雷電電磁脈沖干擾對鐵路信號系統的影響分析

趙紅芳

固安信通信號技術股份有限公司 河北 固安 065500

正文：

1 概述

鐵路信號設備是鐵路系統運行中至關重要的一種設備，其直接關系著鐵路車輛的行車安全及行車速度。當前，隨著我國鐵路建設行業的快速發展，鐵路信號設備也得到了很大程度的發展，以電子以及電子技術為基礎的鐵路信號設備得到了廣泛的應用。因為電子設備是處于弱點工作環境的，所以，在實際運行的時候，很容易受到電磁脈沖的干擾，甚至會導致擊穿損壞問題的發生。在雷擊發生時，雷擊所產生的電流會通過電源系統、信號傳輸通道直接進入到通信信號設備中，不僅會導致大量的經濟損失，還會給鐵路信號系統的正常運行帶來極大的影響，嚴重威脅鐵路的安全運輸。所以，應采用先進的防雷技術來對鐵路信號設備進行防護，防止其在運行過程中受到雷擊破壞。

2 直擊雷

直接擊中線路設備或者終端設備的雷電就是直擊雷，這種雷電的電壓比較高，會給設備帶來非常嚴重的破壞，不過直擊雷的頻度并不高。

地閃直擊雷的產生過程是：當雷云很低周圍又沒有異性電荷雷云時，就在地面的凸表面(野外的任何物，如人、建筑物等)上感應異性電荷，當此間的電場強度達到一定值時，就會擊穿空氣對上下級點放電，雷電流經此點泄放入大地，如果沒有適當的避雷措施，鐵路系統的架空接觸網等很可能是直擊雷的目標，這時電壓可高達5000kV，雷電流可高達數十千安。

3 感應雷

感應雷是在雷云形成過程中產生的，感應雷的電壓是與雷云產生時對地電流有關的，雷云對地放電電流高則感應雷的電壓高，雷云對地放電電流低，那么感應雷的電壓也比較低。同時，其電壓的高低還會受到雷擊點與線路的位置、雷擊點的周邊環境等因素的影響，所以，感應雷的電壓動態性比較強，很難對其電壓進行準確的判斷。

4 雷擊過電壓侵入信號設備途徑

不同的信號設備其工作環境以及控制條件也是各不相同的，因此，信號設備遭受雷擊的途徑也是存在著很大差異的，為了保證信號設備能夠正常運行，防止其受到雷電的襲擊，必須要對雷電襲擊途徑進行充分的掌握，并根據各種雷擊途徑，來采取相應的防雷措施。信號設備的雷擊途徑主要包括以下幾種：

（1）由信號交流電源系統侵入

當雷電襲擊自動閉塞高壓電源架空線路的時候，高壓線會產生對地過電壓，這一電壓的出現，會給絕緣設備以及變壓器設備帶來非常嚴重的威脅。同時，雷電的沖擊波還會給信號線路產生一定會的影響，從而影響信號設備的正常運行。

（2）由架空條件線、控制線系統侵入

由架空條件線、控制線系統侵入自動閉塞、半自動閉塞、調度集中以及信號遙控與監督等設備的信號條件線、控制線，通常情況下，非電化區段都會采用架空線，且都是架設在自動閉塞高壓信號線路上的，由于其常年暴露在外，所以很容易遭受雷電的襲擊。

（3）由軌道電路系統侵入

鐵路軌道電路通常都是采用鋼軌來作為傳輸線，并通過鋼軌來傳輸信息，鋼軌一般都是安裝在道床上，路肩比較寬，且覆蓋有很厚的石渣，所以鋼軌的高度高出地面很多，在雷雨天氣下，很容易遭到雷電的襲擊，同時，還有的鋼軌直接設置在水平面上方的橋梁上，更是加大了雷電襲擊概率。

雖然軌道電路都是安裝在鋼筋混凝土軌枕上的，不過，由于軌道電路的長度比較長，且在運行過程中會出現一定程度的電容泄漏，所以，當軌道遭受雷電襲擊時，很難將雷電從軌道中泄放出來，雷電沖擊波會在軌道中傳送很長的一段距離，這對于低電壓運行的軌道來說，具有著非常大的威脅，而軌道作為信息傳輸渠道，其所遭受的電擊也會給整個鐵路信號系統帶來嚴重的影響。

（4）雷電電磁場

上述幾條雷電襲擊途徑都是傳導性的，而雷電所引起的電磁場是不需要傳輸介質的，可以直接在空間中傳播，雷電電磁場的產生也會給信號設備產生一定會的影響，會使電氣設備中的PCB板線路以及元件產生一定的感應電壓，可能損壞設備，實驗數據表明，設備（包括靠近設備的元器件）處在2.4GS的電磁場中時會對設備造成永久性損壞，設備（包括靠近設備的元器件）處在0.07GS的電磁場中時設備會產生誤動作。

因此，雷擊時處在引下線（明設在引下線或建筑物立柱內的鋼筋）近的設備是不安全的。總之，雷電電磁場的危害最終還是使設備及線路感應形成的過電壓危害到設備的安全運行。

5 結語

當雷擊產生時，大量的雷擊電流會通過引下線直接泄入到大地中，并在接地周邊產生一定的放射性電位分布，如果附近有電子設備或者其他設備的話，電流將會被引入到設備中，從而改變設備原有的電壓，給設備帶來極大的損壞。為了避免雷擊給設備帶來嚴重的損壞，應采取等電位連接措施，從而防止雷擊引發電位差。首先需要對電源線、信號線、金屬管道以及接地線進行等電位連接，其次需要對內層保護區界面進行等電位連接，并保證等電位連接棒之間的相互連接，最后需要將所有的等電位連接棒與主等電位連接棒連接。此外，可以采用金屬部件以及鋼筋籠，來構成不規則的法拉第籠，從而消除雷電引起的毀壞性的電位差,實現信號設備的有效保護。