淺淡鐵道信號設備防雷措施應用的重要性

王景達

【摘 要】秦電氣化鐵路發展至今，信號設備電子化程度大幅提高，采用了大量的電子設備，電子設備的元器件耐過電壓和過電流的能力很低，很容易被雷擊壞，雷擊放電誘發電磁脈沖過電壓和過電流會經電源系統、信號傳輸通道等途徑損壞信號設備，直接威脅鐵路正常的安全生產。所以，加強信號設備防雷工作尤為重要。

【關鍵詞】鐵路信號；防雷；安全；危害

雷電具有很大的破壞力和多種破壞作用，可以使鐵路信號系統設備損壞或失效，影響列車運行的正常秩序，同時帶來較大的直接和間接經濟損失，直接影響大秦鐵路的運輸安全。本人曾經多次參加因雷電危害造成的現場信號設備故障搶修和疑難問題解決，深刻認識到防雷措施應用的重要性。我們鐵路部門應積極建立防雷責任制，切實提高防雷工作標準，盡最大努力確保鐵路運輸生產安全。

1 雷電的產生和危害

1.1 雷電的產生

雷電的產生是由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產生摩擦，從而形成了帶有正負電荷的小水滴。當正負電荷累積達到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團之間以及云團對地之間形成強大的電場，從而產生云團對云團和云團對地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。

具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負電，兩種極性不同的電荷會使云的內部或云與地之間形成強電場，瞬間劇烈放電爆發出強大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電流極強，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。而對我們產生影響的，主要是近地的云團對地的放電，經統計，近地云團大多是負電荷，其場強最大可達20kV/m。

1.2 雷電的危害

雷電是一種大氣中放電的現象，雖然放電作用時間短，但放電時產生數萬伏至數十萬伏沖擊電壓，放電電流可達幾十到幾十萬安培，電弧溫度也可達幾千度以上，對建筑群中高聳的建筑物及尖形物、空曠區內孤立物體以及特別潮濕的建筑物、屋頂內金屬結構的建筑物及露天放置的金屬設備等有很大威脅，可能引起倒塌。起火等事故。雷暴可以使鐵路信號系統設備損壞或失效，影響列車運行的正常秩序，同時帶來較大的直接和間接經濟損失。由雷暴造成的自然災害被稱為雷害，導致鐵路信號系統雷害的有雷電直擊（或稱直擊雷）和雷電感應（或稱感應雷）。雷電直擊是雷云直接通過地面物體放電并產生電效應、熱效應和信號系統設備雷害的主要原因。雷電感應是雷電放電的強大電磁場在鄰近鐵路信號系統導線或系統設備內產生的電磁感應脈沖，該電磁感應脈沖產生的過電壓和過電流幅值并不太高，但由于現代鐵路信號系統設備采用了大量微電子設備，微電子設備耐過電壓和過電流的能力很低，雷電感應引起的電磁感應脈沖可以造成雷害。雷電感應發生概率較大，一般雷電直擊點周圍半徑1km左右都會產生雷電電磁脈沖。雷電感應是鐵路信號設備防護的重點，因此，鐵路信號防雷設備主要用來防止雷電感應造成的雷害。

2 防雷措施應用的重要性

據悉，進入汛期，由雷擊造成鐵路信號設備故障影響大秦鐵路運輸安全的現象較多。提高信號設備防雷標準，是減少雷害發生的根本。安裝在鐵路信號系統內的信號防雷設備必須保證信號系統的正常工作，在雷電電磁脈沖侵入時應能及時限制雷電壓和將雷電流引導入地。

2.1 結合信號設備的分布特點及雷電攻擊的途徑分析，鐵路信號設備雷電防護存在以下特點

（1）信號設備占地面積較大，且很多設備分布在山區、曠野等易遭受雷電攻擊的地區。

（2）鐵路的鋼軌是雷電流的良好導體，與鋼軌連接的相關鐵路信號設備，如信號機、軌道電路、電動轉轍機等較容易受到雷電流的威脅。

（3）自動閉塞、半自動閉塞等信號條件線、控制線，在非電化區段大部分使用架空線，它們均架設于信號與通信混合線路或自動閉塞高壓信號線路上，由于它們暴露在曠野郊外，在雷雨季節容易遭受到雷電的襲擊，線路中的大電流會串入信號機房內部，從而引起對內部設備的損壞。

（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，也容易造成“地電位反擊”，使人員或設備遭受損害。

從以上分析中可以看出：為了提高鐵路信號設備安全性及機房設備、計算機的運行可靠度，整個車站信號設備的雷電防護一定要有良好的避雷設施、下引線和統一的接地網，采取完善的直擊雷、感應雷防護措施。同時必須在供電系統、信號采集傳輸系統、計算機網絡系統、機房接地系統等進行可靠有效的防護，在攔截、分流、均衡、接地、布線、布局等方面做完整的，多層次的綜合防護。

2.2 信號設備的防雷

（1）信號設備的防雷要求 在有雷電活動的地區，交流電源外線、電子設備、軌道檢查裝置、遙信遙控設備等與外線連接的信號設備必須裝設防雷裝置。不同雷電活動地區，應采取相應的防雷措施。

（2）信號設備雷電防護的原則 防雷裝置和被防護設備之間絕緣應匹配，將雷電感應電壓限制到被保護的沖擊耐壓水平以下。正常情況下，防雷裝置不應影響被防護設備的工作，受雷電干擾時，應保證信號設備不得錯誤動作。 采用多級防護時，各級防護元件應配置合理。

（3）信號設備防雷元件的安裝和設備的要求外部防護用防雷元件宜安裝在線路終端。安裝應牢固可靠，便于檢測，集中安裝。

鐵路信號設備防雷原則是：經等電位連接，使過電壓（或電流）以最直接的路徑盡快泄漏到大地，達到保護設備的目的。電磁兼容防護總的原則是：利用室內的金屬物有機地構成一個“法拉第籠”，進行接地連接。站場綜合防雷設計本著安全可靠、技術先進、經濟合理的原則，達到防御或減輕雷電災害、提高防雷安全度的目的。

防雷是一個很復雜的問題，不可能依靠一、二種先進的防雷設備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應過電壓的影響，必須針對雷害入侵途徑，對各類可能產生雷擊的因素進行排除，采用綜合防治——接閃、均壓、屏蔽、接地、分流（保護），才能將雷害減少到最低限度。

大秦鐵路部門吸取了我國鐵路信號防雷工作多年來的經驗，并借鑒了國外鐵路信號設備防雷方法，包含地網設置、屏蔽設置等綜合防護技術措施，大大提高了信號設備防雷標準，進一步增強了設備防雷的可操作性并規定了防雷設計與施工資質管理、施工驗收、質量責任、雷害處理、產品采購、檢查測試等維護與管理方面的內容，基本形成了信號設備雷電綜合防護框架。雷害發生的重點地區是微電子設備和微電子設備集中的區段。為防止汛期雷害損壞信號設備，相關部門將防雷工作列入今年專項整治內容，撥出專款用于防雷整治。發布因防雷設施維護或管理不當造成信號設備發生雷害必須追究管理單位責任的規定，鐵路部門將繼續建立防雷逐級負責制和雷害應急預案，明確雷電防護裝置的設計、施工、維護和管理等單位及人員的責任，做到大秦鐵路股份有限公司、電務段逐級負責，盡最大限度減少雷害對鐵路運輸生產的影響。

3 結束語

隨著現代化科技飛速發展，鐵路信號設備電子化程度大幅提高，先進的設備在雷雨季節能否安全穩定的運用，是擺在我們面前的一個新課題。雷擊放電誘發電磁脈沖過電壓和過電流會經電源系統、信號傳輸通道等途徑損壞信號設備，直接威脅鐵路正常的安全生產。所以，我們要繼續努力加強鐵路信號設備防雷工作，減少因雷害造成的鐵路信號設備故障，更好的保障大秦鐵路的運輸安全。

【參考文獻】

[1]林瑜筠，主編.鐵路信號基礎[M].北京，中國鐵道出版社.2006.8.

[2]鐵運.鐵路信號設備雷電及電磁兼容綜合防護實施指導意見（2006）26號[Z].

[3]鐵道通信信號[Z].2007（10）出版日期，2007.10.

[4]郭建新，主編.安全技術與管理[M].北京，中國石化出版社，2008.4.

[責任編輯：王偉平]