雷電電磁脈沖干擾對鐵路信號系統(tǒng)的影響分析

趙紅芳

固安信通信號技術(shù)股份有限公司 河北 固安 065500

正文：

1 概述

鐵路信號設(shè)備是鐵路系統(tǒng)運(yùn)行中至關(guān)重要的一種設(shè)備，其直接關(guān)系著鐵路車輛的行車安全及行車速度。當(dāng)前，隨著我國鐵路建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展，鐵路信號設(shè)備也得到了很大程度的發(fā)展，以電子以及電子技術(shù)為基礎(chǔ)的鐵路信號設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。因?yàn)殡娮釉O(shè)備是處于弱點(diǎn)工作環(huán)境的，所以，在實(shí)際運(yùn)行的時候，很容易受到電磁脈沖的干擾，甚至?xí)?dǎo)致?lián)舸p壞問題的發(fā)生。在雷擊發(fā)生時，雷擊所產(chǎn)生的電流會通過電源系統(tǒng)、信號傳輸通道直接進(jìn)入到通信信號設(shè)備中，不僅會導(dǎo)致大量的經(jīng)濟(jì)損失，還會給鐵路信號系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來極大的影響，嚴(yán)重威脅鐵路的安全運(yùn)輸。所以，應(yīng)采用先進(jìn)的防雷技術(shù)來對鐵路信號設(shè)備進(jìn)行防護(hù)，防止其在運(yùn)行過程中受到雷擊破壞。

2 直擊雷

直接擊中線路設(shè)備或者終端設(shè)備的雷電就是直擊雷，這種雷電的電壓比較高，會給設(shè)備帶來非常嚴(yán)重的破壞，不過直擊雷的頻度并不高。

地閃直擊雷的產(chǎn)生過程是：當(dāng)雷云很低周圍又沒有異性電荷雷云時，就在地面的凸表面(野外的任何物，如人、建筑物等)上感應(yīng)異性電荷，當(dāng)此間的電場強(qiáng)度達(dá)到一定值時，就會擊穿空氣對上下級點(diǎn)放電，雷電流經(jīng)此點(diǎn)泄放入大地，如果沒有適當(dāng)?shù)谋芾状胧?，鐵路系統(tǒng)的架空接觸網(wǎng)等很可能是直擊雷的目標(biāo)，這時電壓可高達(dá)5000kV，雷電流可高達(dá)數(shù)十千安。

3 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是在雷云形成過程中產(chǎn)生的，感應(yīng)雷的電壓是與雷云產(chǎn)生時對地電流有關(guān)的，雷云對地放電電流高則感應(yīng)雷的電壓高，雷云對地放電電流低，那么感應(yīng)雷的電壓也比較低。同時，其電壓的高低還會受到雷擊點(diǎn)與線路的位置、雷擊點(diǎn)的周邊環(huán)境等因素的影響，所以，感應(yīng)雷的電壓動態(tài)性比較強(qiáng)，很難對其電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。

4 雷擊過電壓侵入信號設(shè)備途徑

不同的信號設(shè)備其工作環(huán)境以及控制條件也是各不相同的，因此，信號設(shè)備遭受雷擊的途徑也是存在著很大差異的，為了保證信號設(shè)備能夠正常運(yùn)行，防止其受到雷電的襲擊，必須要對雷電襲擊途徑進(jìn)行充分的掌握，并根據(jù)各種雷擊途徑，來采取相應(yīng)的防雷措施。信號設(shè)備的雷擊途徑主要包括以下幾種：

（1）由信號交流電源系統(tǒng)侵入

當(dāng)雷電襲擊自動閉塞高壓電源架空線路的時候，高壓線會產(chǎn)生對地過電壓，這一電壓的出現(xiàn)，會給絕緣設(shè)備以及變壓器設(shè)備帶來非常嚴(yán)重的威脅。同時，雷電的沖擊波還會給信號線路產(chǎn)生一定會的影響，從而影響信號設(shè)備的正常運(yùn)行。

（2）由架空條件線、控制線系統(tǒng)侵入

由架空條件線、控制線系統(tǒng)侵入自動閉塞、半自動閉塞、調(diào)度集中以及信號遙控與監(jiān)督等設(shè)備的信號條件線、控制線，通常情況下，非電化區(qū)段都會采用架空線，且都是架設(shè)在自動閉塞高壓信號線路上的，由于其常年暴露在外，所以很容易遭受雷電的襲擊。

（3）由軌道電路系統(tǒng)侵入

鐵路軌道電路通常都是采用鋼軌來作為傳輸線，并通過鋼軌來傳輸信息，鋼軌一般都是安裝在道床上，路肩比較寬，且覆蓋有很厚的石渣，所以鋼軌的高度高出地面很多，在雷雨天氣下，很容易遭到雷電的襲擊，同時，還有的鋼軌直接設(shè)置在水平面上方的橋梁上，更是加大了雷電襲擊概率。

雖然軌道電路都是安裝在鋼筋混凝土軌枕上的，不過，由于軌道電路的長度比較長，且在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)一定程度的電容泄漏，所以，當(dāng)軌道遭受雷電襲擊時，很難將雷電從軌道中泄放出來，雷電沖擊波會在軌道中傳送很長的一段距離，這對于低電壓運(yùn)行的軌道來說，具有著非常大的威脅，而軌道作為信息傳輸渠道，其所遭受的電擊也會給整個鐵路信號系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的影響。

（4）雷電電磁場

上述幾條雷電襲擊途徑都是傳導(dǎo)性的，而雷電所引起的電磁場是不需要傳輸介質(zhì)的，可以直接在空間中傳播，雷電電磁場的產(chǎn)生也會給信號設(shè)備產(chǎn)生一定會的影響，會使電氣設(shè)備中的PCB板線路以及元件產(chǎn)生一定的感應(yīng)電壓，可能損壞設(shè)備，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，設(shè)備（包括靠近設(shè)備的元器件）處在2.4GS的電磁場中時會對設(shè)備造成永久性損壞，設(shè)備（包括靠近設(shè)備的元器件）處在0.07GS的電磁場中時設(shè)備會產(chǎn)生誤動作。

因此，雷擊時處在引下線（明設(shè)在引下線或建筑物立柱內(nèi)的鋼筋）近的設(shè)備是不安全的。總之，雷電電磁場的危害最終還是使設(shè)備及線路感應(yīng)形成的過電壓危害到設(shè)備的安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

當(dāng)雷擊產(chǎn)生時，大量的雷擊電流會通過引下線直接泄入到大地中，并在接地周邊產(chǎn)生一定的放射性電位分布，如果附近有電子設(shè)備或者其他設(shè)備的話，電流將會被引入到設(shè)備中，從而改變設(shè)備原有的電壓，給設(shè)備帶來極大的損壞。為了避免雷擊給設(shè)備帶來嚴(yán)重的損壞，應(yīng)采取等電位連接措施，從而防止雷擊引發(fā)電位差。首先需要對電源線、信號線、金屬管道以及接地線進(jìn)行等電位連接，其次需要對內(nèi)層保護(hù)區(qū)界面進(jìn)行等電位連接，并保證等電位連接棒之間的相互連接，最后需要將所有的等電位連接棒與主等電位連接棒連接。此外，可以采用金屬部件以及鋼筋籠，來構(gòu)成不規(guī)則的法拉第籠，從而消除雷電引起的毀壞性的電位差,實(shí)現(xiàn)信號設(shè)備的有效保護(hù)。