铁路通信设备雷电防护分析

张帮新

摘 要 随着我国铁路的发展，由微电子元器件和高精密集成电路组成的铁路通信和通信设备广泛投入使用。在复杂电磁环境下，由于大规模集成电路的使用，遭受雷击浪涌的故障率逐步增加。为了保障铁路通信设备的可靠运行，减少在雷电环境中的损坏，研究铁路通信设备雷电防护具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。

关键词 铁路通信;通信设备;雷电防护

1铁路通信设备雷电防护采用标准

（1）2018年以前，信息传输设备主要依据TB/T3074—2003开展雷电防护试验。2017年，TB/T3074—2017《铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件》代替TB/T3074—2003。TB/T3074—2017保留了TB/T3074—2003防雷设计施工部分，如信号机房、站场的雷电防护设计要求、防雷接地实施技术要求和信号设备防雷元器件选择，而将雷电防护水平测试技术要求和试验方法等内容经过扩展和细化，纳入了TB/T3498—2018。但是，目前很多铁路通信设备的产品标准或技术要求尚未更新，依然采用TB/T3074—2003开展雷电防护试验[1]。

（2）环境监控设备依据;YD/T993—2016开展雷电防护试验。YD/T993—2016是通信系统普遍采用的雷电防护试验方法标准，在试验方法和技术要求上，与TB/T3498—2018有较大差异。

（3）通信电源共有3种试验端口，分别是交流电源端口、直流电源端口和通信端口。交流电源端口、直流电源端口分别依据TB/T2993.2—2016和TB/T2993.6—2016开展试验。在TB/T2993.2—2016中，雷电防护要求又指向YD/T944—2007。通信端口依据YD/T944—2007开展试验，而YD944—2007规定的试验方法与TB/T3498—2018不同。

2试验方法

2.1 试验等级划分

通信标准划分试验等级主要有2种方式：①根据地理环境划分。按当地雷暴日的多少划分成低风险、中风险、高风险型，如YD/T944—2007。②以铁路电源设备为例，将电源设备试验等级分为4级：电源设备输入端口与机房第1级电源防雷设备馈线并联时，选择试验等级1;电源设备输入端口与机房第2级电源防雷设备馈线并联时，选择试验等级2;电源设备输出端口与有防雷设备机房输出馈线并联时，选择试验等级3;电源设备输入端口与机房第3级电源防雷设备馈线串联时，选择试验等级4。通信电源交流端口按照TB/T3498—2018规定，应选择试验等级2，也就是交流端口为10kA。

目前，通信电源交流端口依据YD/T944—2007，按照“雷暴日大于25天无专用变压器供电的机房，或年雷暴日大于40天有专用变压器供电的高山，或野外、空旷场地机房”确定试验等级为20kA，这也是最严酷的等级。电子设备试验等级选择与外接连线方式关系很大。铁路产品连线方式与其他行业相比，具有不同特点。按照设备安装位置和连线方式选择试验等级，比按气象上的雷暴日选择试验等级，能更充分体现铁路设备真实的应用环境。另外，TB/T3498—2018规定，对于非电源类铁路通信设备，还要开展基础级测试，即无论试验等级选择哪一级，都要做统一的低电压电流测试，以此保证设备在遇到低电压电流时仍能正常运行。目前，铁路通信设备尚未开展这种基础级试验。

2.2 试验波形

在信息传输设备雷电防护试验中，TB/T3074-2003采用的试验波形为4/300μs和10/700μs，都是单一的开路电压波。根据GB/Z21713—2008《低压交流电源（不高于1000V）中的浪涌特性》要求，典型雷击测试环境包括电压、电流和短路电流，只规定单一的开路电压而不规定短路电流是没有意义的。因为各个雷击试验发生器内阻不同，只规定开路电压，受试设备可能会出现不同的试验结果。在TB/T3498—2018中，将电源端口波形由4/300μs单波，变为1.2/50μs-8/20μs组合波;通信端口波形由10/700μs单波，变为10/700μs-5/320μs组合波。在試验过程中，由于受试设备电阻会随电磁环境的不同而变化，因此组合波中的电压波和电流波可以随着电磁环境变化而转换，而单波不能。所以说用组合波可以更好地考核产品性能。

2.3 试验时间

铁路通信设备雷电防护试验的试验时间目前有2种情况：①TB/T3074—2003和YD/T993—2016参考GB/T17626.5—2008《电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验》，每次试验间隔时间为1min;②TB/T3498—2018和YD/T944—2007参考GB/T3482—2008《电子设备雷击试验方法》，每次试验间隔时间为3min。电磁兼容试验浪涌是以大气辐射雷电电磁场干扰为主。大气辐射雷电电磁场对机房内电子设备及线路产生感应干扰，而雷电防护试验主要以电子设备外线进入设备端口的雷电电磁脉冲传导干扰为主。雷电防护试验考验的是设备端口的耐受能力，试验严酷等级和能量等级都比电磁兼容试验高，试验间隔时间1min对于大电压电流试验来说，不利于设备防护器件的性能恢复，所以选择3min更适合雷电防护试验。

2.4 结果判定

铁路通信设备雷电防护试验结果均在试验结束后判定设备状态，无法发现试验过程中设备可能存在的问题，如数据采集异常、显示器屏幕闪烁、电源保护断电、主备设备状态切换等。如果通信设备涉及安全等级比较高，过程中即使出现短暂工作状态异常，也会给行车安全带来隐患。TB/T3498—2018要求对试验过程和试验结束后功能状态均做出判定，能够更准确、更全面地考核设备试验情况。

3结束语

随着5G技术发展，铁路通信设备防雷需求会越来越多，要求也会越来越高，迫切需要采用统一的防雷试验方法标准。目前，有的标准对于铁路通信设备雷电防护试验，存在引用废止标准、使用单波而不是组合波、试验时间不统一、缺乏对试验过程判定等问题。而采用TB/T3498—2018开展雷电防护试验，无论是试验等级划分、试验波形、试验时间，还是试验结果判定，都更加合理、更加科学，也更加符合铁路行业实际。

参考文献

[1] 彭忠伟.雷电对铁路通信设备的危害及防雷整治[J].技术与市场，2020（2）：138-139.