鐵路信號綜合防雷系統(tǒng)質(zhì)量可靠性剖析

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545007）

雷電是氣候現(xiàn)象，是大氣層正離子和負離子近距離碰撞產(chǎn)生大電流形成雷電閃絡(luò)。我區(qū)大部分地區(qū)一年中有大半時間會產(chǎn)生雷電，雷電擊入地面殺傷力巨大，是大自然對人類生命財產(chǎn)構(gòu)成災(zāi)害的一個重大威脅，每年因雷害造成損失不計其數(shù)，防止雷害工作是人們正常生產(chǎn)和正常生活的一大重要組成部分。

鐵路信號設(shè)備點多面廣，設(shè)備本身屬于低壓電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)或微電子網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備，其絕緣耐壓程度較低，雷擊發(fā)生時，雷擊放電誘發(fā)雷擊電磁脈沖過電壓和過電流，經(jīng)站場電源系統(tǒng)、通信信號傳輸通道、接地系統(tǒng)及建筑物直擊雷防護系統(tǒng)，通過傳導(dǎo)、感應(yīng)的方式損壞站內(nèi)通信信號設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，造成設(shè)備的損壞或誤動，威脅鐵路運輸安全生產(chǎn)，對鐵路提速、提高運能乃至提高效益構(gòu)成很大障礙。因此，信號設(shè)備的雷電防護具有重要意義。

1 故障原因分析

信號設(shè)備器件特性不同，類型多樣，安裝點多面廣，各設(shè)備包裝外殼和保護箱盒外殼接地以及屏蔽的狀況不一樣，器件感應(yīng)雷電幅值有大有小。如果設(shè)備防雷效果不好，雷電不能及時泄放，感應(yīng)雷電將在設(shè)備電路中不?；厥幋簦?dāng)回擊頻率次數(shù)到一定程度或殘壓幅值大的雷電就會擊壞設(shè)備，形成雷害。

通過調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在外殼保護入地不良，屏蔽和絕緣不好易被閃絡(luò)感應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備防雷裝置不論橫向消除防護或縱向?qū)Φ匦狗判Ч_不到目的，即信號設(shè)備受雷害的主要問題是防雷系統(tǒng)本身質(zhì)量差。

主觀原因：長期以來，對雷害故障定性大家都認為是自然災(zāi)害，普遍采取被動態(tài)度處理，平時對防類雷元件性能不主動去了解和研究。對防雷元件檢查都是每年十二月拆下室外壓敏電阻、室內(nèi)放電管和防雷組合測試，每年一月再裝上，有裂化指示標(biāo)志只看指示色標(biāo)變化。在測試過程中，由于數(shù)量太多，時間緊，測試人員容易產(chǎn)生焦急心理，匆忙簡化測試規(guī)程出現(xiàn)測試值不準(zhǔn)，甚至測試儀表出偏差不準(zhǔn)也不管，照樣粘上合格標(biāo)簽。同時，每次雷電過后，如果設(shè)備沒有表現(xiàn)出隱患，大家也很少引起注意檢查，設(shè)備存在線性不良，待某個誘發(fā)因素出現(xiàn)后即發(fā)生故障。還有用錯防雷元件，或安裝橫向防雷元件引線過長并裸露彎曲碰箱壁接地，使設(shè)備絕緣不良，影響雷響信號設(shè)備正常運作，出現(xiàn)故障以及雷電過后不及時檢查防雷元件是否良好狀態(tài)。另外，維修人員在檢修、測試作業(yè)過程中疏漏配線電線破皮裸露，沒有發(fā)現(xiàn)屏蔽隱患。

客觀原因：直擊雷的電壓、電流幅值都比感應(yīng)雷大得多，鐵路站區(qū)主要由房建和電力部門用高長鋼鐵避雷針吸引入地面，直擊雷直擊信號設(shè)備概率很小，通過全路20多年的雷害統(tǒng)計分析，出現(xiàn)在信號設(shè)備的直擊雷害總數(shù)的千分之一。由于信號設(shè)備屬于低壓電氣或電子元件絕緣耐壓程度較底，從技術(shù)效益觀點考慮，鐵路信號設(shè)備僅對雷電感應(yīng)過電壓進行防護，而不考慮直接雷擊設(shè)備的防護。

雷電感應(yīng)有大有小，根據(jù)多年實踐證明，對信號設(shè)備的雷害，主要的侵入大致有以下幾方面：

1.1 由交流電源線進入

雷電沖擊波侵入高壓電線露傳播到高壓變壓器,如果高壓變壓器未裝避雷器或避雷器生效,雷電幅值又比較大時就會把變壓器初、次級線圈間的絕緣擊穿。有些雷電沖擊波侵入的電壓幅值不高，不足以動作高壓避雷器或不足以擊穿絕緣高壓變壓器侵入低壓回路時，雷電沖擊波還會以線圈間分布電容耦合的方式，侵入信號交流電源低壓回路。

1.2 由信號電纜侵入

信號設(shè)備中的信號機點燈電路、軌道電路和道岔控制電路均是通過電纜把室內(nèi)、外的設(shè)備連接起來。雷電過電壓從這些電纜侵入，并沿電纜傳輸進入設(shè)備，當(dāng)電纜附近的大地受雷擊時，電纜護套可能被擊穿，雷電流直接侵入芯線或沿電纜鎧裝流動，對芯線產(chǎn)生較高的感應(yīng)過電壓。同時，當(dāng)同一根電纜的某一芯線生產(chǎn)有過壓時，其他芯線也生產(chǎn)感應(yīng)電壓。另外，電纜外部如果絕緣不好，電纜芯線將感應(yīng)出不同電壓，使電纜芯線間雷電感應(yīng)電壓不平橫，形成外加電壓擊損設(shè)備。

1.3 由軌道電路侵入

軌道電路雖然安裝在鋪有鋼筋混凝土的軌枕上，但是由于軌道電路較長，又有泄漏和電容，并且都是均勻分布；鋼軌本身又有一定的電子，當(dāng)雷電襲擊時不能立即泄放掉，雷電波將傳送一段距離，侵入傳輸?shù)杰壍离娐菲鞑脑斐蓳p壞。

另外，當(dāng)雷擊點距離信號設(shè)備較近時，由于雷擊電流造成雷擊點大地電位上升并波及到信號設(shè)備，使設(shè)備產(chǎn)生閃爍或擊穿。

1.4 末端因素

（1）不了解防雷元件性能。

（2）防雷元件測試程序不完善。

（3）箱盒內(nèi)有水汽，絕緣不良。

（4）室內(nèi)外設(shè)備接地線不良。

病蟲害的高發(fā)生率是人工造林的常見危害。在紅松林中，常見的主要病蟲害有立枯病、落葉松針、松樹皮象、萬新松黃蜂、松毛蟲等。對于紅松林不同病蟲害，有不同的防治措施。其中，立枯病的防治主要是通過播前對林地土壤進行連續(xù)消毒，在防止幼苗傷害的前提下。落葉松針葉病蟲害的危害可分為兩個階段：第一階段產(chǎn)生黃斑或第二階段產(chǎn)生淺褐斑，后一階段逐漸加深，逐漸呈現(xiàn)全葉黃褐色，直至脫落。病蟲害具有明顯的表型是比較容易發(fā)現(xiàn)和及時控制，針對主要落葉松病蟲害。生態(tài)控制方法是提高土壤肥力和通過針葉和闊葉紅松混交林造林的土地建設(shè)預(yù)防落葉松針下降病原的傳播。

（5）防雷元件質(zhì)量差，防雷效果差。

2 故障要因確認

2.1 不了解防雷元件性能

盡管管內(nèi)防雷元件很多，有壓敏電阻、金屬陶瓷放電管、裂化指示電阻器、瞬態(tài)電壓抑制器、防雷變壓器和多級集成濾波防雷組合，而且隨著防雷技術(shù)發(fā)展，防雷元件種類也在不斷更新。但是今年對工區(qū)的全體職工進行的關(guān)于信號設(shè)備防雷知識的考試后，理論考試工區(qū)18個人全部達到90分以上；實作考試是測試防雷元件，安裝防雷元件，工區(qū)18人全部測試、安裝正確。

由此可看出，工區(qū)全體職工對信號設(shè)備防雷及防雷元件是了解的。

結(jié)論：不了解防雷元件性能不是主要原因。

2.2 防雷元件測試程序不完善

段技術(shù)科對防雷元件的測試工作，從時間上、測試方法上作了詳細的規(guī)定，并制訂了一套完善的測試程序。工區(qū)每年12月都是按照段技術(shù)科的規(guī)定對防雷元件進行測試，發(fā)現(xiàn)不良的防雷元件立即進行更換；于次年1月份進行防雷元件安裝完畢，確保在雷雨天氣來之前起到防雷擊的作用。在每次發(fā)生雷擊故障后，對相關(guān)設(shè)備的防雷元件進行測試，確保防雷元件的完好。

結(jié)論：防雷元件測試程序不完善不是主要原因。

2.3 室外設(shè)備接地線不良

由于工區(qū)所管范圍是強雷區(qū)，自2008年后，全線進行了復(fù)線改造，對各站的信號設(shè)備進行了大修。在大修過后，相繼插入二合一監(jiān)測系統(tǒng)，DMIS 系統(tǒng)，計軸自閉設(shè)備。由于施工規(guī)范與維修標(biāo)準(zhǔn)有差異，雖然軌道電路變壓器都采用了防雷型變壓器，但變壓器的接地線都沒有接上，根本沒有起到防雷變壓器的作用。同時，室內(nèi)機械房頂防雷不是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)合并入地，地面土質(zhì)松軟，安全地線、防雷地線、屏蔽地線、微機地線入地接觸不良不穩(wěn)且相互間隔不足20米、雷電侵入時互相感應(yīng)。在我們進行故障統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)由于軌道變壓器接地線未接，室內(nèi)地線不良而遭雷害的故障率很高年平均達 7件，約占雷害故障總數(shù)32%。

2.4 箱盒內(nèi)有水汽，絕緣不良

在對信號設(shè)備的日常維護中，由于維修體制改革后，檢修的次數(shù)減少，在較長一段時間沒有檢查到的箱盒，我們發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)部分箱盒內(nèi)有水汽，使整個箱盒內(nèi)電器絕緣性能下降，也使得防雷元件受潮后防雷性能的下降。露圩站是多雷區(qū) ，雖然我們每次對此類箱盒內(nèi)的防雷元件進行測試時，發(fā)現(xiàn)其電氣特性有所下降，但沒有因此而發(fā)生雷擊故障。

結(jié)論：箱盒內(nèi)有水汽，絕緣不良不是主要原因。

2.5 防雷元件質(zhì)量差，防雷效果差

信號設(shè)備防雷元件在室內(nèi)、外都有安裝。在室內(nèi)主要是對電源輸入部分、與室外設(shè)備通過進行電纜連接的部分進行防護。電源輸入防雷采用了LBH-1電源防雷開關(guān)箱進行三級防雷；與室外設(shè)備聯(lián)接部分采用氧化鋅壓敏電阻和金屬陶瓷放電管相結(jié)合的方式進行防護。室外設(shè)備部分主要是軌道電路防雷，在軌道變壓器的I次、II次和與鋼軌連接的引入口處安裝型號為68V/3KVA、370/3KVA的氧化鋅壓敏電阻進行防護。在使用過程中發(fā)現(xiàn)在發(fā)生雷擊故障后，有些防雷元件卻完好無損，信號設(shè)備被打壞，沒有起到防雷的作用；有些防雷元件是在使用過程中由于性能的下降而影響信號設(shè)備的正常使用。此類故障占雷害故障的46%。

結(jié)論：防雷元件質(zhì)量差是主要原因。

3 總結(jié)主要原因及對策

綜上所述信號設(shè)備易受雷擊的主要原因是：室外設(shè)備接地不良；防雷元件質(zhì)量差，防雷效果差；防雷元件安裝不符合要求。

針對上述主要原因，運用掌握的知識和經(jīng)驗，制定相應(yīng)對策：

（1）針對室內(nèi)外設(shè)備接地不良容易感應(yīng)雷電泄放通道不暢情況；采取標(biāo)準(zhǔn)安裝接地線、分線盤室外電纜安裝防雷，因為安全地線耐雷電沖擊，防雷變壓器能起到很好的防雷作用，具體措施：①對管內(nèi)設(shè)備進行調(diào)查；②對未安裝地線的防雷變壓器接加裝接地線；③對接地安裝不合要求的，進行更換；④室內(nèi)繼電器組合架、控制臺、電源屏、分線盤等外殼鐵架用6MM銅線連接好，電纜加裝防雷。

（2）針對防雷元件質(zhì)量差防雷效果差情況；采取更換質(zhì)量好的防雷元件，提高防雷元件的防雷能力，具體措施：①更換不良的防雷元件；②更換質(zhì)量好的新型防雷元件產(chǎn)品；③引進新的多級集成防雷元件防大雷電浪涌。

（3）針對防雷元件安裝不符合要求問題，采取重新安裝防雷元件，使得防雷元件的安裝達到部頒標(biāo)準(zhǔn)，具體措施：①更換不符合標(biāo)準(zhǔn)的防雷元件連接線；②重新安裝安裝位置不符合標(biāo)準(zhǔn)的防雷元件；③室外電纜安裝防雷。

4 鞏固措施

隨著信號設(shè)備對雷電防護要求的提高和防雷技術(shù)的發(fā)展，雷電防護電路不斷得到改進，新的防護電路技術(shù)也不斷開發(fā)應(yīng)用。為適應(yīng)鐵路跨越式發(fā)展，應(yīng)積極參與鐵路全面提速的技術(shù)改造新形勢，以科學(xué)發(fā)展觀加強技術(shù)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，研究設(shè)備內(nèi)在運行規(guī)律，確保設(shè)備的正常運行應(yīng)該做到：

（1）加強對信號設(shè)備防雷地線的整治工作，沒有安裝接地線或接地體安裝不良的設(shè)備防雷元件進行徹底的整治，并積極學(xué)習(xí)防雷知識，提高防雷工藝。

（2）加強防雷元件的測試、檢查工作，確保防雷元件電氣特性保持良好；積極引進高技術(shù)、高質(zhì)量的防雷元件，從根本上提高信號設(shè)備防雷系統(tǒng)的質(zhì)量。

（3）通過微機監(jiān)測報表，站間透明遠程監(jiān)測報表分析聯(lián)鎖設(shè)備電氣特性變化，確認是否與防雷元件使用、安裝工作的質(zhì)量有關(guān)，在安裝完畢后工長、技術(shù)員進行檢查，發(fā)現(xiàn)有錯及時地整改，確保達到防雷效果。

（4）針對發(fā)生的信號設(shè)備雷害故障，深入組織分析，挖出遺漏，研究解決辦法，進一步完善提高信號設(shè)備防雷系統(tǒng)的質(zhì)量。

[1]樓向東.鐵路站場通信信號綜合防雷技術(shù)研究及應(yīng)用[J].中國通訊網(wǎng).

[2]沈培坤,劉順喜.防雷與接地裝置[M].化學(xué)工業(yè)出版社.