淺析鐵路信號設(shè)備雷電危害及防護(hù)

解瑞

摘 要：近年來，隨著電氣化鐵路知識的普及和高鐵線路的開通，鐵路新技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，電子元件的使用逐漸增多。但是，鐵路信號設(shè)備卻成為雷電襲擊的主要目標(biāo)，所以做好信號系統(tǒng)的防雷，盡可能地預(yù)防和減少雷電對信號設(shè)備的襲擊，顯得尤為重要。從雷電對信號設(shè)備的危害、信號設(shè)備常用的防雷元件、現(xiàn)場信號設(shè)備的綜合防雷等幾個方面對鐵路信號設(shè)備防雷進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：鐵路；信號設(shè)備；雷電；避雷措施

中圖分類號：U284.93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0037-02

鐵路信號設(shè)備是指揮列車運(yùn)行的主要設(shè)備之一，設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行直接關(guān)系到鐵路的運(yùn)輸安全和效率。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)聯(lián)鎖、微機(jī)監(jiān)測、TDCS，CTC，ZPW-2000A，LKJ，CTC和自動化駝峰調(diào)車等新設(shè)備的使用越來越廣泛。這些新設(shè)備絕大多數(shù)都是由微電子元件組成，額定電流、電壓值較低，極易受到外界電磁場的干擾，尤其是雷電的干擾。鐵路信號設(shè)備分布點(diǎn)多、線長，多數(shù)設(shè)備在山區(qū)、曠野中，防雷措施較差，極易受到不明雷電流的襲擊，影響正常運(yùn)行。因此，采取必要的防雷措施，盡可能避免雷電對信號設(shè)備的影響，確保設(shè)備正常運(yùn)行至關(guān)重要。

1 雷電和雷害

雷電是自然界中雷鳴和閃電相伴的放電現(xiàn)象；雷害是指雷電流從云中釋放到大地，對其釋放通道所產(chǎn)生的危害，地面上的凸出物體或者相對較高的建筑物都容易受到雷電的襲擊。

對鐵路信號設(shè)備來說，電子設(shè)備集中，高架線、線路交匯處或連接處等部位都容易發(fā)生雷擊。常見的雷電有直擊雷、球形雷、感應(yīng)雷和雷電波侵入。直擊雷和感應(yīng)雷發(fā)生的頻率較高，產(chǎn)生的電磁場影響范圍較大，是危害信號設(shè)備的主要雷電。

“7·23”甬溫線動車事故就是典型的雷電襲擊信號設(shè)備導(dǎo)致的行車事故。2011-07-23，溫州南站軌道電路因遭遇雷擊，鐵路信號設(shè)備發(fā)送盒被損壞，導(dǎo)致信號盒與列控中心的信號傳輸線阻抗下降，進(jìn)而造成軌道電路與列控中心的通信出現(xiàn)故障，且列控中心的采集電路電源回路中的保險管熔斷，在實際有車占用的情況下，仍按照之前無車占用的狀態(tài)輸出信號，使得區(qū)間信號機(jī)錯誤升級，綠燈亮起，造成D301次列車撞上前行的D3115次列車。

2 主要方式

雷電對信號設(shè)備的危害無處不在，以交流電源線、軌道電路和電纜等部位作為主要攻擊對象。信號設(shè)備被雷擊后，可能出現(xiàn)聯(lián)鎖機(jī)顯示器黑屏、區(qū)間信號機(jī)燈光顯示錯誤、電源屏突然停電、軌道電路紅光帶、進(jìn)路突然解鎖、道岔錯誤轉(zhuǎn)換工藝或信號傳輸中斷等故障，影響正常行車。

2.1 交流電源線

當(dāng)高幅度的雷電壓襲擊交流電源線時，雷電壓會傳至高壓變壓器，如果該變壓器的防雷裝置失效，就會被雷電壓擊穿，導(dǎo)致雷電壓接入交流低壓電源，傳輸給信號設(shè)備，使電子設(shè)備遭到破壞。當(dāng)高壓變壓器被較低幅的雷電壓襲擊時，本身不能被直接擊穿，但電容耦合同樣會使雷電波侵入低壓回路，干擾信號設(shè)備運(yùn)行。

2.2 軌道電路

軌道安裝在軌枕上，軌道電路以鋼軌作為傳輸線，尤其在高山、樹木、橋隧等處的軌道電路是雷電襲擊的主要對象。當(dāng)雷電襲擊時，軌道電路因其本身有一定的電阻，同時避雷器產(chǎn)生泄露，致使雷電襲擊產(chǎn)生的電流不能立即泄放，易使軌道電路設(shè)備器材損壞或顯示紅光帶。

2.3 電纜

電纜是連接鐵路信號室內(nèi)、外設(shè)備的橋梁，當(dāng)電纜或電纜附近的大地遭受雷電襲擊時，電纜保護(hù)套可能被雷電流擊穿，使得雷電流直接流入電纜芯線或沿電纜鎧裝流動，進(jìn)而傳到室內(nèi)襲擊室內(nèi)信號設(shè)備。此外，若雷電襲擊信號設(shè)備附近的大地時，大地電位上升，信號設(shè)備同樣間接受影響，出現(xiàn)閃絡(luò)或擊穿的情況。

3 信號設(shè)備防雷

3.1 常用的防雷元件

目前，在鐵路信號防雷領(lǐng)域，氣體、固體放電管、氧化鋅壓敏電阻器和瞬變電壓抑制器的應(yīng)用較多。氣體放電管，是短路型過電壓保護(hù)元件，一般用在保護(hù)器件、開關(guān)器件中，固體放電管在通信領(lǐng)域應(yīng)用較多。壓敏電阻器，是電阻在一定的電流電壓值內(nèi)，可隨電壓變化而改變的元器件，是一種常用的電沖擊保護(hù)器件。常見的壓敏電阻器為氧化鋅壓敏電阻器，有一般氧化鋅壓敏電阻器和劣化指示氧化鋅壓敏電阻器兩種。它被廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)控制、交通、電力等電子電器設(shè)備防雷中，也可應(yīng)用于電磁系統(tǒng)的防雷工程中，是鐵路信號設(shè)備防雷設(shè)備采用的主要元件。

現(xiàn)場應(yīng)用較廣泛的防雷裝置是由以上防雷元件組成的防雷保安器，其安全性和可靠性較高，常用的有電源防雷保安器和通道防雷保安器。

3.2 信號設(shè)備的防雷原則

在正常情況下，信號設(shè)備安裝的防雷裝置不影響設(shè)備的正常工作；當(dāng)發(fā)生雷電襲擊時，防雷裝置啟動，保護(hù)信號設(shè)備。

對于防雷保安器并聯(lián)安裝時，注意不能構(gòu)成短路；串聯(lián)時，不能構(gòu)成開路；接地時，除放電以外不能導(dǎo)通；發(fā)生劣化或有損壞時，立刻與電路斷開，并給出報警提示。

此外，防雷裝置和信號設(shè)備兩者之間的絕緣應(yīng)匹配，將雷電感應(yīng)過電壓限制到被保護(hù)的沖擊耐壓水平之下。

3.3 日常防雷措施

3.3.1 室內(nèi)防雷

信號設(shè)備的室內(nèi)防雷重點(diǎn)是電源防護(hù)、信道防護(hù)和機(jī)房屏蔽。

電源防護(hù)一般采用多級防護(hù)，其防護(hù)的關(guān)鍵部位由交流電源三相線引入，電源屏前、用戶終端電子設(shè)備比如UPS電源前，分別為電源的I，II，III級防護(hù)，其中I級防護(hù)三相線每一相的狀態(tài)應(yīng)具備顯示功能、故障報警和雷電計數(shù)的功能。電源防雷保安器和電源防雷箱是常用的防雷設(shè)備，電源防雷保安器應(yīng)獨(dú)立設(shè)置在分線盤處，電源防雷箱的防雷保安器應(yīng)具有劣化指示功能。

信道是信息傳輸?shù)耐ǖ馈Ｈ绻诺涝獾狡茐?，會使信息傳輸中斷或信息受到干擾誤傳，致使信號設(shè)備無法可靠工作，影響行車，嚴(yán)重時可導(dǎo)致整個路網(wǎng)癱瘓，所以信道也是防雷的重點(diǎn)部分。信道防雷常用的防雷設(shè)備有通道浪涌保護(hù)器、同軸浪涌保護(hù)器和通道防雷保安器等，它的防雷保安器應(yīng)在分線盤處集中設(shè)置，并具有即插即用的功能。