鐵路信號設備的防雷方案分析

中國鐵路濟南局集團有限公司濟南電務段 山東 濟南 250003

引言

隨著我國經濟實力不斷加強，我國的鐵路行業獲得良好的發展,而隨著我國鐵路的發展，由微電子元器件和高精密集成電路組成的鐵路信號設備廣泛投入使用。在復雜電磁環境下，由于大規模集成電路的使用，遭受雷擊浪涌的故障率逐步增加。為了保障鐵路信號設備的可靠運行，減少在雷電環境中的損壞，通過試驗模擬信號設備正常工作狀態下的雷擊環境，檢測信號電子設備遭受雷擊浪涌過電壓的耐受能力，改進和提高設備雷電防護性能。

1 雷電對鐵路信號設備的主要危害形式

雷電的出現易導致鐵路信號設備異常，其主要包含兩種形式：一是直擊雷，此時鐵路信號設備將受到嚴重的危害，甚至會對信號系統整體造成負面影響，使其處于癱瘓狀態；二是感應雷，相比之下其破壞能力較小，主要與雷電的感應磁場有關，在形成較強的感應磁場后，導致原本處于正常運行狀態的信號系統受損，主要表現為信號錯誤、信號干擾等，但普遍為淺層次的危害，并不會對鐵路信號設備造成致命的損害。但也需意識到，感應雷電產生后會導致鐵路信號設備的信息顯示功能異常，呈現出偏離實際情況的錯誤信息，不利于鐵路的正常運行[1]。

2 鐵路信號設備的防雷方案

2.1 安裝過電流保護設備

在鐵路信號設備的入口處安裝串接過電流保護設備，可以有效地防范雷電浪涌的問題。造成雷電浪涌的主要原因有無線電、電磁感應、靜電以及感應雷等。在鐵路信號設備的周圍往往會有電纜電線，雷電容易對這些電纜電線產生干擾，進而影響到設備系統的整體運作。通過串接過電流保護設備的安裝，可以對浪涌電壓形成的過電流形成有效的控制作用，從而避免電子設備受到過電流的損害。

2.2 采取均壓措施

產生雷電后，接閃裝置在接收的時刻將發生明顯的狀態變化，即傳導上下和傳導下線兩部分的電位相差異常懸殊，波及對地零電位的系統，導致其出現閃絡效應，使該處也出現明顯電位差，不利于電路設備的穩定使用，甚至會威脅到周邊人員的安全。對此，均壓環是較為合適的解決途徑，將其與對地電位的導體對接后再進一步連接至接地裝置，以削弱閃絡現象。此方法對室內的金屬設備而言具有適用性，若與接閃裝置間距不合理（未滿足規定的安全距離要求），此時可在粗導線等電位的作用下實現與接閃系統的連接。在遇到雷電時室內各設備的狀態保持一致（相同電位），由此構成了等電位島。在協調好室內各部件的電位后，則消除了彼此間電位差的問題。并且等電位島有助于控制逆電位差。若要從根本上消除電位差，必須充分貫徹等電位島的理念，確定各部件的實際狀況后再對其采取等電位串聯措施。例如，對于電源、關鍵的機柜等可為之配置過壓保護裝置，以達到等電位改造的效果。設備間形成的結合面也是重點考慮對象，對其采取等電位處理措施。形成各串聯線路后需將其與母線連接。

2.3 實施分級保護方式

根據國家標準規定，需要對380V的低壓線路實施三級過電壓保護措施，主要采取安裝避雷器或者保護器的方式，具體來說，一級保護的安裝位置為高壓變壓器的后端到二次低壓設備總配電盤間的電纜內芯線兩端；二級保護的安裝位置為二次低壓設備總配電盤至配電間電纜內芯線的兩端；三級保護的安裝位置為關鍵信號設備的前端。通過這種方式，可對鐵路信號設備形成有效的防護作用，要注意的是，需要采用較高性能的避雷器或者保護器，才能起到理想的效果。

2.4 增強雷電屏蔽設備

雷電屏蔽設備能夠有效阻隔雷電與鐵路信息設備之間的聯系，在直接規避雷擊方面的作用非常明顯，但是一般的信號屏蔽設備在野外很容易受到影響出現失靈等方面的問題，所以需要保證雷電屏蔽設備具有良好的性能，能夠保證設備在惡劣環境下的正常運行。鐵路信號機械室內的相關設備本身為了阻隔雷電侵害會專門設置接地線路，可以根據實際的需要將接地線路按照網格式或者環形進行連接，這樣能夠在雷電入侵的時候引入一部分雷電進入地下，減輕雷電所造成的傷害。除了接地線路網絡之外，還需要盡可能安置一些雷電屏蔽設備，有效隔絕鐵路信號機械室的其他設備與地面或者墻體之間的碰觸，這樣就能夠有效減少雷電入侵所造成的傷害；除此之外，還需要在鐵路信號設備上安置專門的防雷安保器，主要作用就是警示和保護，有效保證鐵路交通過程中的信號穩定運行。當出現雷擊危險的時候便會發出警示的音效，同時還會自動展開信號防護工作，能夠有效避免信號設備直接受到雷電的攻擊，從而減少鐵路信號設備出現損害的情況。

2.5 室外設備雷電電磁環境的改善

對于室外設備的雷電防護工作就較為簡單，首先需要將信號設備安置在與大地連接的金屬盒內，在這一過程中，一定要保證信號設備和大地已經相連，只有這樣才能保證信號系統一直處于雷電電磁脈沖屏蔽當中。其次信號設備的電線一律使用屏蔽電線，并且需要定期檢查屏蔽電線的老化、腐蝕情況，保證電線可以良好的接地。同時還應該在室外設置防雷單元和防雷地線，防雷單元較為簡單，主要是防雷地線的分布問題。防雷地線也叫排流線，為了防止雷電將土壤擊穿，產生電弧，需要將防雷地線埋設在電纜上方。在雷電擊穿土壤時，首先會擊中防雷地線，這時將會有很大一部分的雷電流要匯集泄流在防雷地線上擴散進入土地，減少了雷電流對線路的損壞。同時為了防止雷電反擊情況的發生，工作人員還需要確保避雷針與鋼軌、電纜之間的距離問題，保證距離超過雷電反擊的距離，一般情況下在20米左右[2]。

3 結束語

伴隨著社會快速發展，我國經濟發展勢頭良好。當前鐵路交通是人們生活中常見的出行方式，鐵路交通的出行安全問題直接關系著眾多乘客以及相關工作人員的人身財產安全。保證鐵路交通的安全運行還需要重視雷電對鐵路信號設備的損害及其影響。因此我們要加強對鐵路信號設備的雷擊故障的有效處理及預防，防止發生交通意外事故，增強鐵路運行通暢性。