淺淡鐵道信號設(shè)備防雷措施應(yīng)用的重要性

王景達(dá)

【摘 要】秦電氣化鐵路發(fā)展至今，信號設(shè)備電子化程度大幅提高，采用了大量的電子設(shè)備，電子設(shè)備的元器件耐過電壓和過電流的能力很低，很容易被雷擊壞，雷擊放電誘發(fā)電磁脈沖過電壓和過電流會經(jīng)電源系統(tǒng)、信號傳輸通道等途徑損壞信號設(shè)備，直接威脅鐵路正常的安全生產(chǎn)。所以，加強(qiáng)信號設(shè)備防雷工作尤為重要。

【關(guān)鍵詞】鐵路信號；防雷；安全；危害

雷電具有很大的破壞力和多種破壞作用，可以使鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備損壞或失效，影響列車運(yùn)行的正常秩序，同時帶來較大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，直接影響大秦鐵路的運(yùn)輸安全。本人曾經(jīng)多次參加因雷電危害造成的現(xiàn)場信號設(shè)備故障搶修和疑難問題解決，深刻認(rèn)識到防雷措施應(yīng)用的重要性。我們鐵路部門應(yīng)積極建立防雷責(zé)任制，切實(shí)提高防雷工作標(biāo)準(zhǔn)，盡最大努力確保鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)安全。

1 雷電的產(chǎn)生和危害

1.1 雷電的產(chǎn)生

雷電的產(chǎn)生是由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產(chǎn)生摩擦，從而形成了帶有正負(fù)電荷的小水滴。當(dāng)正負(fù)電荷累積達(dá)到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團(tuán)之間以及云團(tuán)對地之間形成強(qiáng)大的電場，從而產(chǎn)生云團(tuán)對云團(tuán)和云團(tuán)對地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。

具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結(jié)、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負(fù)電，兩種極性不同的電荷會使云的內(nèi)部或云與地之間形成強(qiáng)電場，瞬間劇烈放電爆發(fā)出強(qiáng)大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電流極強(qiáng)，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。而對我們產(chǎn)生影響的，主要是近地的云團(tuán)對地的放電，經(jīng)統(tǒng)計，近地云團(tuán)大多是負(fù)電荷，其場強(qiáng)最大可達(dá)20kV/m。

1.2 雷電的危害

雷電是一種大氣中放電的現(xiàn)象，雖然放電作用時間短，但放電時產(chǎn)生數(shù)萬伏至數(shù)十萬伏沖擊電壓，放電電流可達(dá)幾十到幾十萬安培，電弧溫度也可達(dá)幾千度以上，對建筑群中高聳的建筑物及尖形物、空曠區(qū)內(nèi)孤立物體以及特別潮濕的建筑物、屋頂內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)的建筑物及露天放置的金屬設(shè)備等有很大威脅，可能引起倒塌。起火等事故。雷暴可以使鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備損壞或失效，影響列車運(yùn)行的正常秩序，同時帶來較大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。由雷暴造成的自然災(zāi)害被稱為雷害，導(dǎo)致鐵路信號系統(tǒng)雷害的有雷電直擊（或稱直擊雷）和雷電感應(yīng)（或稱感應(yīng)雷）。雷電直擊是雷云直接通過地面物體放電并產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和信號系統(tǒng)設(shè)備雷害的主要原因。雷電感應(yīng)是雷電放電的強(qiáng)大電磁場在鄰近鐵路信號系統(tǒng)導(dǎo)線或系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的電磁感應(yīng)脈沖，該電磁感應(yīng)脈沖產(chǎn)生的過電壓和過電流幅值并不太高，但由于現(xiàn)代鐵路信號系統(tǒng)設(shè)備采用了大量微電子設(shè)備，微電子設(shè)備耐過電壓和過電流的能力很低，雷電感應(yīng)引起的電磁感應(yīng)脈沖可以造成雷害。雷電感應(yīng)發(fā)生概率較大，一般雷電直擊點(diǎn)周圍半徑1km左右都會產(chǎn)生雷電電磁脈沖。雷電感應(yīng)是鐵路信號設(shè)備防護(hù)的重點(diǎn)，因此，鐵路信號防雷設(shè)備主要用來防止雷電感應(yīng)造成的雷害。

2 防雷措施應(yīng)用的重要性

據(jù)悉，進(jìn)入汛期，由雷擊造成鐵路信號設(shè)備故障影響大秦鐵路運(yùn)輸安全的現(xiàn)象較多。提高信號設(shè)備防雷標(biāo)準(zhǔn)，是減少雷害發(fā)生的根本。安裝在鐵路信號系統(tǒng)內(nèi)的信號防雷設(shè)備必須保證信號系統(tǒng)的正常工作，在雷電電磁脈沖侵入時應(yīng)能及時限制雷電壓和將雷電流引導(dǎo)入地。

2.1 結(jié)合信號設(shè)備的分布特點(diǎn)及雷電攻擊的途徑分析，鐵路信號設(shè)備雷電防護(hù)存在以下特點(diǎn)

（1）信號設(shè)備占地面積較大，且很多設(shè)備分布在山區(qū)、曠野等易遭受雷電攻擊的地區(qū)。

（2）鐵路的鋼軌是雷電流的良好導(dǎo)體，與鋼軌連接的相關(guān)鐵路信號設(shè)備，如信號機(jī)、軌道電路、電動轉(zhuǎn)轍機(jī)等較容易受到雷電流的威脅。

（3）自動閉塞、半自動閉塞等信號條件線、控制線，在非電化區(qū)段大部分使用架空線，它們均架設(shè)于信號與通信混合線路或自動閉塞高壓信號線路上，由于它們暴露在曠野郊外，在雷雨季節(jié)容易遭受到雷電的襲擊，線路中的大電流會串入信號機(jī)房內(nèi)部，從而引起對內(nèi)部設(shè)備的損壞。

（4）雷電防護(hù)的原則是“等電位”，由于機(jī)房存在多類接地系統(tǒng)，其沖擊接地電阻不均衡，在雷擊發(fā)生時，雷電流引起地電位差，也容易造成“地電位反擊”，使人員或設(shè)備遭受損害。

從以上分析中可以看出：為了提高鐵路信號設(shè)備安全性及機(jī)房設(shè)備、計算機(jī)的運(yùn)行可靠度，整個車站信號設(shè)備的雷電防護(hù)一定要有良好的避雷設(shè)施、下引線和統(tǒng)一的接地網(wǎng)，采取完善的直擊雷、感應(yīng)雷防護(hù)措施。同時必須在供電系統(tǒng)、信號采集傳輸系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)房接地系統(tǒng)等進(jìn)行可靠有效的防護(hù)，在攔截、分流、均衡、接地、布線、布局等方面做完整的，多層次的綜合防護(hù)。

2.2 信號設(shè)備的防雷

（1）信號設(shè)備的防雷要求 在有雷電活動的地區(qū)，交流電源外線、電子設(shè)備、軌道檢查裝置、遙信遙控設(shè)備等與外線連接的信號設(shè)備必須裝設(shè)防雷裝置。不同雷電活動地區(qū)，應(yīng)采取相應(yīng)的防雷措施。

（2）信號設(shè)備雷電防護(hù)的原則 防雷裝置和被防護(hù)設(shè)備之間絕緣應(yīng)匹配，將雷電感應(yīng)電壓限制到被保護(hù)的沖擊耐壓水平以下。正常情況下，防雷裝置不應(yīng)影響被防護(hù)設(shè)備的工作，受雷電干擾時，應(yīng)保證信號設(shè)備不得錯誤動作。 采用多級防護(hù)時，各級防護(hù)元件應(yīng)配置合理。

（3）信號設(shè)備防雷元件的安裝和設(shè)備的要求外部防護(hù)用防雷元件宜安裝在線路終端。安裝應(yīng)牢固可靠，便于檢測，集中安裝。

鐵路信號設(shè)備防雷原則是：經(jīng)等電位連接，使過電壓（或電流）以最直接的路徑盡快泄漏到大地，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。電磁兼容防護(hù)總的原則是：利用室內(nèi)的金屬物有機(jī)地構(gòu)成一個“法拉第籠”，進(jìn)行接地連接。站場綜合防雷設(shè)計本著安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的原則，達(dá)到防御或減輕雷電災(zāi)害、提高防雷安全度的目的。

防雷是一個很復(fù)雜的問題，不可能依靠一、二種先進(jìn)的防雷設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應(yīng)過電壓的影響，必須針對雷害入侵途徑，對各類可能產(chǎn)生雷擊的因素進(jìn)行排除，采用綜合防治——接閃、均壓、屏蔽、接地、分流（保護(hù)），才能將雷害減少到最低限度。

大秦鐵路部門吸取了我國鐵路信號防雷工作多年來的經(jīng)驗(yàn)，并借鑒了國外鐵路信號設(shè)備防雷方法，包含地網(wǎng)設(shè)置、屏蔽設(shè)置等綜合防護(hù)技術(shù)措施，大大提高了信號設(shè)備防雷標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備防雷的可操作性并規(guī)定了防雷設(shè)計與施工資質(zhì)管理、施工驗(yàn)收、質(zhì)量責(zé)任、雷害處理、產(chǎn)品采購、檢查測試等維護(hù)與管理方面的內(nèi)容，基本形成了信號設(shè)備雷電綜合防護(hù)框架。雷害發(fā)生的重點(diǎn)地區(qū)是微電子設(shè)備和微電子設(shè)備集中的區(qū)段。為防止汛期雷害損壞信號設(shè)備，相關(guān)部門將防雷工作列入今年專項(xiàng)整治內(nèi)容，撥出?？钣糜诜览渍巍０l(fā)布因防雷設(shè)施維護(hù)或管理不當(dāng)造成信號設(shè)備發(fā)生雷害必須追究管理單位責(zé)任的規(guī)定，鐵路部門將繼續(xù)建立防雷逐級負(fù)責(zé)制和雷害應(yīng)急預(yù)案，明確雷電防護(hù)裝置的設(shè)計、施工、維護(hù)和管理等單位及人員的責(zé)任，做到大秦鐵路股份有限公司、電務(wù)段逐級負(fù)責(zé)，盡最大限度減少雷害對鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的影響。

3 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代化科技飛速發(fā)展，鐵路信號設(shè)備電子化程度大幅提高，先進(jìn)的設(shè)備在雷雨季節(jié)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)用，是擺在我們面前的一個新課題。雷擊放電誘發(fā)電磁脈沖過電壓和過電流會經(jīng)電源系統(tǒng)、信號傳輸通道等途徑損壞信號設(shè)備，直接威脅鐵路正常的安全生產(chǎn)。所以，我們要繼續(xù)努力加強(qiáng)鐵路信號設(shè)備防雷工作，減少因雷害造成的鐵路信號設(shè)備故障，更好的保障大秦鐵路的運(yùn)輸安全。

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[責(zé)任編輯：王偉平]