提高四線制道岔控制電路防雷能力的研究與設(shè)計(jì)

許 麗，曠文珍

(1.蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院， 蘭州 730070；2.蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 蘭州 730070)

提高四線制道岔控制電路防雷能力的研究與設(shè)計(jì)

許 麗1，曠文珍2

(1.蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院， 蘭州 730070；2.蘭州交通大學(xué)光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 蘭州 730070)

針對(duì)目前道岔控制電路不設(shè)防雷浪涌保護(hù)器的現(xiàn)狀，以四線制道岔控制電路為例，提出加設(shè)浪涌保護(hù)器的構(gòu)想及實(shí)施方案，采用失效模式與影響分析方法詳細(xì)分析加設(shè)浪涌保護(hù)器對(duì)既有控制電路的影響，經(jīng)過(guò)分析，該方案沒(méi)有安全隱患，能大幅提升既有控制電路的防雷能力。

道岔控制電路；防雷 ；浪涌保護(hù)器；四線制

隨著鐵路運(yùn)輸日趨繁忙，加強(qiáng)信號(hào)設(shè)備的防雷工作迫在眉睫[1-3]。為此，原鐵道部運(yùn)輸局專門組織起草了《鐵路信號(hào)設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見(jiàn)》。指導(dǎo)意見(jiàn)中對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備室外“三大件”中的信號(hào)機(jī)、軌道電路的防雷做了詳細(xì)的說(shuō)明，并配有相應(yīng)的防雷電路圖；而對(duì)“三大件”中的道岔控制電路的防雷卻只是粗略提及，沒(méi)有給出具體的實(shí)施方案。在實(shí)際應(yīng)用中，屬同一防雷等級(jí)的信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路中裝設(shè)有浪涌保護(hù)器(Surge protective device 簡(jiǎn)稱SPD)[4-6]，而道岔控制電路卻沒(méi)有裝設(shè)SPD。兩者承受同樣雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，一個(gè)設(shè)了防護(hù)，而另外一個(gè)卻沒(méi)有。針對(duì)目前道岔控制電路防雷能力薄弱的問(wèn)題，以四線制道岔控制電路為例，提出了加設(shè)SPD的構(gòu)想及實(shí)施方案，并分析了該方案對(duì)道岔控制電路的影響。

1 四線制道岔控制電路的防雷器件的設(shè)置

依據(jù)《鐵路信號(hào)設(shè)備用浪涌保護(hù)器》(TB/T 2311—2008)中相應(yīng)的規(guī)定，參照信號(hào)機(jī)點(diǎn)燈電路的SPD的布設(shè)[7-8]，四線制道岔控制電路[9]SPD配置的電路原理如圖1所示。與現(xiàn)有控制電路不同的是，圖中的四線制道岔控制電路的X1、X2、X3、X4與地之間增加了縱向浪涌保護(hù)器，分別是SPD2、SPD1、SPD3、SPD4。這4個(gè)SPD均安裝在現(xiàn)有的防雷分線柜中。

2 SPD失效模式分析

2.1 SPD構(gòu)成元件的失效模式

各SPD均由1個(gè)氧化鋅壓敏電阻和1個(gè)陶瓷二極放電管組合而成[10-11]。根據(jù)文獻(xiàn)[12]附錄C中對(duì)浪涌抑制器失效模式的說(shuō)明，壓敏電阻及氣體放電管的失效模式見(jiàn)表1 。

圖1 四線制道岔控制電路SPD配置的電路原理

元件名稱元件失效模式12345壓敏電阻斷路短路限制電壓的增加限制電壓的減小漏泄電流的增加氣體放電管斷路短路擊穿電壓的增加擊穿電壓的減小續(xù)流電流的增加

2.2 SPD的失效模式

參照表1，由氧化鋅壓敏電阻和陶瓷二極放電管組合起來(lái)的SPD失效模式有多種，SPD多種失效模式見(jiàn)表2。

表2 SPD失效模式

表2中組合的SPD失效模式分為3類：第1類為斷路，等同于沒(méi)有加設(shè)SPD，設(shè)備也就不具備防雷能力，但此類失效對(duì)設(shè)備的正常工作不會(huì)有任何影響；第2類為性能劣化失效，設(shè)備的防雷能力下降，但失效也不會(huì)影響設(shè)備的正常工作；第3類為短路，此類失效可能會(huì)影響設(shè)備的正常工作。

3 SPD失效對(duì)四線制道岔控制電路的影響

以上SPD的失效模式只有第3類會(huì)對(duì)設(shè)備的正常工作造成影響，所以僅分析由于SPD短路失效時(shí)對(duì)道岔控制電路的影響。

3.1 單個(gè)SPD短路失效影響分析

4個(gè)SPD( SPD1、 SPD2、SPD3、SPD4)中的任意一個(gè)短路失效，只會(huì)造成相應(yīng)的線路對(duì)地絕緣不良，并不會(huì)影響四線制道岔控制電路的正常工作。

3.2 2個(gè)SPD同時(shí)短路失效影響分析

4個(gè)SPD中的任意2個(gè)同時(shí)短路失效，對(duì)應(yīng)有6種情況，每種情況下四線制控制電路所受影響分析見(jiàn)表3。

表3 2個(gè)SPD同時(shí)短路失效對(duì)四線制道岔控制電路的影響

3.3 3個(gè)SPD同時(shí)短路失效影響分析

4個(gè)SPD中的任意3個(gè)同時(shí)短路失效，對(duì)應(yīng)有4種情況。綜合2個(gè)SPD同時(shí)短路失效的分析結(jié)果，3個(gè)SPD同時(shí)短路失效對(duì)四線制道岔控制電路的影響見(jiàn)表4。

表4 3個(gè)SPD同時(shí)短路失效對(duì)四線制道岔控制電路的影響

3.4 4個(gè)SPD同時(shí)短路失效影響分析

4個(gè)SPD( SPD1、 SPD2、SPD3、SPD4)全部同時(shí)短路失效時(shí)，會(huì)同時(shí)呈現(xiàn)表4中的所有故障，即會(huì)出現(xiàn)道岔失表示，且不能轉(zhuǎn)換的故障。

3.5 SPD失效對(duì)道岔控制電路影響總結(jié)

4個(gè)SPD分別在4種短路失效情況下對(duì)四線制道岔控制電路的影響見(jiàn)表5。

表5 SPD短路失效對(duì)四線制道岔控制電路的影響

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)全面分析，按照?qǐng)D1所示的方式在四線制道岔控制電路中增加浪涌保護(hù)器，且浪涌保護(hù)器采用1個(gè)氧化鋅壓敏電阻和1個(gè)陶瓷二極放電管串聯(lián)組合而成，能有效提高既有道岔控制電路的雷電防護(hù)能力，而且不會(huì)新增安全隱患。該方案已于2011年在西安鐵路局的漢陰站等多個(gè)車站得到使用，使用效果良好。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.鐵運(yùn)[2006]26號(hào) 鐵路信號(hào)設(shè)備雷電及電磁兼容綜合防護(hù)實(shí)施指導(dǎo)意見(jiàn)[S].北京:中國(guó)鐵道出版社，2006．

[2] 丁峰.牽引變電所雷擊仿真分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013(5):115-118．

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[9] 何文卿，王大地.6502電氣集中電路(修訂本)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，1996．

[10] 孫鑫.鐵路信號(hào)SPD的選擇與安裝思考[J].價(jià)值工程，2013(3):184-185．

[11] 郭錫斌.雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備的危險(xiǎn)影響及其防護(hù)[M].北京:北京大學(xué)出版社，1991．

[12] CENELEC. BS EN 50129: 2003 Railway Applications: Safety Related Electronic Systems for Signalling[S]. British: European Committee for Electrotechnical Standardization， 2003.

Research on Improving Lightning Protection Ability of the Control Circuit for the Four-wire Switch

Xu Li1， Kuang Wenzhen2

(1.School of Automation & Electric Engineering; Lanzhou Jiaotong University; Lanzhou Gansu 730070， China； 2.Key Laboratory of Opto-Electronic Technology and Intelligent Control of the Ministry of Education， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou Gansu 730070， China)

In view of the current situation that the switch control circuit is not equipped with surge protective device， this paper puts forward in detail the conception and implementation of additional surge protective Devices， and the adoption of Failure Mode and Effects Analysis(FMEA) to analyze the influence of installing the devices on the existing control circuit. Analysis shows that the scheme can greatly improve the lightning protection capability of the existing control circuit without any hidden trouble．

Lightning protection; Surge protective device (SPD); Switch control Circuit; Four-wire

2014-04-16；

：2014-05-12

甘肅省青年科技基金計(jì)劃項(xiàng)目(1308RJYA096)

許 麗(1980—)，女，講師，2006年畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)交通信息工程及控制專業(yè)，工學(xué)碩士，E-mail：xuli800@mail.lzjtu.cn。

1004-2954(2014)10-0124-04

U284.26

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.10.030