铁路信号设备防雷技术应用探析

陈思琪

摘要：铁路信号设备依靠电力供应，在铁路列车调度中发挥着关键作用，由于设备通常在露天使用，并且夏季雷电雨水多，因此极易损坏铁路信号设备，所以对铁路信号设备的有效防雷是保证设备正常运行的关键。

关键词：铁路信号设备；防雷技术；应用

铁路信号设备是一种精密仪器，在软电环境中工作，易受强电脉冲信号影响，特别是当受到雷电等强脉冲干扰时，由于信号通信受阻，极可能导致列车追尾事故。因此，要不断总结铁路信号设备故障事故经验，通过科学的防雷技术，减少雷击对铁路信号设备的干扰及破坏，提高信号设备安全性和稳定性，提高铁路安全运行质量。

一、铁路信号设备防雷的必要性

铁路信号设备由大量计算机、电子设备构成，包括计算机联锁、调度集中(CTC)、调度指挥系统(TDCS)、列控(CTCS)、ZPW2000系列无绝缘自动闭塞设备、自动化驼峰、编组站自动化系统(CIPS)、计轴站间闭塞等设备。这些设备对电磁干扰较敏感，而雷电放电产生过电压和过电流，会对信号设备产生强烈的电磁干扰，影响设备正常工作，导致设备故障不能导向安全侧，产生危险侧输出，危及行车安全。因此，采用先进的防雷技术对信号设备进行雷电防护十分必要。

二、雷电袭击铁路信号设备的途径

1、利用铁路交流电源系统侵入信号设备。铁路系统自动锁闭高压电力架空线路是一种常见的易受雷击的设施，雷电产生的高压形成地表过电压，会对电力绝缘设备造成严重破坏。同时，高压雷电的强烈冲击会形成雷电冲击波，干扰铁路信号设备的低压信号线路，造成绝缘端闪络，对信号交流电力系统造成二次干扰。若此时雷电冲击波未及时制止，会攻击铁路高压电线路，破坏高压变压器设备。随着雷电产生波幅值的增加，也会对高低压设备间绝缘设施的安全构成威胁，严重时会造成击穿。数以千伏雷电电压对信号交流电源的侵入性较强，从而对低压信号设备造成损坏。

2、利用铁路架空线系统侵入信号设备。根据铁路系统非电化区域的特征分析，建设的架空线相对密集，建设地点大多取决于信号系统的通信信号线路侧，有时也建在自动锁闭高压信号线路侧。上述条件大多暴露在户外环境中，难以形成科学的保护措施，易受雷电冲击波的破坏。由于两条架空线路可建立电力回路，若回路中有半自动锁闭装置，高压雷电会破坏设备。具体的形成原理是，雷电产生的冲击波侵入未实施防护的架空线路，攻击连接的信号设备。若无有效的防雷措施，甚至可能会击穿线路相连的继电设备。架空线路信号甄别设备也可能发生同样破坏。信号甄别设备中的下线圈用铁芯缠绕和接地，雷电冲击波经过会击穿其绝缘，经信号设备后形成破坏。

3、利用铁路轨道电路系统侵入信号设备。铁路系统的信号传输通过轨道电路侧传输线路完成，钢轨用作传输介质，安装在铁路系统道床上，建设高度一般为离地表1m左右。由于钢轨铺装施工水平参差不齐，以及周围复杂的建筑物，雷电冲击可能性增加。虽然铁路电路搭设在轨枕上，但无法避免电路远距离长弊端，若出现明显泄漏，一旦受到雷电冲击，将造成雷电冲击波的持续传导，相应连接的低压信号设备也将面临冲击破坏。

三、铁路信号设备防雷技术及其应用

1、接闪接入技术。日常提到的避雷针、避雷网、避雷带等设施是接闪技术的应用情况，统称为接闪装置。接闪技术用于连接铁路信号设备中的接闪装置，避雷原理是在雷电放电时，根据一定区域内特定传导线路将高压电流导入防雷系统的安全通道，并通过通道将过大电流释放到大地，以防止放电线路和设备因雷电电流的随意释放而损坏。

2、均压技术。当强雷电电流经过接闪装置时，电流传导的上下线会有极高的点位值差，这种电位差易对防雷系统周边处于相对地表零电位的设施形成闪络效应，导致电位差上升，对电路设备造成损坏，甚至危及周围人员的安全。此时，应科学应用均压技术，即应合理安装均压环等装置，并通过与对地电位的不同导体形成与母线连接，直到串行连接到接地装置，减少闪络效应的发生。若室内电气设备和金属设备与接闪装置间距离小于规定范围，则应将粗导线等电位连接到接闪系统。当雷电瞬间释放时，室内设备处于同一电位，即等电位岛，从而有效消除设备间不良电位差，有效防止因瞬时升高的地面电位引起的逆电位差。

3、屏蔽技术。采用屏蔽技术建立防雷屏蔽系统，屏蔽结构应采用金属网罩类导体构成，应在静电屏蔽区保护铁路信号设备，利用屏蔽系统内外部电场等效叠加，实现对不良电场的有效屏蔽，从而完成雷电冲击波电场终结。屏蔽技术应用的前提是屏蔽系统网状外壳应保证保持接地状态，其是目前实用的防雷技术，静电屏蔽系统的使用能在有限资金投入下确保铁路信号设备的安全运行。

4、接地技术。接地技术的应用能将防雷系统中瞬时高强度电流释放到大地，有效防止雷电冲击波对屏蔽保护的铁路信号设备的损毁。通过及时释放雷电能量，实现上下线电位差的平衡，避免发生电位差现象。根据国际电信联盟和国际电工委组织规范要求，应有效规避电子设施的独立接地。美国电信组织进一步规定，禁止通过任何电子设施与大地形成接地连接。采用接地技术建立铁路信号设备防雷系统的基本组成是防雷接地系统，接地系统的标准化作为基本施工验收准则。一套优良的信号设备防雷系统必须具备优良、完善的接地系统。需注意的是，禁止使用钢轨代替地线作为接地系统。

5、分流保护技术。其原理是，若列电在设备线路中产生过电压，并流经不同导体到达电子设施，分流保护技术能同时实现电阻值的瞬时降低，形成线路短路，并且由于防雷设备短路，雷电瞬时过电流被导流释放到大地。分流保护器是分流保护技术的应用载体，其与铁路系统外部电源线路等导体形成并联结构。尽管分流保护处理后的雷电电流，仍有少量分流进入被保护的铁路信号设备，并对设备产生一定负面影响，但通过多级分流保护技术进行科学分流，仍可实现对铁路信号设备的科学防护。通常，应为保护设备建立至少三个层级的分流保护。

6、躲避技术。此技术是指在铁路系统设计选址勘查中，要考虑避免建设在雷电事故频发且易受雷击的地区，其从根本上减少了后期防雷施工所增加的投资预算及支出。躲避技术另一种表现形式是，一旦既有铁路系统遇到雷雨天气，会主动关闭不必要的电子设施并切断电源。

四、铁路信号设备防雷技术应用实施要点

1、信号设备防雷应用实施要点。信号设备的安装应符合图纸、规范标准要求，位置应选择在便于检测维护的区域，安装后应进行加固处理，其他设施禁止使用防雷设备线材作为接地端子，防雷元器件表面应完好无损。防雷设备安装后应检查，铁路信号设备和防雷设备元件间的导线材质应为阻燃材质，且长度适中。正常情况下，导线横截面尺寸应小于50cm，可根据实际情况适当延长。

2、电源防雷应用实施要点。在铁路信号设备电源前端安装交流电源防雷安保装置，有效提高两路信号电源对雷电感应场、静电场、辐射场的抗干扰性。鉴于机房为单相电源，电源箱体与电源线间接线长度应控制在50cm内，若机房面积较大，应适当建立交汇的总线装置。铁路系统机房、继电器操作室、运转室基线应单独设置，交汇总线截面尺寸应符合规范要求。

防雷接地线施工时，应根据实际大地电阻率建立接地网，防雷站点底线电阻应控制在10Ω内。铁路电力机房采用法拉第笼方式实施电磁屏蔽，利用镀锌扁钢等材料建立接地系统，减少电磁干扰，防御直击雷袭击。

3、防雷应用实施管控要点。在应用实施铁路信号设备防雷技术前，应细化施工图纸与方案，并审核施工图纸及方案，以确保设计方案的合理性。同时，引入多种防雷技术于一体的防雷系统，有效采取分级防雷措施，确保应用实施事前、事中、事后质量控制，有效保证防雷技术在铁路信号设备上的应用效果。

参考文献：

[1]张宏祥.对铁路信号设备的防雷探讨[J].通讯世界,2016(04):26-27.