雷击对铁路信号系统的影响及解决措施探究

2015-06-29杨玉娜

科技资讯 2015年14期

杨玉娜

摘要：随着科技生产力的快速发展，越来越多的现代化弱电设备被应用到铁路信号系统中，弱电设备的正常运行极易受到雷电影响，雷电又是自然界不可避免的现象。为了有效防止雷电对信号设备的影响，该文首先分析了雷击影响铁路信号系统的途径，其次分析了雷电对铁路信号系统的影响，最后提出了铁路信号系统雷电防护措施探究，以便能为铁路信号系统的防雷提供参考。

关键词：雷击铁路信号系统防护

中图分类号：U284.93 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（b）-0055-02

铁路是国内重要的基础运输设施，为国民经济发展、工程建设等做出了巨大贡献。铁路信号对铁路系统的作用类似于人的中枢神经，在铁路运输过程中对铁路的实时状态、调度指令等信息起着监控与传递作用，对铁路的安全运行、提高运输效率起着决定性作用。由于铁路信号系统的电子设备多为弱电设备，这些弱电设备受雷击影响很大，然而雷击是人类难以控制的自然灾害，随着全球气候变暖，雷击范围和破坏性也逐步增强，对铁路的安全、可靠运行造成一定的威胁。基于此，该研究者就雷击对铁路信号系统的影响进行分析，并提出相应的解决措施。

1 雷击影响铁路信号系统的途径

雷电对铁路信号系统造成影响的入侵途径主要有两种：线路入侵和场入侵，线路入侵是指直击雷通过信号系统的电缆、信号设备及接地等线路侵入到铁路信号系统，从而对系统的正常工作造成影响，感应电磁场对铁路信号系统电子设备造成影响。

1.1 线路入侵分析

直击雷主要是通过线路入侵到铁路信号系统，当雷电直接击中铁路系统的信号楼时，其中仅有约50%的能量能够通过避雷设施传输到大地，40%左右的能量会被供电系统分流，还有5%的能量会被通信系统分流，剩余的能量则会被其他的金属管道、线缆等分流。具体能量分布情况随着楼内电力设备线路情况的不同而存在一定差异。当雷电直接击中铁路系统信号外的电子设备时，例如：轨道电路，雷电产生的过电压会沿着铁路信号设备的外壳传输到设备内部，对设备造成伤害。

1.2 场入侵分析

一般情况下，雷电直接击中电子设备的概率是十分低的，而雷电感应对电子设备影响和危害相对较大，雷电感应是发生雷电现象时感应产生的过电压、过电流而形成的雷击。雷电感应对铁路信号系统外部设备影响较小，感应过程中产生的电磁脉冲对信号楼内部的电力设备具有很大的影响，当在信号楼附近1km左右发生雷击现象时，附近的导体上都会出现巨大的感应浪涌，会使附近所有的电子设备上产生感应雷电，这些雷电波传输到信号楼内部时会严重影响电子设备的正常工作。场入侵通常主要从下述几种端口入侵：天线、电源、信号线端口及设备外壳等。

2 雷击对铁路信号系统的影响

2.1 雷电直击对铁路信号系统的影响

雷电直接对铁路信号系统的影响主要包括下述几方面。

（1）高温热效应。

当信号楼的外部设备被雷电直接击中，此时设备中会产生过高的电流，而作用时间又很短，因此雷直击产生的热效应非常大，同时由于雷直击产生的热量能够引起电子设备局部骤然升温，从而使的电子设备局部被烧毁或者融化。例如：当雷击中电缆线或者信号线时，就会造成这两种线路的绝缘材料迅速老化，若局部温度超过着火点，还可能造成火灾。

（2）机械力作用。

根据电磁感应理论可知，电流会产生磁场，若载流体周围存在磁场，载流体就会受到磁场力的作用。在磁场力的作用下，很容易导致电子设备内部的器件出现变形，从而造成电子设备被损坏。例如当雷电直击到轨道转辙机外壳时，由于流过强大的感应电流，会产生较高的热量，同时由于放电时间很短，产生的热量来不及散出去，就会导致转辙机内部温度迅速增大，器件组成材料会分解出气体，在高温作用下，气体会形成具有极强破坏性的爆炸力。

（3）过电压作用。

当雷电直接击中铁路信号系统的金属管道时，产生的过电压会沿着金属管道传输非常远，以至于传输到信号系统从而对电子设备造成损坏。根据相关部门的统计数据显示，在信号系统的雷击事件中，由于过电压而造成的系统故障高达80%左右，由此可见，过电压的危害是非常大的。

2.2 雷电感应对铁路信号系统的影响

（1）静电感应过电压影响。

当出现雷云时，由于其底部存在大量的电荷，因此会导致其覆盖范围内的导体感应出与其极性相反的感应电荷，这些感应电荷会出现较高的电压，从而产生放电现象。与雷击能量相比，放电能量虽然略小一点，但是若这些能量传输到信号设备内，很可能击穿电子设备；若这些能量传输到信号楼内，很容易造成金属构架和其他金属导体之间发生火花，若设备电阻较大很容易导致设备被击穿或者烧毁。同时，由于放电电压与大地之间存在跨步电压，若此时正好有人在附近工作，则会对人身安全造成严重威胁。

（2）电磁脉冲过电压影响。

在发生雷电现象时，很容易产生电磁感应，虽然电磁感应没有雷击那么猛烈，但是其发生的概率远远高出雷击。由于雷电感应的电磁场呈现指数函数特性，因此会导致信号楼内部电子设备产生感应电动势，若感应电动势过高，就会对电子设备造成严重损害。

3 铁路信号系统雷电防护措施探究

3.1 防直击雷设计

通常情况下，发生雷电现象时，仅有50%左右的电流通过避雷装置传入大地，而剩余50%的电流会流入到各个通道，例如电源线、信号电缆线等，在对铁路信号系统进行防直击雷时，重点包括接闪器、引流及泄流。

（1）接闪器的选择。

就铁路信号系统而言，选择哪种接闪器，必须根据具体情况来考虑，如：被保护物的高低、面积等。由于铁路信号系统所在楼层通常不高，同时周围往往存在其他类型的铁路设备，在这种情况下，安装避雷针会增加引雷几率，因此通常安装避雷线或者避雷网，这样不仅能够有效的避免雷击，还能引雷电流，能够有效保护电子设备不受雷击的损坏。

（2）引流系统的设置。

引流系统所起的作用是将接闪器和接地装置通过使用引下线连接起来，当发生雷击时，通过引下线能够有效的将雷电流传输到地下装置，实现接闪器的接地。然而对于铁路信号系统而言，必须设置专门的引下线，若仅用一根引下线疏导电流，当发生雷击时，就算引下线电阻很小。为了最大限度的降低风险，最好采用多根引下线，同时每经过相同的距离都设置均压环，将所安装的引下线进行等电位连接，直到最终延续到接地装置。在设置时要注意，引下线和接闪器、地下装置的连接必须牢固，在安装过程中，要对引下线对称敷设，以尽量使雷电磁场矢量和最小，和系统保持有效的绝缘。

（3）散流系统的设置。

当发生雷击时，引流系统在引流过程中，若出现高电位电流，必须要有专门的散流装置将其引流到大地上进行疏散，即散流装置也就是常说的接地。为了防止雷击对设备造成的损坏，信号系统的所有防雷设备都要接地，通过接地装置将电流传输到大地疏散，以便能够有效保护电力设备及工作人员的安全。对铁路信号系统而言，信号楼要整体接地，而信号楼外的其他设备，可以直接将引下线埋入地下。

3.2 防感应雷设计

由于铁路系统信号楼内部电力设备比较多，信号系统十分集中，这些弱电设备对于周围电磁场变化十分敏感，因此要实现对感应雷的防护关键在于对于系统内部电力设备的防护。对于信号楼内部电力设备的防雷措施，通常包括下述几种。

（1）信号线外线防护。

对于系统内部电力设备的连接可在连接的双绞线上串连信息线路保护器，一旦发生雷电入侵，这些信息保护器能够迅速反应从而有效保护电力设备。

（2）信号机室内端防雷。

肃宁北站信号机械室所有与外线的信号设备均应进行雷电防护，所有进入室内的电源线和信号设备均进行了雷电防护，所有进入室内的电源线线和信号传输线都装设了信号专用的SPD（信号防雷保护器），以保护室内、外信号设备安全。

信号机是信号系统的重要组成之一，整个系统的线路都要通过信号机传输到信号点，这些传输电缆线通常都比较长，因此要做好相应的防雷措施。可以在所有连接线路的去线、回线相应端子上加载防雷器，一旦发生雷电入侵，防雷器件立刻开始工作，保护电力设备不受到雷电流损坏。

（3）轨道电路室内端防雷。

轨道电路的防雷是对轨道电路的去回线处做好相应的防雷措施，以免电力设备受到损坏；轨道电源的防雷是在相应位置安装防雷器，以便能够从纵向和横向达到对电力设备的保护。对于室内信号设备，通常采用等电位连接，以便能够有效减少雷电流造成的电位差，降低过电压，以便确保电力设备能够正常运行。

4 结语

总之，该研究者虽然研究了雷击对铁路信号系统的影响，然而由于水平所限，还存在一定的不足之处，要有效避免雷击对信号系统造成的损坏，还必须相关专家进一步的深入研究。

参考文献