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    非電化區(qū)段鐵路設(shè)備防雷改進(jìn)方案探討

    2015-03-23 09:25:06薛坤斌上海鐵路局總工程師室
    上海鐵道增刊 2015年1期
    關(guān)鍵詞:改進(jìn)方案

    薛坤斌 上海鐵路局總工程師室

    非電化區(qū)段鐵路設(shè)備防雷改進(jìn)方案探討

    薛坤斌 上海鐵路局總工程師室

    對非電化區(qū)段鐵路設(shè)備防雷現(xiàn)狀、存在的實(shí)際問題和近幾年因雷擊設(shè)備損壞事件進(jìn)行了深入分析,并根據(jù)國內(nèi)外防雷有效手段和措施,提出行之有效的防雷改進(jìn)建議。關(guān)鍵詞 非電化;設(shè)備防雷;改進(jìn)方案

    1 概況

    目前,隨著各主要干線電化改造、高鐵線路漸次開通,電化區(qū)段鐵路設(shè)備采用的防雷設(shè)施較為完備。但,在那些偏遠(yuǎn)的非電化區(qū)段鐵路設(shè)備所采取的防雷措施卻仍然非常陳舊和落后。每年雷雨季節(jié),在因雷擊引起的這些非電化區(qū)段鐵路設(shè)備故障較多,嚴(yán)重影響行車效率和安全。

    2 非電化區(qū)段鐵路設(shè)備防雷現(xiàn)狀簡述

    2.1 接地形式

    非電化區(qū)段的接地均為分散接地方式,且分為室內(nèi)和室外接地兩種形式。具體接地形式如下:

    (1)室內(nèi)接地線共分為三種:防雷地線(接地電阻≤10 Ω、沙石地段為≤20 Ω)、安全地線(接地電阻≤10 Ω、沙石地段為≤20 Ω)、微電子計算機(jī)保護(hù)接地(接地電阻≤4 Ω)。

    (2)室外僅信號防雷型軌道電路變壓器要求加裝接地線,接地電阻為≤10 Ω(沙石地段為≤20 Ω)。

    2.2 防雷設(shè)備

    非電化區(qū)段室內(nèi)加裝防雷設(shè)備:供電電源輸入、輸出部分加裝兩級橫向、縱向防雷模塊;通信電纜通道加裝橫向防雷模塊;信號軌道電路室內(nèi)接受端加裝簡單防雷模塊。

    (1)電源防雷采用二級防雷:現(xiàn)在非電化區(qū)段的貫通電源和自閉電源為380V三相電源,所采取的防雷措施與電化區(qū)段、高鐵線路電源防雷基本一致。

    (2)非電化區(qū)段的信號軌道電路多為JZXC-480型軌道電路,僅在室內(nèi)接受端電纜側(cè)加裝橫向防雷模塊。

    3 實(shí)際運(yùn)用中存在的問題

    由于非電化區(qū)段信號設(shè)備所采取的防雷方案考慮不全面、存在缺陷,在每年的雷雨季節(jié)均會發(fā)生設(shè)備被雷擊損壞事件。主要缺陷有如下幾點(diǎn):

    3.1 接地線設(shè)置不合理

    (1)通信、信號機(jī)械室內(nèi)接地線分類太雜,接地電阻標(biāo)準(zhǔn)太低,無法滿足現(xiàn)場防雷接地要求。由于機(jī)械室多種地線均為單獨(dú)設(shè)置在房屋四周,在某個點(diǎn)發(fā)生雷擊時,易在不同地線間產(chǎn)生電勢差,從而損壞設(shè)備;同時,由于接地電阻標(biāo)準(zhǔn)要求較低,在遭受雷電感應(yīng)時,設(shè)備通過地線將瞬間感應(yīng)的電荷釋放至大地的效果不理想。

    (2)各類電纜的鎧裝鋼帶、鋁護(hù)套等均未統(tǒng)一做地線,無法預(yù)防室外雷電感應(yīng)電勢串?dāng)_室內(nèi)設(shè)備。

    (3)車站站房(含信號、通信機(jī)械室、供電配電室)、廣場照明燈、各類鐵塔(含通信、電信鐵塔)、室外高柱信號機(jī)、各類高柱金屬標(biāo)志牌未做接地處理,在曠野地帶基本為最高設(shè)施,在雨水淋濕水泥機(jī)柱時,易受直接雷擊。

    3.2 防雷設(shè)施不完整

    (1)車站站房(含信號、通信機(jī)械室、供電配電室)屋頂未采取防雷措施,易受直擊雷襲擊。

    (2)信號機(jī)械室內(nèi)除軌道電路受端電纜側(cè)加裝橫向防雷模塊外,軌道電路發(fā)送端、道岔啟動/表示電路電纜側(cè)、信號機(jī)點(diǎn)燈電路電纜側(cè)等處均未加裝防雷模塊,這樣在雷電擊中室外相關(guān)設(shè)備時,已通過電纜芯線串至室內(nèi),損壞相關(guān)設(shè)備。

    (3)室外信號軌道電路變壓器、信號機(jī)變壓器也未裝防雷模塊,在雷擊中鋼軌、信號機(jī)時,易損壞變壓器,并讓雷電順利串至室內(nèi)。

    4 改進(jìn)方案建議

    借鑒多年來綜合防雷施工方案和在實(shí)踐運(yùn)用中不斷完善的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),結(jié)合非電化區(qū)段實(shí)際情況,提出以下改進(jìn)建議。

    4.1 優(yōu)化地線配置、降低接地電阻

    地線是防雷的關(guān)鍵所在,雷電擊中室內(nèi)外設(shè)備并最終需經(jīng)設(shè)備入地,否則因雷電產(chǎn)生的強(qiáng)大電荷無法釋放。直接雷擊中機(jī)械室房屋、線路設(shè)備、終端設(shè)備,放電電壓高(可達(dá)500 kV以上)、放電電流大(可達(dá)200 kA以上)、放電過程時間短(一次閃電放電時間在40 μs左右)、閃電電流波形波頭陡度大(在不到1 μs的時間內(nèi)可達(dá)100 kA,沖擊力強(qiáng)勁),所以直擊雷破壞性極大(如圖1)。為了及時消除電荷堆積,就需要及時將電荷釋放到大地。通過電磁理論研究、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場使用情況分析發(fā)現(xiàn):接

    地線接地電阻越小、導(dǎo)電率越大、截面積越大、與土壤接觸面積越大,雷擊電荷堆積越小、入地釋放時間越短,造成設(shè)備的損壞就越小。因直接雷放電的強(qiáng)大電磁場(感應(yīng)雷)作用在鄰近的導(dǎo)線或電子、電氣設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的靜電感應(yīng)過電壓和過電流以及電磁感應(yīng)過電壓和過電流等,與接地線的關(guān)系也是如此(如圖2)。針對雷電的以上特點(diǎn),結(jié)合非電化區(qū)段的接地現(xiàn)狀,提出如下接地線改進(jìn)建議.

    圖1 直接雷放電示意圖

    圖2 雷電的靜電感應(yīng)示意圖

    (1)補(bǔ)全接地線。

    車站站房(含信號、通信機(jī)械室、供電配電室)、廣場照明燈、各類鐵塔(含通信、電信鐵塔)、室外高柱信號機(jī)、各類高柱金屬標(biāo)志牌等均應(yīng)按照相關(guān)防雷標(biāo)準(zhǔn)做好接地線。

    (2)優(yōu)化設(shè)備地線配置。

    室內(nèi)各類地線應(yīng)采用集中與分類相結(jié)合原則進(jìn)行設(shè)置。

    信號機(jī)械室接地點(diǎn)應(yīng)按照綜合防雷標(biāo)準(zhǔn)在機(jī)械室四周統(tǒng)一做成信號設(shè)備使用的接地網(wǎng),并將室內(nèi)的電源防雷地線、電纜鋼帶/鋁護(hù)套地線、組合架(柜)地線、分線盤防雷地線等分別引接至接地網(wǎng)。

    通信機(jī)械室、供電配電室防雷接地可比照信號機(jī)械室接地方案進(jìn)行改進(jìn)。注意:供電配電室所用接地網(wǎng)不能與信號、通信機(jī)械室接地網(wǎng)連接、更不能共用,防止強(qiáng)電干擾弱電。

    (3)改進(jìn)接地方式。

    為了使接地電阻降低,導(dǎo)電率、截面積、與土壤接觸面積增大,結(jié)合實(shí)際情況,建議采取以下措施:

    ①為了接地線本身導(dǎo)電電阻較低、導(dǎo)電率、截面積較大,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)且效果良好的結(jié)果,建議室內(nèi)外各類接地線采用50 mm2銅線。

    ②為了增加接地極與土壤的接觸面積,機(jī)械室采用地網(wǎng)接地方式、室外采用集中設(shè)置接地極(接地網(wǎng))結(jié)合貫通地線連接方式,這樣既增加了接地極與土壤的接觸面積又降低了接地電阻。這種接地極設(shè)置方式在沙石地質(zhì)、山區(qū)尤其明顯。

    ③提高接地電阻標(biāo)準(zhǔn)

    為了提高接地效果,借鑒高鐵接地標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有接地工藝,適當(dāng)將各類接地電阻標(biāo)準(zhǔn)提高為≤1 Ω,也可使用防雷接地極最新研制成果-儲能式接地裝置。

    4.2 根據(jù)實(shí)際需要增加防雷設(shè)施

    (1)車站站房(含信號、通信機(jī)械室、供電配電室)屋頂應(yīng)采用建筑頂層避雷網(wǎng)并做好接地處理,防止直擊雷襲擊,使屋內(nèi)人員、設(shè)備免受傷害。

    (2)根據(jù)最新綜合防雷標(biāo)準(zhǔn),在室內(nèi)各類入戶電纜側(cè)加裝相應(yīng)規(guī)格的縱、橫向防雷模塊并做好接地處理,這樣在雷電擊中室外相關(guān)設(shè)備時,通過防雷模塊的過壓、過流保護(hù),防止感應(yīng)雷通過電纜芯線串至室內(nèi),損害設(shè)備。

    (3)根據(jù)室外軌道電路變壓器、信號機(jī)變壓器防雷需要,加裝相應(yīng)的防雷模塊,在雷擊中鋼軌、信號機(jī)時,防止感應(yīng)雷損壞變壓器、串至室內(nèi)。

    5 實(shí)例分析

    2014年7月12日17:50,雷擊造成宣杭線建國站IBG、4DG出現(xiàn)紅光帶,2/ 4號道岔定反位無表示。

    5.1 原因分析

    (1)該雷為直接擊中SF高柱進(jìn)站信號機(jī)機(jī)構(gòu)。

    (2)損壞設(shè)備:SF燈泡爆裂,附近的ⅡBG、2DG的送電端XB箱內(nèi)一次側(cè)1A空開被擊碎,2#道岔尖1室外二極管組合的電阻被擊斷。

    (3)雷擊線路:雷電擊中SF高柱信號機(jī)后,通過金屬梯子和被雨淋濕的水泥機(jī)柱傳導(dǎo)至附近鋼軌,鋼軌通過:分支一、軌道電路箱盒引接線傳導(dǎo)至變壓器,當(dāng)大電流欲通過一次側(cè)1A空開時,電流過大,引發(fā)空開爆裂,切斷其向串?dāng)_通道;分支二、通過潮濕的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)桿件,沿電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線和配線,傳導(dǎo)至二極管組合,擊斷回室內(nèi)通道的電阻,切斷其向串?dāng)_通道。

    5.2 存在問題

    二通道進(jìn)站信號機(jī)地處空曠地帶,且為最高點(diǎn),機(jī)構(gòu)未做接地(非電化區(qū)段不要求做),所以當(dāng)直接雷擊中高柱信號機(jī)時無法迅速釋放到大地,于是就擴(kuò)大范圍釋放電荷,造成雷擊影響面擴(kuò)大。

    5.3 改進(jìn)措施和實(shí)施效果

    將非電化區(qū)段的高柱進(jìn)站信號機(jī)按照電化要求做接地處理。

    6 結(jié)束語

    上述非電化區(qū)段鐵路信號設(shè)備防雷改進(jìn)方案,2012-13年,寧蕪線塔橋站,北楊線張廟站,皖贛線胡樂站、黃山站防雷改進(jìn)方案均已實(shí)施到位,到目前為止,未發(fā)生一起雷擊損害設(shè)備事件,防雷效果比較明顯。

    責(zé)任編輯:萬寶安 竇國棟

    來稿日期:2015-01-06

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