淺析鐵路信號設備雷電危害及防護

解瑞

摘 要：近年來，隨著電氣化鐵路知識的普及和高鐵線路的開通，鐵路新技術應用越來越廣泛，電子元件的使用逐漸增多。但是，鐵路信號設備卻成為雷電襲擊的主要目標，所以做好信號系統的防雷，盡可能地預防和減少雷電對信號設備的襲擊，顯得尤為重要。從雷電對信號設備的危害、信號設備常用的防雷元件、現場信號設備的綜合防雷等幾個方面對鐵路信號設備防雷進行了論述。

關鍵詞：鐵路；信號設備；雷電；避雷措施

中圖分類號：U284.93 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0037-02

鐵路信號設備是指揮列車運行的主要設備之一，設備安全穩定的運行直接關系到鐵路的運輸安全和效率。隨著科學技術的發展，微機聯鎖、微機監測、TDCS，CTC，ZPW-2000A，LKJ，CTC和自動化駝峰調車等新設備的使用越來越廣泛。這些新設備絕大多數都是由微電子元件組成，額定電流、電壓值較低，極易受到外界電磁場的干擾，尤其是雷電的干擾。鐵路信號設備分布點多、線長，多數設備在山區、曠野中，防雷措施較差，極易受到不明雷電流的襲擊，影響正常運行。因此，采取必要的防雷措施，盡可能避免雷電對信號設備的影響，確保設備正常運行至關重要。

1 雷電和雷害

雷電是自然界中雷鳴和閃電相伴的放電現象；雷害是指雷電流從云中釋放到大地，對其釋放通道所產生的危害，地面上的凸出物體或者相對較高的建筑物都容易受到雷電的襲擊。

對鐵路信號設備來說，電子設備集中，高架線、線路交匯處或連接處等部位都容易發生雷擊。常見的雷電有直擊雷、球形雷、感應雷和雷電波侵入。直擊雷和感應雷發生的頻率較高，產生的電磁場影響范圍較大，是危害信號設備的主要雷電。

“7·23”甬溫線動車事故就是典型的雷電襲擊信號設備導致的行車事故。2011-07-23，溫州南站軌道電路因遭遇雷擊，鐵路信號設備發送盒被損壞，導致信號盒與列控中心的信號傳輸線阻抗下降，進而造成軌道電路與列控中心的通信出現故障，且列控中心的采集電路電源回路中的保險管熔斷，在實際有車占用的情況下，仍按照之前無車占用的狀態輸出信號，使得區間信號機錯誤升級，綠燈亮起，造成D301次列車撞上前行的D3115次列車。

2 主要方式

雷電對信號設備的危害無處不在，以交流電源線、軌道電路和電纜等部位作為主要攻擊對象。信號設備被雷擊后，可能出現聯鎖機顯示器黑屏、區間信號機燈光顯示錯誤、電源屏突然停電、軌道電路紅光帶、進路突然解鎖、道岔錯誤轉換工藝或信號傳輸中斷等故障，影響正常行車。

2.1 交流電源線

當高幅度的雷電壓襲擊交流電源線時，雷電壓會傳至高壓變壓器，如果該變壓器的防雷裝置失效，就會被雷電壓擊穿，導致雷電壓接入交流低壓電源，傳輸給信號設備，使電子設備遭到破壞。當高壓變壓器被較低幅的雷電壓襲擊時，本身不能被直接擊穿，但電容耦合同樣會使雷電波侵入低壓回路，干擾信號設備運行。

2.2 軌道電路

軌道安裝在軌枕上，軌道電路以鋼軌作為傳輸線，尤其在高山、樹木、橋隧等處的軌道電路是雷電襲擊的主要對象。當雷電襲擊時，軌道電路因其本身有一定的電阻，同時避雷器產生泄露，致使雷電襲擊產生的電流不能立即泄放，易使軌道電路設備器材損壞或顯示紅光帶。

2.3 電纜

電纜是連接鐵路信號室內、外設備的橋梁，當電纜或電纜附近的大地遭受雷電襲擊時，電纜保護套可能被雷電流擊穿，使得雷電流直接流入電纜芯線或沿電纜鎧裝流動，進而傳到室內襲擊室內信號設備。此外，若雷電襲擊信號設備附近的大地時，大地電位上升，信號設備同樣間接受影響，出現閃絡或擊穿的情況。

3 信號設備防雷

3.1 常用的防雷元件

目前，在鐵路信號防雷領域，氣體、固體放電管、氧化鋅壓敏電阻器和瞬變電壓抑制器的應用較多。氣體放電管，是短路型過電壓保護元件，一般用在保護器件、開關器件中，固體放電管在通信領域應用較多。壓敏電阻器，是電阻在一定的電流電壓值內，可隨電壓變化而改變的元器件，是一種常用的電沖擊保護器件。常見的壓敏電阻器為氧化鋅壓敏電阻器，有一般氧化鋅壓敏電阻器和劣化指示氧化鋅壓敏電阻器兩種。它被廣泛應用于通信、工業控制、交通、電力等電子電器設備防雷中，也可應用于電磁系統的防雷工程中，是鐵路信號設備防雷設備采用的主要元件。

現場應用較廣泛的防雷裝置是由以上防雷元件組成的防雷保安器，其安全性和可靠性較高，常用的有電源防雷保安器和通道防雷保安器。

3.2 信號設備的防雷原則

在正常情況下，信號設備安裝的防雷裝置不影響設備的正常工作；當發生雷電襲擊時，防雷裝置啟動，保護信號設備。

對于防雷保安器并聯安裝時，注意不能構成短路；串聯時，不能構成開路；接地時，除放電以外不能導通；發生劣化或有損壞時，立刻與電路斷開，并給出報警提示。

此外，防雷裝置和信號設備兩者之間的絕緣應匹配，將雷電感應過電壓限制到被保護的沖擊耐壓水平之下。

3.3 日常防雷措施

3.3.1 室內防雷

信號設備的室內防雷重點是電源防護、信道防護和機房屏蔽。

電源防護一般采用多級防護，其防護的關鍵部位由交流電源三相線引入，電源屏前、用戶終端電子設備比如UPS電源前，分別為電源的I，II，III級防護，其中I級防護三相線每一相的狀態應具備顯示功能、故障報警和雷電計數的功能。電源防雷保安器和電源防雷箱是常用的防雷設備，電源防雷保安器應獨立設置在分線盤處，電源防雷箱的防雷保安器應具有劣化指示功能。

信道是信息傳輸的通道。如果信道遭到破壞，會使信息傳輸中斷或信息受到干擾誤傳，致使信號設備無法可靠工作，影響行車，嚴重時可導致整個路網癱瘓，所以信道也是防雷的重點部分。信道防雷常用的防雷設備有通道浪涌保護器、同軸浪涌保護器和通道防雷保安器等，它的防雷保安器應在分線盤處集中設置，并具有即插即用的功能。