鐵路信號設備防雷技術應用探析

摘要：鐵路系統的安全關系到人們的生命財產安全，鐵路信號設備防雷技術是鐵路系統安全的重要保障，其具體應用過程涉及技術復雜、專業范圍廣。針對鐵路信號設備使用中常見的電磁信號干擾等問題，探析預防措施，建立科學的應用施工和管理維護方案，以為提升鐵路安全運行提供參考。

關鍵詞：鐵路;信號設備;防雷技術;改進應用

0" "引言

作為鐵路安全運行和運輸效率提升的技術支撐保證，鐵路信號設備的重要性不言而喻。鐵路信號設備是在軟電環境下工作的精密儀器，容易受強電的脈沖信號干擾，尤其在受到雷擊等強脈沖干擾時，極易因信號通信受阻而導致高鐵列車發生追尾事故。為此，應不斷從鐵路信號設備故障事故中總結經驗，通過科學的防雷技術降低雷擊對鐵路信號設備的干擾和破壞，提升信號設備的安全穩定性，提高鐵路安全運行質量[1]。

1" "鐵路信號設備應用防雷技術的必要性

具備大承載特征的鐵路運輸，是地區間出行的重要方式，其信號設備易受到雷電襲擊而發生破壞。其破壞方式主要可歸納為兩類：感應雷破壞和直擊雷破壞[2]。

感應雷破壞方式主要是在云層之間放電或雷云對地表放電過程中，對鐵路信號設備或信號傳輸線路形成電磁干擾，危及到鐵路信號設備及傳輸線路的正常運轉，從而對鐵路運行質量和安全造成危害。感應雷主要分為電磁感應雷和靜電感應雷，雖然破壞機理存在差異，但對鐵路信號設備的運轉均會造成不同程度的影響。

而直擊雷破壞方式主要是在雷云對地表放電時，雷電對鐵路周邊建筑物、軌道、鐵路信號設備及信號傳輸線路的雷電攻擊，從而造成對建筑、設備、線路的直接性破壞，導致鐵路信號設備的正常工作受到影響。。比較而言，直擊雷破壞方式對鐵路信號設備的危害程度要高于感應雷破壞方式，但因為其產生具有一定的隨機性，且發生概率不大，發生的時間和區域難以預料，因此防雷技術應主要針對感應雷方式開展。

雷電破壞對鐵路信號設備的影響較大，因此針對鐵路信號設備應用防雷技術勢在必行。鐵路部門應積極排查自身防雷設施方面的不足，加強對防雷設備的安裝和管控，健全鐵路系統防雷管理制度，細化雷電防護安全責任，落實到人，建立應對雷電事故發生的應急處置方案，減少雷電對鐵路信號設備造成的危害，將雷電對鐵路的正常運營的負面影響降低到最低[3]。

2" "雷電襲擊鐵路信號設備的途徑

鐵路系統通信網絡信號復雜交錯、種類繁多，根據不同的工作環境及差異化運行特征，雷電襲擊鐵路信號設備的方式也存在差別，進而相應產生了不同的后果[4]。為提升信號設備的運行安全性和質量，應明晰雷電襲擊鐵路信號設備的實現途徑，有的放矢的應用防雷技術，建立應對防范策略。據相關研究顯示，雷電襲擊鐵路信號設備的途徑有3種方式：一是利用鐵路交流電源系統備。二是利用鐵路架空線系統，三是利用鐵路軌道電路系統。

2.1" "利用鐵路交流電源系統侵入信號設備

鐵路系統自動鎖閉高壓電力架空線路是易受到雷電襲擊的常見設施，雷電產生的高壓形成了地表過電壓，會對電力絕緣設備造成嚴重破壞[5]。同時，高壓雷電的強烈沖擊會形成雷電沖擊波，對鐵路信號設備的低壓信號線路形成干擾，致使絕緣端形成閃絡現象，對信號交流電源系統形成二次干擾作用。

如果此時沒有及時對雷電沖擊波進行制止，其將會對鐵路高壓電線路進行攻擊，從而破壞高壓變壓器設備。隨著雷電產生的波幅值的增加，還將對高低壓設備之間的絕緣設施安全形成威脅，嚴重的會造成擊穿。數以千伏的雷電電壓對信號交流電源的侵入性極強，從而導致低壓信號設備損壞，其雷電侵入示意圖如圖1所示。

2.2" "利用鐵路架空線系統侵入信號設備

根據鐵路系統非電化區域的特征分析，其建設的架空線較為密集，而且建設位置多依托信號系統的通信信號線路側，有時也建在自動鎖閉高壓信號線路側。以上情況多在戶外環境下暴露，難以形成科學的保護措施，所以極易受到雷電沖擊波的破壞。

由于兩條架空線路可建立電力回路，如果回路中存在半自動鎖閉等設備時，高壓雷電會對設備造成破壞。具體的形成原理是雷電產生的沖擊波，對未實施防護的架空線路形成沖擊侵入，從而攻擊所連接的信號設備。如果缺少有效的防雷措施，甚至會擊穿線路連接的繼電設備。同樣的破壞還可能發生在架空線路信號甄別設備上。信號甄別設備內下線圈與鐵芯纏繞并接地，雷電沖擊波經過會擊穿之間的絕緣，經信號設備后形成破壞。

2.3" "利用鐵路軌道電路系統侵入信號設備

鐵路系統的信號傳輸主要通過軌道電路側的傳輸線路完成，利用鋼軌作為傳輸媒介，并在鐵路系統道床上安裝，其建設高度一般超出地表約1m左右。由于鋼軌鋪裝的施工水平參差不齊，加之周圍建筑物環境復雜，使受雷電沖擊的幾率提高。雖然鐵路電路是在軌枕上搭設，但也無法避免電路遠距離的弊端，如果形成明顯泄露情況，一旦受到雷電沖擊，將會造成雷電沖擊波的持續傳導，相應連接的低壓信號設備也會面臨沖擊破壞。

3" "鐵路信號設備防雷技術分析及應用

3.1" "接閃接入技術

日常提及的避雷針、避雷網、避雷帶等設施都是接閃技術的應用情況，并將其統稱為接閃裝置。利用接閃技術在鐵路信號設備中接入接閃裝置。其避雷的原理是在雷電放電時的一定區域內，依照特定的傳導線路，將高壓電流導入防雷系統的安全通道，通過通道將超大的電流釋放到大地，以防止雷電電流隨意釋放造成放電線路及設備受損。

3.2" "均壓技術

雷電強電流在經過接閃裝置的同時，電流傳導上線與下線之間將會產生超高的點位值差。此類電位差極易對防雷系統周邊處于相對地表零電位的設施形成閃絡效應，從而造成電位差提升，導致電路設備的損毀，甚至會危及到周圍人員的安全。

此時應科學應用均壓技術，即合理安裝均壓環等裝置，通過與對對地電位的不同導體間形成與母線連接，直至串行連接到接地裝置，以降低閃絡效應的發生。如果室內電氣設備、金屬設備同接閃裝置距離小于規范范圍，應采取將粗導線等電位同接閃系統連接。雷電瞬間釋放時，室內設備處于相同電位，即等電位島，從而有效消除設備間的不良電位差，并能有效防止因瞬時升高的地面電位形成的逆電位差現象。

3.3" "屏蔽技術

應用屏蔽技術建立防雷屏蔽系統，利用金屬網罩類導體構成屏蔽結構，并將鐵路信號設備保護在靜電屏蔽區域中，利用屏蔽系統外部與內部的電場等效疊加，可實現對不良電場的有效屏蔽，以此完成對雷電沖擊波的電場終結。屏蔽技術的應用前提，是屏蔽系統網狀外殼應保證保持接地狀態。屏蔽技術是當前比較實用的防雷技術，利用靜電屏蔽系統能夠利用有限的資金投入，保證鐵路信號設備的安全運行。

3.4" "接地技術

應用接地技術能夠使防雷系統中的瞬時高強度電流釋放到大地，可有效防止雷電沖擊波對屏蔽保護的鐵路信號設備產生損毀。通過對雷電能量的及時釋放，實現上線同下線電位差值的平衡，規避了電位差現象的出現。根據國際電信聯盟及國際電工委組織規范要求，應有效規避對電子設施獨立實施接地。美國電信組織進一步明確了禁止通過任何電子設施作為與大地形成接地連接。利用接地技術建立鐵路信號設備防雷系統的基本組成是防雷接地系統，并以接地系統的規范性作為基本的施工驗收準則。一個套優良的信號設備防雷系統必須具備了優良、完善的接地系統。需注意：禁止利用鋼軌代替地線作為接地系統。外設局部接地裝置如圖2所示。

3.5" "分流保護技術

分流保護技術的原理是若列電在設備線路中產生過電壓，并流經不同導體到達電子設施的過程中，通過分流保護技術實現電阻值的同時瞬時減少，形成線路短路，雷電瞬時超大電流由于避雷設備短路而導流釋放到大地。分流保護器是分流保護技術的應用載體，利用分流保護器與鐵路系統外界電源線路等導體線路形成并聯結構。

雖然經過分流保護處理的雷電電流，仍有少量分流進入到被保護的鐵路信號設備中，并對設備產生一定的消極影響，但通過多級分流保護技術實現科學分流，仍可實現對鐵路信號設備的科學防護。通常應對保護設備至少建立三個層級的分流保護。

3.6" "躲避技術

躲避技術即在鐵路系統設計選址勘查時，就要考慮避免建設在雷電事故頻發的區域及易遭受雷擊的區域。躲避技術是從根源上降低了因后期實施防雷施工所增加的投資預算和支出。躲避技術的另一種表現形式是，一旦既有鐵路系統遭遇到雷雨天氣時，主動關閉非必需的電子設施，切斷電源。

綜合應用接閃接入技術、均壓技術、屏蔽技術、 接地技術、分流保護技術、躲避技術等可建立如圖3所示的鐵路信號防雷電系統。

4" "鐵路信號設備防雷技術應用實施要點

4.1" "信號設備防雷應用實施要點

應根據圖紙要求及規范標準進行信號設備安裝，位置應選擇在方便檢測維護的區域，安裝后應做加固處理，其他設施禁止借助防雷設備線材作為接地端子，并保證防雷元器件表面完好無損傷。防雷設備安裝好后應檢查，鐵路信號設備與防雷設備元器件之間的導線材質應為阻燃材質，且長度適中，正常情況下，導線橫截面尺寸應小于50cm，根據實際情況要求可適當延長。

4.2" "電源防雷應用實施要點

在鐵路信號設備電源前端應安裝交流電源防雷安保裝置，有效提升抵御兩路信號電源對雷電感應場、靜電場和輻射場的抗干擾性。針對機房是單相電源的情況，電源箱體同電源線的接線長度應控制在50cm以內，如果機房面積較大，應適當建立交匯的總線裝置。鐵路系統機房、繼電器操作室和運轉室的基線應單獨設立，交匯總線截面尺寸應符合規范。

防雷接地線施工時，應根據大地電阻率的實際建立接地網，控制防雷站點的底線電阻在10Ω以內。鐵路電力機房應通過法拉第籠方式實施電磁屏蔽，利用鍍鋅扁鋼等材料建立接地系統，降低電磁干擾，防御直擊雷襲擊。

4.3" "防雷應用實施管控要點

鐵路信號設備防雷技術應用實施前，應細化施工圖紙和施工方案，做好施工圖紙和方案的審核，保證設計方案的合理性。同時，引入多種防雷技術于一體的防雷系統，有效采取分級的防雷手段，保證防雷應用實施事前、事中和事后的質量控制，有效保證鐵路信號設備的防雷技術應用效果。

5" "結語

鐵路信號設備防雷技術的選擇形式很多，可通過不斷的從鐵路信號設備故障事故中吸取經驗，根據鐵路工程的實際情況合理選擇多種技術綜合的防雷體系，并有效采取分級的防雷手段。通過科學的防雷技術系統，可降低雷擊對鐵路信號設備的干擾和破壞，降低雷電、雷擊事故風險，提高信號設備的安全性，實現鐵路系統的穩定運行。

參考文獻

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