铁路信号综合防雷系统质量可靠性剖析

2013-03-27

大众科技 2013年1期

（柳州铁道职业技术学院，广西柳州 545007）

雷电是气候现象，是大气层正离子和负离子近距离碰撞产生大电流形成雷电闪络。我区大部分地区一年中有大半时间会产生雷电，雷电击入地面杀伤力巨大，是大自然对人类生命财产构成灾害的一个重大威胁，每年因雷害造成损失不计其数，防止雷害工作是人们正常生产和正常生活的一大重要组成部分。

铁路信号设备点多面广，设备本身属于低压电气联锁系统或微电子网络控制设备，其绝缘耐压程度较低，雷击发生时，雷击放电诱发雷击电磁脉冲过电压和过电流，经站场电源系统、通信信号传输通道、接地系统及建筑物直击雷防护系统，通过传导、感应的方式损坏站内通信信号设备及网络通信设备，造成设备的损坏或误动，威胁铁路运输安全生产，对铁路提速、提高运能乃至提高效益构成很大障碍。因此，信号设备的雷电防护具有重要意义。

1 故障原因分析

信号设备器件特性不同，类型多样，安装点多面广，各设备包装外壳和保护箱盒外壳接地以及屏蔽的状况不一样，器件感应雷电幅值有大有小。如果设备防雷效果不好，雷电不能及时泄放，感应雷电将在设备电路中不停回荡穿击，当回击频率次数到一定程度或残压幅值大的雷电就会击坏设备，形成雷害。

通过调查分析，发现设备存在外壳保护入地不良，屏蔽和绝缘不好易被闪络感应，导致设备防雷装置不论横向消除防护或纵向对地泄放效果达不到目的，即信号设备受雷害的主要问题是防雷系统本身质量差。

主观原因：长期以来，对雷害故障定性大家都认为是自然灾害，普遍采取被动态度处理，平时对防类雷元件性能不主动去了解和研究。对防雷元件检查都是每年十二月拆下室外压敏电阻、室内放电管和防雷组合测试，每年一月再装上，有裂化指示标志只看指示色标变化。在测试过程中，由于数量太多，时间紧，测试人员容易产生焦急心理，匆忙简化测试规程出现测试值不准，甚至测试仪表出偏差不准也不管，照样粘上合格标签。同时，每次雷电过后，如果设备没有表现出隐患，大家也很少引起注意检查，设备存在线性不良，待某个诱发因素出现后即发生故障。还有用错防雷元件，或安装横向防雷元件引线过长并裸露弯曲碰箱壁接地，使设备绝缘不良，影响雷响信号设备正常运作，出现故障以及雷电过后不及时检查防雷元件是否良好状态。另外，维修人员在检修、测试作业过程中疏漏配线电线破皮裸露，没有发现屏蔽隐患。

客观原因：直击雷的电压、电流幅值都比感应雷大得多，铁路站区主要由房建和电力部门用高长钢铁避雷针吸引入地面，直击雷直击信号设备概率很小，通过全路20多年的雷害统计分析，出现在信号设备的直击雷害总数的千分之一。由于信号设备属于低压电气或电子元件绝缘耐压程度较底，从技术效益观点考虑，铁路信号设备仅对雷电感应过电压进行防护，而不考虑直接雷击设备的防护。

雷电感应有大有小，根据多年实践证明，对信号设备的雷害，主要的侵入大致有以下几方面：

1.1 由交流电源线进入

雷电冲击波侵入高压电线露传播到高压变压器,如果高压变压器未装避雷器或避雷器生效,雷电幅值又比较大时就会把变压器初、次级线圈间的绝缘击穿。有些雷电冲击波侵入的电压幅值不高，不足以动作高压避雷器或不足以击穿绝缘高压变压器侵入低压回路时，雷电冲击波还会以线圈间分布电容耦合的方式，侵入信号交流电源低压回路。

1.2 由信号电缆侵入

信号设备中的信号机点灯电路、轨道电路和道岔控制电路均是通过电缆把室内、外的设备连接起来。雷电过电压从这些电缆侵入，并沿电缆传输进入设备，当电缆附近的大地受雷击时，电缆护套可能被击穿，雷电流直接侵入芯线或沿电缆铠装流动，对芯线产生较高的感应过电压。同时，当同一根电缆的某一芯线生产有过压时，其他芯线也生产感应电压。另外，电缆外部如果绝缘不好，电缆芯线将感应出不同电压，使电缆芯线间雷电感应电压不平横，形成外加电压击损设备。

1.3 由轨道电路侵入

轨道电路虽然安装在铺有钢筋混凝土的轨枕上，但是由于轨道电路较长，又有泄漏和电容，并且都是均匀分布；钢轨本身又有一定的电子，当雷电袭击时不能立即泄放掉，雷电波将传送一段距离，侵入传输到轨道电路器材造成损坏。

另外，当雷击点距离信号设备较近时，由于雷击电流造成雷击点大地电位上升并波及到信号设备，使设备产生闪烁或击穿。

1.4 末端因素

（1）不了解防雷元件性能。

（2）防雷元件测试程序不完善。

（3）箱盒内有水汽，绝缘不良。

（4）室内外设备接地线不良。

病虫害的高发生率是人工造林的常见危害。在红松林中，常见的主要病虫害有立枯病、落叶松针、松树皮象、万新松黄蜂、松毛虫等。对于红松林不同病虫害，有不同的防治措施。其中，立枯病的防治主要是通过播前对林地土壤进行连续消毒，在防止幼苗伤害的前提下。落叶松针叶病虫害的危害可分为两个阶段：第一阶段产生黄斑或第二阶段产生浅褐斑，后一阶段逐渐加深，逐渐呈现全叶黄褐色，直至脱落。病虫害具有明显的表型是比较容易发现和及时控制，针对主要落叶松病虫害。生态控制方法是提高土壤肥力和通过针叶和阔叶红松混交林造林的土地建设预防落叶松针下降病原的传播。

（5）防雷元件质量差，防雷效果差。

2 故障要因确认

2.1 不了解防雷元件性能

尽管管内防雷元件很多，有压敏电阻、金属陶瓷放电管、裂化指示电阻器、瞬态电压抑制器、防雷变压器和多级集成滤波防雷组合，而且随着防雷技术发展，防雷元件种类也在不断更新。但是今年对工区的全体职工进行的关于信号设备防雷知识的考试后，理论考试工区18个人全部达到90分以上；实作考试是测试防雷元件，安装防雷元件，工区18人全部测试、安装正确。

由此可看出，工区全体职工对信号设备防雷及防雷元件是了解的。

结论：不了解防雷元件性能不是主要原因。

2.2 防雷元件测试程序不完善

段技术科对防雷元件的测试工作，从时间上、测试方法上作了详细的规定，并制订了一套完善的测试程序。工区每年12月都是按照段技术科的规定对防雷元件进行测试，发现不良的防雷元件立即进行更换；于次年1月份进行防雷元件安装完毕，确保在雷雨天气来之前起到防雷击的作用。在每次发生雷击故障后，对相关设备的防雷元件进行测试，确保防雷元件的完好。

结论：防雷元件测试程序不完善不是主要原因。

2.3 室外设备接地线不良

由于工区所管范围是强雷区，自2008年后，全线进行了复线改造，对各站的信号设备进行了大修。在大修过后，相继插入二合一监测系统，DMIS 系统，计轴自闭设备。由于施工规范与维修标准有差异，虽然轨道电路变压器都采用了防雷型变压器，但变压器的接地线都没有接上，根本没有起到防雷变压器的作用。同时，室内机械房顶防雷不是网状结构合并入地，地面土质松软，安全地线、防雷地线、屏蔽地线、微机地线入地接触不良不稳且相互间隔不足20米、雷电侵入时互相感应。在我们进行故障统计中发现由于轨道变压器接地线未接，室内地线不良而遭雷害的故障率很高年平均达 7件，约占雷害故障总数32%。

2.4 箱盒内有水汽，绝缘不良

在对信号设备的日常维护中，由于维修体制改革后，检修的次数减少，在较长一段时间没有检查到的箱盒，我们发现有相当部分箱盒内有水汽，使整个箱盒内电器绝缘性能下降，也使得防雷元件受潮后防雷性能的下降。露圩站是多雷区，虽然我们每次对此类箱盒内的防雷元件进行测试时，发现其电气特性有所下降，但没有因此而发生雷击故障。

结论：箱盒内有水汽，绝缘不良不是主要原因。

2.5 防雷元件质量差，防雷效果差

信号设备防雷元件在室内、外都有安装。在室内主要是对电源输入部分、与室外设备通过进行电缆连接的部分进行防护。电源输入防雷采用了LBH-1电源防雷开关箱进行三级防雷；与室外设备联接部分采用氧化锌压敏电阻和金属陶瓷放电管相结合的方式进行防护。室外设备部分主要是轨道电路防雷，在轨道变压器的I次、II次和与钢轨连接的引入口处安装型号为68V/3KVA、370/3KVA的氧化锌压敏电阻进行防护。在使用过程中发现在发生雷击故障后，有些防雷元件却完好无损，信号设备被打坏，没有起到防雷的作用；有些防雷元件是在使用过程中由于性能的下降而影响信号设备的正常使用。此类故障占雷害故障的46%。

结论：防雷元件质量差是主要原因。

3 总结主要原因及对策

综上所述信号设备易受雷击的主要原因是：室外设备接地不良；防雷元件质量差，防雷效果差；防雷元件安装不符合要求。

针对上述主要原因，运用掌握的知识和经验，制定相应对策：

（1）针对室内外设备接地不良容易感应雷电泄放通道不畅情况；采取标准安装接地线、分线盘室外电缆安装防雷，因为安全地线耐雷电冲击，防雷变压器能起到很好的防雷作用，具体措施：①对管内设备进行调查；②对未安装地线的防雷变压器接加装接地线；③对接地安装不合要求的，进行更换；④室内继电器组合架、控制台、电源屏、分线盘等外壳铁架用6MM铜线连接好，电缆加装防雷。

（2）针对防雷元件质量差防雷效果差情况；采取更换质量好的防雷元件，提高防雷元件的防雷能力，具体措施：①更换不良的防雷元件；②更换质量好的新型防雷元件产品；③引进新的多级集成防雷元件防大雷电浪涌。

（3）针对防雷元件安装不符合要求问题，采取重新安装防雷元件，使得防雷元件的安装达到部颁标准，具体措施：①更换不符合标准的防雷元件连接线；②重新安装安装位置不符合标准的防雷元件；③室外电缆安装防雷。