浅析铁路信号设备雷害防护

李小娟

摘 要：铁路信号设备是组织列车运行、保证行车安全、提高运输效率、传递信息、改善行车人员劳动条件的关键性设备，因此，保证铁路信号设备的安全性及可靠性是一项重要工作。随着科技的进步，铁路信号设备多采用调度集中、计算机联锁、区间信号自动控制、微机监测等电子、微电子设备，但由于这些设备的耐过压能力有限，一旦遭遇雷雨天气，受到雷电高压入侵，雷电所产生的电磁效应及热效应都会对铁路信号设备造成损害，从而影响到列车的安全运行。因此，对于铁路信号设备来说，采用一定的技术手段进行雷害防护显得尤为重要。

关键词：铁路信号设备；雷害；雷害防护

一、雷害

由于暖湿空气的剧烈运动，天空中的云层可以带电。带异性电荷的雷云间会发生云间放电，天空中的雷云也会对大地放电，以达到中和云层中电荷的目的。带电雷云放电这一极普通的自然现象即为雷电。相对于雷云之间的放电来说，雷云对地的放电会对地面物体产生更大的危害性。根据雷电侵入信号设备的方式，雷电分为直击雷、雷电电磁脉冲感应、雷电波侵入、球雷四种。

1、直击雷

直击雷是直接击在室外信号设备、架空线等物体上并流入大地的雷击。直击雷击中的物体会产生高电压，引起过电流，流过的雷电电流高达几十千安甚至几百千安，会对室外信号设备、架空线等产生严重破坏。一般来说，室内信号设备不会遭直击雷侵害。

2、雷电电磁脉冲感应

雷电电磁脉冲感应即感应雷，是由于雷电产生的强大电场和磁场变化而引起的。雷电电磁脉冲感应会造成金属部件之间产生电火花放电。当室外信号设备、架空线等遭受到直击雷或是信号设备、架空线等物体附近遭受到直击雷时，会在信号设备、架空线等物体内的金属部件上感应出高电压和过电流，从而对信号设备、架空线等造成损害。

3、雷电波侵入

当雷电直接击中室外信号设备、架空线等或击中信号设备、架空线等物体附近时，由于雷电电磁波的感应，会在信号设备、架空线等物体内的金属部件上感应出高电压和过电流。若这一高电压、过电流沿着金属部件传入室内，会对室内信号设备及人身安全造成伤害。这一侵入方式就叫作雷电波侵入。

4、球雷

球雷常沿地面滚动或在空气中飘动，能通过门、窗或其它缝隙进入室内，会在室内无声消失或是引起剧烈爆炸，亦会对室内信号设备及人身安全造成伤害。

二、雷电侵入信号设备的途径

各种信号设备，由于产生作用不同，工作所需条件亦不同，所以受到雷电侵袭的途径也是各异的。雷电对信号设备的攻击对象主要包括信号交流电源线、轨道电路、电缆。当信号设备被雷击后，有可能会出现区间信号机灯光错误显示，轨道电路出现闪红，联锁显示器出现黑屏，电源屏停电，道岔错误转换，进路错误解锁等故障，影响列车正常运行。

1、由信号交流电源线侵入

雷电冲击波侵入交流电源线，产生的高压电传至高压变压器，若该高压变压器未装设避雷设备或设备失效，会将其高、低压间的绝缘击穿，高压输电线上的雷电压就直接加到了信号交流电源线中，从而传输给低压侧设备，对低压侧设备造成侵害，干扰设备的正常运行。

2、由轨道电路侵入

轨道电路是用钢轨作为传输线来进行信息传输的，而钢轨一般是高出地面的，很容易遭受到雷击。当轨道电路遭受雷击后，可能造成轨道电路发送、接收设备的损坏或是出现红光带。

3、由电缆侵入

铁路信号室内、外设备通常是通过电缆连接起来的，雷电若击中电缆，电缆会将高电压、过电流通过电缆传至室内，造成室内熔断器熔断或断路器开路，室外信号灯丝断丝等故障。

三、铁路信号设备防雷

1、防雷原件

目前使用的防雷原件主要有金属陶瓷放电管、防雷变压器、金属氧化物压敏电阻器、瞬态电压抑制器。金属陶瓷放电管平常不导电。当雷电的过电压将其击穿后，通过金属陶瓷放电管放電，雷电过电压消失后恢复常态。金属陶瓷放电管主要用于信号设备防雷电路粗保护环节。防雷变压器采用了静电屏蔽接地措施。它主要是在变压器初级与次级之间接入了面积足够大的金属体作为屏蔽体，当雷电的过电压经变压器时，过电压会通过金属板屏蔽进入大地，从而起到防雷作用。金属氧化物压敏电阻器主要以氧化锌为主。正常情况下，压敏电阻呈现高阻值。当雷电入侵时，压敏电阻呈低阻，过电压会被抑制，从而起到过压保护作用。一般作为电子设备和电磁设备的防雷原件。瞬态电压抑制器是一种二极管。正常情况下，瞬态电压抑制器呈高阻，对电路没有影响。当产生雷电过电压时，瞬态电压抑制器导通，会将过电压限制到一定值，起到保护信号设备的作用。瞬态电压抑制器可作为雷电的细保护，主要适用于电子设备防雷。

近几年铁路信号防雷中使用较广泛的防雷装置是防雷保安器，又称浪涌保护器。防雷保安器是一种用防雷原件或防雷原件组合制作而成的全封闭模块，其安全性与可靠性更高。

2、铁路信号设备防雷原则

防雷装置和被防护设备之间的绝缘要匹配，将雷电过电压限制到被保护的冲击耐压以下。正常情况下，防雷装置不能影响被防护设备的正常工作；当受到雷电侵袭时，保证信号设备能正常动作。若采用多级防护时，各级防雷原件之间要合理配置。

3、防雷措施

铁路信号防雷系统包括设备外部及内部雷电防护措施。其中外部雷电防护措施主要是为防御直击雷所设置的，主要包括接闪器（避雷带、网）、引下线、共用接地系统。内部雷电防护措施主要是为雷电流所产生的电磁伤害效应而设置的，包括室外电缆进户屏蔽、电子设备机房法拉第笼、安装防雷单元、布线、室内等电位连接、共用接地系统。

4、防雷的日常维护

信号设备防雷装置维护分为周期性维护和日常性维护。周期性维护的周期为一年。周期性维护时，有劣化指示和报警功能的防雷保安器实行故障修，其它防雷保安器等防雷装置应在每年的雷雨季节前进行一次检测。日常性维护应在每次雷击后进行。雷电活动强烈的地区，要增加防雷装置的检测次数。纳入微机监测的防雷保安器实现免维护；需要日常检查测试的，使用专用的仪器、仪表，严格按照供货企业提供的测试方法及测试要求进行测试。

四、总结

防雷工作对于铁路信号设备而言，是一项重要的长期工作。随着科技的发展，信号设备的电子化、智能化程度提高，对防雷装置的要求也相应提高。所以，工作人员要认真学习防雷相关文件，严格按照《维规（技术标准）》的要求进行防雷管理与维护，使防雷工作落到实处，从而使铁路信号设备正常、稳定工作，确保运输的安全。

参考文献

[1]铁路职工岗位培训教材编审委员会.信号工（通用基础知识）.北京：中国铁道出版社，2015.

[2]中国铁路总公司.铁路信号维护规则 技术标准部分.北京：中国铁道出版社，2017.

[3]国家铁路局.铁路信号设计规范.北京：中国铁道出版社，2017.

[4]铁路特有工种技能培训教材编审会.铁路信号工（车站与区间信号设备维修）.北京：中国铁道出版社，2018.