鐵路通信系統雷電防護設計研究

董建騰

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600）

鐵路通信系統處于戶外環境中，當遇到雷雨天氣時有可能遭遇雷擊，對通信系統造成破壞。為消除潛在的危險因素，開展防雷電設計是很有必要的，可以提升系統運行安全水平。掌握鐵路通信系統實際情況，制定出科學合理防護方案，有效應對雷電的破壞，強化通信系統建設，為鐵路正常運行提供有力支持。

1 鐵路站場雷電防護分析

對通信系統遭受雷電破壞情況進行分析，依據過電壓和過電流的途徑分為直擊雷、感應雷和操作過電壓三種。結合鐵路站場通信系統遭受雷擊的實際情況，對防護方案進行分析。

鐵路站場設備具有數量多、類型雜的特點。根據雷電防護標準，通信樓避雷針應實現對整個區域的防護，保證通信樓安全性，保護通信設備免受雷擊破壞。當雷雨云對大地放電時，雷閃電流的高頻電磁場對暴露在外的電源線、信號線等會產生感應雷擊過電壓，當其超過了設備的抗電強度時，設備就會發生損壞。雷電防護應堅持等電位原則，機房接地系統比較多，其沖擊接地電阻不均衡，當發生雷擊時，雷電流會引起地電位差，出現“地電位反擊”，對鐵路通信設備會產生破壞。

為了提高鐵路站場通信系統的安全性，需根據實際情況設計完善防護方案，雷電防護系統包括避雷針、引下線和接地網，采取直擊雷防護措施。為了強化雷電防護效果，應對車站內的傳輸系統、程控交換系統等進行多級綜合防護，提升防護水平。站場防雷設備應遵循安全可靠、技術先進、經濟性的原則，確保發揮出防雷電的作用，有效提升站場安全性，確保正常運行。

2 通信系統雷電防護設計

2.1 天饋系統防雷

天饋系統防雷，應嚴格滿足規定。首先架空天線應設置在直擊雷防護區內。在選擇天饋線路浪涌保護器時，應考慮到設備工作頻率、平均輸出功率等，通過綜合分析合理選擇天饋線路浪涌保護器，保證達到理想效果。對通信設備相關參數進行分析，數字微波通信、站場廣播機等系統的天饋線路，應選擇符合要求的天饋電涌保護器，安裝在規定位置上。采用波導管傳輸的天饋系統，應將波導管的金屬外壁和天線架、波導管支撐架和天線反射器進行電氣連通。

2.2 計算機網絡系統防護

在以太網絡服務器通信線路由器前及網控器的PSTN外線接入網線上，各安裝符合要求的計算機網絡通信電涌保護器，可以對服務器網絡通信線路實現防雷保護。在網絡交換機通信系統進線端安裝計算機網絡通信線電涌保護器，對設備網卡及通信線路進行防雷保護。網絡間傳輸防護采用光纖，但應對光纜的金屬護套進行接地。

2.3 電話通信系統防護

在有線話音通信系統與程控交換機連接的線路有電話外線上，分別安裝電話通信線電涌保護器，實現對線路的保護。在重要會議室內外線、重要管理人辦公室內外線、重要實驗機構辦公室內外線及區域值班室內線電話通信線上分別安裝電話通信線電涌保護器，對電話通信線路進行防雷保護。

2.4 站場通信系統防護

在無線通信系統和站場電臺主機連接的天線進線處分別安裝饋線電涌保護器，要求SPD的參數應與系統主機參數相匹配，用于站場電臺的防雷保護。

3 站場通信系統外部雷電防護設計

3.1 運用避雷針、避雷帶、避雷網

根據現代雷電防護標準，對于直擊雷防護應采用避雷針、避雷帶、避雷網，將雷電流通過接地裝置送入大地，達到防護目的。常用避雷裝置都是采用金屬導體，安裝在建筑物的最高點，也就是容易遭受雷擊的地方。天空發生雷電時，大地上因為靜電感應作用，會帶上和雷云相反的電荷，避雷裝置都在建筑物最高點，與雷云距離比較近，和大地有良好的電氣連接，所以有著相同的電位，使得避雷裝置附近空間電場強度比較大，會將雷電吸引過來進行集中處理，同時降低了附近物體遭受雷擊的概率，實現了很好的防護。在鐵路站場內，雷電防護重點是通信系統設備，最直接、簡單的方法就是安裝避雷針，同時確定好安裝的高度，可以避免直擊雷破壞。

3.2 接地裝置

接地極、接地極引線和接地母排共同組成了接地裝置，將鐵路站場通信系統和大地連接起來，實現電氣連接的金屬物體為接地極，包括人工接地極和自然接地極。接地母排可以作為參考點，將電氣裝置內需接地的部分和接地極連接起來，將電氣裝置內相關電位連接線互相連通，實現鐵路信號綜合樓內大件導電部分間的總等電位聯結。接地極和接地母排之間的連接線為接地極引線。

4 站場通信系統內部雷電防護設計

隨著站場通信系統建設的加快，信息化水平提升，使用的設備也隨之增加，一旦發生雷擊破壞，受影響范圍會更大。雷電是大氣層中的強電磁干擾源，為了有效防御雷擊電磁脈沖，除了正確選擇機房位置外，還要采用等電位連接、屏蔽及過壓保護等措施。根據雷電流的“集膚效應”可以了解到，雷電流主要集中在有鋼筋層的外墻，室內的磁場強度在電流流經的柱子附近為最大，所以計算機房應該設置在建筑物最中間的位置，同時應避開大樓外側。電源系統應采用多級保護方式，逐級泄流，使殘壓限制在2倍額定電壓值。采用連接導線將防雷裝置和建筑物的金屬裝置、外來導線等連接起來，這樣可以減小雷電流過時各金屬器件之間的電位差。在安裝過程中，保護裝置應靠近被保護設備，保護元件兩端采用雙絞線，這樣耦合回路面積會大大減少，有效降低了磁場耦合效應。鐵路通信系統雷害具有不確定性、范圍廣等特點，所以應對通信系統進行全面防護，為通信系統穩定運行提供保障。

5 鐵路通信系統雷電防護實施策略

5.1 制定設計方案

設計方案是開展雷電防護實施的重要參考依據，在制定之前應展開調查工作，對相關數據信息進行收集、整理、分析，保證設計方案的科學合理性。一方面要了解現有雷電防護措施，在此基礎上完善，不斷強化防雷效果。另一方面對雷害處理事故進行分析，明確經常發生雷害的注意事項，為設計方案制定提供參考，要體現出較強針對性，確保達到預期防雷效果。方案確定后要和現場情況進行對比，發現不相符合部分要作出調整，對方案進行優化，增強可行性，很好的落實下去。

5.2 成立專業隊伍

為了保證避雷設備安裝質量，必須由專業技術人員安裝、負責。目前很多新型設備被應用雷電防護系統中，專業技術人員應積極學習提升自身技術水平，為安裝工程順利開展提供可靠保障。安裝過程中，技術人員應協調配合嚴格按照規范要求執行，通過提前探討并制定有效策略，保證雷電防護系統的有效性。

5.3 引入新技術、新設備

隨著鐵路通信系統的發展，傳統雷電防護系統已經無法滿足實際需求，因此應積極創新，引入新技術、新設備，更好地提升雷電防護水平。特別是容易發生雷電災害的區域，要提高重視程度，對雷電防護系統進行優化。與此同時應對先進技術和設備不斷改進完善，不斷增強實際防護的效果，為創建出安全、穩定的通信系統環境，發揮出最大的作用。

6 結語

綜上所述，雷電會對鐵路通信系統造成嚴重的雷擊風險，影響鐵路通信系統的正常運行，應積極開展雷電防護研究，明確防護的重點，有效處理實際發生的問題，積極引入新技術、新設備，通過合理設計實現防護。從而提升通信系統安全性，實現鐵路的穩定運行，推動國民經濟的發展。