǒng))。它們均產(chǎn)生于一定的大尺度環(huán)境背景下，并且與大型環(huán)流的發(fā)展變化有著相當(dāng)密切的關(guān)系，雷暴雨產(chǎn)生于大氣層結(jié)不穩(wěn)定，動力化強(qiáng)，有強(qiáng)烈上升氣流的條件下，在高空流場中，當(dāng)高層氣流輻散，低層氣流輻合，特別是低層氣流輻合強(qiáng)烈時，氣流上升是比較強(qiáng)烈的，這時易產(chǎn)生雷電和暴雨。尤其是那些范圍較小的，產(chǎn)生的雷暴和能量并不輕。這種雷暴和雨一般生命史較短，多數(shù)在幾個小時，但有時一天中可以出現(xiàn)幾次。冷空氣活動與中小尺度的雷暴雨的形成和發(fā)展關(guān)系很大。因素有:(1)山地、地形。(2)日變化——熱力作用，雷云的發(fā)展與強(qiáng)度有明顯的日變化，它的時間和強(qiáng)度與日照增溫明顯相關(guān)，一般下午旺盛，日暮漸消，夜間的雷暴雨多是白晝所形成的暴雨的延續(xù)或增強(qiáng)，而這種增強(qiáng)還有夜間云頂部發(fā)熱使層結(jié)不穩(wěn)定的影響。(3)不穩(wěn)定的能量積蓄作用，與河面、湖面等水汽條件有關(guān)。

二、防雷針的防護(hù)作用

哈爾濱鐵路局齊齊哈爾電務(wù)段管內(nèi)繼承站是濱洲線西部的一個五等小站，該站線路走向和信號設(shè)備的分布是東西方向，南側(cè)是較緩的長坡，北側(cè)2公里左右是海拉爾河，河與車站及線路間是半沙化草原。該站信號設(shè)備為電氣集中，站內(nèi)軌道電路為JZXC—480型，接近區(qū)段也為JZXC—480型軌道電路。1996年以前，該站每年的雷害件數(shù)在5～10件左右，主要擊壞的設(shè)備有:燈絲繼電器、軌道繼電器、整流器的二極管、BZ-4變壓器、熔絲、電源屏報警板等。雷害均為感應(yīng)雷。

1996年8月末，廣播電視部門在該站南側(cè)1 100m處建一微波傳達(dá)鐵塔。塔高從頂端避雷器到地面88m，車站地面與塔座的高度差為32m，這樣塔頂避雷針與車站地面的高度差為120m，1997—2008年十一年間，該站未發(fā)生雷害。2009年發(fā)生一件雷害，擊壞XJG軌道繼電器二極管，同時上行側(cè)的鄰站SJG也發(fā)生同樣的雷害。為什么出現(xiàn)這種情況呢?分析認(rèn)為，該站是選擇性雷擊區(qū)。由于一定的地形、河流、湖泊等影響，一些地區(qū)易發(fā)生雷害，成為相對的選擇性雷擊區(qū)。雷云在空中形成過程中隨氣流飄動，所積能量增大，對地電壓上升，由于雷電特有的放電途徑是按其最底的導(dǎo)電通路而定的。當(dāng)達(dá)到放電條件時(如空氣擊穿或進(jìn)入避雷器的保護(hù)范圍時)對地放電。所以對上述因地形等原因雷害較多的地方設(shè)避雷器，使雷電不能作用于受保護(hù)的設(shè)備，從而大大減少雷害的發(fā)生。

根據(jù)何鍵楠等編著的《鐵路信號設(shè)備的雷電防護(hù)》一書的經(jīng)驗(yàn)公式:

h(x)

r(x)=[1.5×88-2×(-32)]×5.5/=104.5(m)

式中:h(x)——被防護(hù)設(shè)備的高度(m)。h——避雷針的高度(m)。p——由模擬試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)所確定的系數(shù)(當(dāng)h>30m時，P=5.5/;而當(dāng)h≤30m時，P=1;r(x)——避雷針在h(x)高度的水平上的保護(hù)半徑。

由于104.5m遠(yuǎn)小于1 000m，也就是說，該站的信號設(shè)備遠(yuǎn)在避雷針的保護(hù)范圍之外。而在書中所述避(下轉(zhuǎn)184頁)(上接180頁)雷針的保護(hù)范圍和保護(hù)作用，都是針對直擊雷而言的。但從繼承站十幾年的雷害情況看，對于這種地形，河面形成的選擇性雷擊區(qū)，合適位置設(shè)置的避雷針對感應(yīng)雷害也有很強(qiáng)的防護(hù)作用。由于該站距塔的位置較遠(yuǎn)，所以不存在雷電流過地線時產(chǎn)生高壓對設(shè)備發(fā)生的反擊。同時空中雷云對地放電時產(chǎn)生的電感應(yīng)或磁感應(yīng)，不能感應(yīng)到信號設(shè)備上，或感應(yīng)量很小，不足以擊壞設(shè)備。哈爾濱鐵路局齊齊哈爾電務(wù)段管內(nèi)伊敏、西索木兩站也同繼承站的情況類似，但塔的位置和地形情況不同，比較效果不如繼承好。從以上情況看，如果采用避雷針對信號進(jìn)行防護(hù)，避雷針的位置和高度是影響防雷效果的兩個非常重要的因素。當(dāng)然避雷針的地線電阻也很重要。

三、兩點(diǎn)體會

信號設(shè)備防雷工是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜的工作。理論上涉及氣象、雷電物理，電工、電子等很多學(xué)科。做好防雷工作除做好防雷元件的測試、安裝、地線的測試整治外，以下兩點(diǎn)非常重要。

1.做好雷害發(fā)生后的調(diào)查工作，包括雷暴的走向、雷電的侵入方式及途徑、防雷元件的參數(shù)變化等，為防雷工作積累資料。

2.鐵運(yùn)[2000]14號《信號維護(hù)規(guī)則》16.1.17規(guī)定，“信號設(shè)備應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)雷暴日的數(shù)量，采用相應(yīng)的防雷措施”，使信號防雷工作更加科學(xué)合理。我們積累的雷害資料達(dá)到一定的數(shù)量后，對重點(diǎn)地區(qū)采取一些新的有效的防護(hù)辦法，會使雷害件數(shù)大幅度減少，雷害損失也會大大降低。總之，信號防雷工作是需要我們堅(jiān)持不懈認(rèn)真研究反復(fù)摸索實(shí)踐的基礎(chǔ)工作，只要我們認(rèn)真做好各項(xiàng)工作，信號防雷工作會躍上一個新的臺階，為鐵路跨越式發(fā)展作貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1]何鍵楠，劉廷佐，張炳森.鐵路信號設(shè)備的雷電防護(hù)[M].北京:中國鐵道出版社，1986:10.[責(zé)任編輯 安世友]