铁路信号设备雷电危害及防护分析

赵振东

摘要：随着现代科技的发展，铁路行业也迅速跨入了信息化的时代，因此，信号系统技术的保障也尤为重要，但也是很容易遭受雷击危害的影响。本文介绍了雷击对铁路信号设备的危害以及阐述了铁路信号设备避免遭到雷击影响的防护措施。

关键词：铁路信号设备、雷击影响类型、雷电危害、雷电防护措施

中图分类号：X731文献标识码： A

前言：在我国社会经济的快速发展和社会化进程的不断进步之际，让铁路系统在城市建设中发挥着越来越大的作用。假如铁路在交通保障过程中发生事故，通常都是因为信号设备的原因，铁路信号设备很容易遭受雷击危害的影响，所以，应对于雷击影响进行针对性分析研究，根据实际情况采取科学合理的防雷措施，尽可能消除信号设备受雷电危害的影响。

1、雷击对铁路信号系统的影响类型

（1）电磁脉冲：假如雷电正面击中设置的信号设备，或装有信号设备场所附近的建筑以及地面高出来的其他物体时，雷击形成的雷电电磁脉冲就会在信号系统里面产生电流或者过电压。

（2）电磁感应：当雷云放电或者是雷电在雷云之间的时候，在不远的户外传输信号电缆线，信号路线，埋地电力线，设备间连接则会有电磁感应同时侵入设备的现象叫做感应雷。

（3）冲击波：假如冲击波电压的幅度没有高到用动作高压避雷针和击穿变压器绝缘侵入回路时，其实雷电冲击波还可以通过绕在组间分布电容藕合的方式，入侵到信号低压回路，让信号电源设备产生过电流和过电压。

（4）轨道电路：当信号设备遭雷击侵入轨道电路的时候，轨道电路的传输线是一般会比地面高出很多的钢轨。由于地理环境受到的影响，有的铁道旁边的高大物体就很容易遭到雷击，例如大山，树林，大桥等。

（5）雷电浪涌：引起人们更加关注的一种雷击危害，这类雷击危害的主要原因是电流和通讯线路在雷击发生时感应的电流浪涌而造成的，而不是因为直接雷击大部分平常的电子设备而引起的危害。比如这些年来的电子设备，各个计算机连接设备的连续运用，并且它的雷电防护方法也在推崇出新。

（6）直接雷击：直接雷击是指在雷电活动区域内，直接通过建筑物的构架及钢轨对地放电及其信号传输的路线而产生的一种电击现象。

2、雷电对铁路信号设备造成的危害

雷电对铁路信号系统影响主要有两种。（1）直接雷击：在雷电击中建筑物、金属导体或电子设备时，巨大的雷电流流入地下，在雷击点及其连接的金属部分产生极高的对地电压，可能直接引起接触电压或跨步电压等触点事故，强大的雷电流转变成热能，瞬间释放约数百兆焦耳的能量。直接雷击的危害极大，它能直接击中的物体瞬间发生巨大损坏。（2）感应雷击：电磁脉冲、电磁感应及雷电浪涌都属于感应雷击。由感应雷击产生的过电压、过电流，会影响电子设施的正常工作，使设备受到损坏，还会对周围的物体产生二次放电，威胁安全。感应雷击虽没有直接雷击猛烈，但其发生的概率比直接雷击高得多。直接雷击只发生在雷云直接击中地面设施造成雷电危害，而感应雷击不论雷云直接击中设备附近地面还是雷云之间的闪击，都可能发生雷电危害。而且，直接雷击一次只袭击一个小范围目标，而闪击一次可以在较大的范围内多个小局部同时产生感应雷击现象，并且这种感应雷击产生的过电压、过电流可以通过电缆、信号线等传输到很远，从而扩大了雷击范围。

铁路室外信号设备如轨道电路、信号机、道岔转辙机以及其他设备，以受直接雷击影响为主；信号楼是铁路信号设备受雷电影响最严重的地方，既受直接雷击又受感应雷击的影响。现阶段直接雷击损坏铁路信号设备事故率有所下降，但大量电子元器件的应用，使感应雷击所造成的铁路信号设备损坏事故率处于上升趋势。

3、铁路信号设备避免雷击影响的防护措施

3.1贯通地线的运用

信号设备主要设置在铁路沿线，设备分散，综合接地系统以沿线两侧分别敷设的贯通地线为主干，充分利用沿线桥梁、隧道、路基地段构筑物设施内的接地装置作为接地体，形成等电位综合接地平台，把信号设备的防雷元器件和建筑物的防雷作为一个整体系统来考虑。轨旁及站区信号设备就近接入综合接地系统，实现沿线信号设备等电位连接，消除了由于不同设备之间的电位差引起的电位不平衡电流，实现了对人员和设备的有效可靠防护。

3.2加强室内设备防雷措施。

（1）信号楼直接雷击及感应雷击防护：信号楼设天网、地网、法拉第笼。通过避雷带、避雷网、引下线、法拉第笼、基础接地体、环形接地装置、接地汇集线、防静电地板及室内机柜的相互连接，使建筑物各点的电位均衡，并接入综合接地系统，这样可以避免因雷击建筑物时产生电位差而损坏设备。室内等电位连接根据保护对象的不同，分为不同的保护区，采取不同的防护措施。一般室内设置电源防雷开关箱接地、电缆金属护套接地、分线盘接地、电子设备接地（各系统机柜）、信号设备总接地（电源屏、空调、组合架/柜、控制台等）及机房屏蔽接地（防静电地板、金属门窗、屏蔽网等）6种单独的接地汇集线，并采用单点冗余接地方式接入地网。在信号机械室设置地线测试箱，测试室内外接地电阻不大于1Ω。

（2）浪涌保护器的运用：为了对低压线路进行过压保护，防止电压窜入对电子设备造成破坏，抑制电源浪涌电压，在电源线路入口并接通过质量认证的过电压保护器件。通常采取多级雷电防护措施，如室内信号设备的电源馈线雷电防护可分两级，前级浪涌保护器宜装在室内外分界处（一般在防雷分线柜集中安装），其通流容量大，称为粗保护；在靠近被保护设备处另设一级电源防护，称为中防护。

（3）采用光纤电缆作为数据的传输线：使用光纤电缆数据通信和测控技术的接口电路。因为光纤是靠光传输的，而不是金属传输的，同时具有较强的抗电磁干扰的特点，因此如采用光纤电缆则是对数据接口电路最理想的防雷措施。

（4）电缆二次成端制作：电缆间与信号机械室一般要求分开设置。在电缆间电缆引入口2m范围内，将室外电缆侧电缆钢带及铝护套做接地处理（钢带切断200mm，铝护套不得断开，钢带切断处按电缆成端方式做密封处理），电缆从电缆间进入信号机械室后，在分线柜处做二次接地处理。通过电缆间及分线柜二次接地处理，可以有效的隔离传输信号电缆线钢带与铝护套间因雷击产生的过电压，使室内信号设备免受雷电危害。

4、铁路信号设备雷电防护的建议

为了信号设备的安全和铁路科技发展的需要，建议：（1）必须进一步强化对铁路信号雷电防护工作的领导和管理，切实加强和发挥各级组织的作用。信号雷电防护工作有其鲜明的特点：从技术体系，它涉及科研、设计、工程、制造、运营五大系统；从管理体系，它连着总公司、局、处、段、车间、工区六大环节。这些方方面面，都将影响信号设备雷电防护的整体效果和效益。因此，如何进一步增强各个体系的密切联系和配合，对搞好信号设备的雷电防护工作是至关重要的。（2）必须坚持铁路信号技术装备与雷电防护技术设施同步发展的方针。信号技术装备的新产品、新技术、新设备科技成果鉴定，必须提供相关的雷电防护技术文件，并进行相应的鉴定，扭转设备研究与雷电防护脱节的局面。

结束语：

近年来，随着信号设备技术的不断发展，逐渐实现由继电联锁向微机联锁的自动化控制的转换，对雷电干扰提出了更高的要求。为更有效地防止雷电干扰，不仅对信号机械室所在的建筑物进行了天罗地网的防护，还特别对微机联锁设备的专用机房进行了又一次屏蔽，更有效地解决了雷电感应电动势对微电子设备的干扰。据上面所述，铁路信号设备要想避免雷击危害安全顺利发挥作用的话，就必须加强对雷击的防护研究，才能在信号系统的完善构建过程中采取科学合理的防护防雷措施。

参考文献

[1] TB 10007-99.铁路信号设计规范

[2] TB/T3074-2003.铁路信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件

[3] 铁建设[2010]241号.高速铁路信号工程施工技术指南