鐵路軌道衡設(shè)備綜合防雷技術(shù)應(yīng)用研究

朱綱

摘 要：本研究通過調(diào)查、分析軌道衡設(shè)備的雷害成因和現(xiàn)有防雷措施，根據(jù)相關(guān)防雷規(guī)范，采用適應(yīng)軌道衡設(shè)備特點(diǎn)的雷電防護(hù)技術(shù)，對(duì)軌道衡設(shè)備進(jìn)行有效的雷電保護(hù)。

關(guān)鍵詞：防雷；計(jì)量；軌道衡設(shè)備；貨運(yùn)安全

前言

鐵路軌道衡是鐵路車輛整車稱重設(shè)備，在保證鐵路運(yùn)輸貨物準(zhǔn)確計(jì)量的同時(shí)，也是鐵路貨物運(yùn)輸卡控貨物超載的重要技術(shù)手段，在鐵路運(yùn)輸安全方面發(fā)揮著巨大的作用。

軌道衡由室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備組成，室外設(shè)備直接安裝于露天，設(shè)有室內(nèi)設(shè)備的軌道衡站房大多處于空曠暴露場(chǎng)所，均易遭雷擊侵害。由于目前國家及鐵路行業(yè)尚未對(duì)其制定專門的防雷規(guī)范，設(shè)備普遍存在防雷措施不嚴(yán)密的情況。根據(jù)維護(hù)部門的報(bào)告，每年都有多起軌道衡遭雷擊致設(shè)備損壞的情況發(fā)生，嚴(yán)重影響鐵路軌道衡的準(zhǔn)確計(jì)量、安全卡控功能，也加重軌道衡的維護(hù)成本。因此，對(duì)雷電侵入軌道衡設(shè)備的途徑進(jìn)行全面分析，進(jìn)而應(yīng)用現(xiàn)代防雷技術(shù)，進(jìn)行系統(tǒng)、完善的綜合防雷設(shè)計(jì)并加以應(yīng)用非常必要。

1 現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)現(xiàn)狀

經(jīng)分析，目前鐵路軌道衡設(shè)備雷電和其它電磁脈沖防護(hù)方面的缺陷，主要在以下幾個(gè)方面：無外部防雷裝置、內(nèi)部防雷措施簡陋、電磁環(huán)境惡劣、綜合布線系統(tǒng)凌亂、無聯(lián)合接地。

1.2 規(guī)范現(xiàn)狀

目前，鐵路行業(yè)還沒有專門針對(duì)軌道衡制定相關(guān)的防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；本研究依據(jù)的規(guī)范是《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-94）和原鐵道部公布的有關(guān)通用設(shè)備防雷文件及標(biāo)準(zhǔn)。

2 研究過程

根據(jù)軌道衡維護(hù)部門提供的設(shè)備遭受雷擊損壞頻率及修復(fù)情況，通過逐步分析探討，從采取簡單的屏蔽接地到采用信號(hào)防雷單元ZFD-18，到最終實(shí)施的包含電源防護(hù)、傳輸采集線路防護(hù)、接地系統(tǒng)、天網(wǎng)系統(tǒng)、電子組合防雷單元、專用線路防雷器、雷擊計(jì)數(shù)單元等全面、綜合、系統(tǒng)防雷保護(hù)。

2.1 雷電侵入軌道衡設(shè)備的途徑分析

雷電對(duì)電子信息設(shè)備的危害有三種形式的過電壓（過電流）：直接雷擊、感應(yīng)雷擊以及雷電反擊。其中感應(yīng)雷由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生。從軌道衡現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境來看，由于其上端有接觸網(wǎng)和吸上線的存在，系統(tǒng)部件大部分可以置放在屏蔽鐵盒內(nèi)，客觀上起到了天網(wǎng)和屏蔽的作用。因此，軌道衡系統(tǒng)主要需要防護(hù)的是感應(yīng)雷和牽引回流對(duì)采集、露天設(shè)備的影響。此外大部分信號(hào)傳輸線、電源線敷設(shè)于電纜溝中，同時(shí)電力部門在電源線前端設(shè)有防雷保護(hù)，上述線纜遭受直接雷擊的概率也較小。而感應(yīng)雷過電壓形成的機(jī)率則很高，按國外資料統(tǒng)計(jì)，感應(yīng)雷電波侵入占信息類設(shè)備雷擊事故原因的85%；按國內(nèi)信息自動(dòng)化系統(tǒng)資料統(tǒng)計(jì)，感應(yīng)雷電波侵入占自動(dòng)化系統(tǒng)雷擊事故原因的96%。根據(jù)我局鐵路軌道衡遭雷擊事故統(tǒng)計(jì)，絕大部分事故均由感應(yīng)雷引起。因此，軌道衡防雷工作重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷入侵。

入侵軌道衡系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個(gè)途徑：（1）由交流電源供電線路入侵；（2）由軌道衡通信線路入侵；（3）地電位反擊電壓通過接地體入侵。

2.2 軌道衡設(shè)備防雷技術(shù)應(yīng)用方案的設(shè)計(jì)原則和技術(shù)重點(diǎn)

2.2.1 雷電防護(hù)的基本原則

（1）系統(tǒng)防護(hù)原則。對(duì)設(shè)備采取系統(tǒng)的雷電防護(hù)方法，即外部防雷和內(nèi)部防雷相結(jié)合。外部防雷的作用是防直接雷擊，對(duì)設(shè)備所在構(gòu)筑物以及可能遭受直擊雷的部件設(shè)置接閃器、引下線和接地裝置，防止或減輕直擊雷對(duì)構(gòu)筑物和設(shè)備部件的侵襲和損壞；內(nèi)部防雷的作用是防感應(yīng)雷擊和地電位反擊，通過過電壓保護(hù)、等電位連接、屏蔽、合理布線等方法，防止或減輕感應(yīng)雷過電壓、地電位反擊對(duì)設(shè)備的侵入，以及雷電感應(yīng)形成。（2）多級(jí)防護(hù)原則。對(duì)設(shè)備設(shè)置的雷電過電壓的限壓泄流保護(hù)，僅有一級(jí)防護(hù)不足以將過電壓限制在安全范圍內(nèi)，需要相關(guān)線路的機(jī)房進(jìn)線處、接線端口處等部位設(shè)置多級(jí)防護(hù)，才能有效地限制過電壓。（3）概率防護(hù)原則。雷電放電本身就有一定的隨機(jī)性，雷電參數(shù)有一定的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)；防雷裝置不能阻止雷閃的形成；防雷器件不能完全抑制所有過電壓和過電流；對(duì)于發(fā)生概率很小的高水平浪涌，其防護(hù)的費(fèi)用急劇上升。

2.2.2 軌道衡設(shè)備防雷方案設(shè)計(jì)原則和技術(shù)重點(diǎn)

依據(jù)雷電防護(hù)的基本原則，軌道衡設(shè)備的雷電防護(hù)應(yīng)從系統(tǒng)、多級(jí)的角度，結(jié)合設(shè)備自身特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合防御，即為設(shè)備提供高效的接閃體，安全引導(dǎo)雷電流入地；完善低電阻地網(wǎng)，清除地面回路；配置多級(jí)電源浪涌沖擊防護(hù)以及信號(hào)數(shù)據(jù)線電壓瞬變防護(hù)，達(dá)到以下要求。

（1）雷電保護(hù)器應(yīng)與軌道衡設(shè)備相容；（2）所采用的防護(hù)器件應(yīng)有低阻抗，將沖擊電流直接導(dǎo)入大地而不產(chǎn)生高于設(shè)備耐受能力的沖擊電位差；（3）防護(hù)器件應(yīng)有較高的承受沖擊能量的能力，具有符合規(guī)范的接地系統(tǒng)；（4）兼顧直擊雷和感應(yīng)雷的綜合防護(hù)，同時(shí)需要考慮對(duì)鐵路高壓接觸網(wǎng)及機(jī)車牽引回流的防護(hù)；（5）改善軌道衡設(shè)備所處的電磁環(huán)境，按照相關(guān)規(guī)范設(shè)置或完善接閃、引下線、接地裝置、屏蔽裝置和等電位連接。（6）對(duì)軌道衡設(shè)備的電源系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)分別進(jìn)行多級(jí)綜合防護(hù)，至少應(yīng)采取泄流型SPD和限壓型SPD進(jìn)行前后兩級(jí)防護(hù)；電源線和通信線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)IEC1312安裝上OBO之不同類別的電源類SPD，以及通信類SPD。（7）在防雷工程設(shè)計(jì)中，采取就大不就小原則，應(yīng)考慮雷直擊機(jī)房時(shí)的危害進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)。軌道衡站（房）應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)劃為第三類建筑物進(jìn)行直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)。（8）在多層建筑物中，高樓層雷電電磁場(chǎng)分布比低樓層的強(qiáng)。因此，對(duì)于高層建筑物中軌道衡機(jī)房不宜設(shè)計(jì)在建筑物頂層，如因條件限制需要設(shè)計(jì)在建筑物頂層時(shí)，必須做好雷電電磁脈沖的屏蔽工作。（9）雷擊機(jī)房時(shí)，靠近雷擊點(diǎn)最近引下線的分流作用最強(qiáng)，其它次之。各分支雷電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)進(jìn)行疊加，使得機(jī)房內(nèi)的電磁場(chǎng)分布具有不規(guī)則性。但是離引下線越近的位置，其感應(yīng)磁場(chǎng)也越大。因此，在布置軌道衡機(jī)房內(nèi)電子設(shè)備時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離引下線布置。（10）要減小機(jī)房內(nèi)電磁環(huán)境對(duì)機(jī)房設(shè)備帶來的影響，衰減進(jìn)入機(jī)房的電磁脈沖強(qiáng)度是最基本有效的方法。因此，在防雷工程中，需要重視并加強(qiáng)電磁屏蔽的作用。（11）盡可能減小線路環(huán)路面積、縮短接地線長度、進(jìn)行全面等電位連接，使機(jī)房內(nèi)部金屬構(gòu)件形成等電位，減小電勢(shì)差。

2.3 依據(jù)方案建立軌道衡防雷樣板試點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)的軌道衡防雷技術(shù)應(yīng)用方案，按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、整體設(shè)計(jì)、合理配置、安全高效”的原則，對(duì)武昌東站軌道衡站房進(jìn)行雷電綜合防護(hù)，從建筑物防雷接地、電磁屏蔽、等電位連接、綜合布線及安裝電源、信號(hào)系統(tǒng)SPD等五個(gè)方面采取防護(hù)措施。

根據(jù)原有防雷設(shè)施情況，對(duì)武昌東站軌道衡站房防雷系統(tǒng)的主要技術(shù)措施為：（1）建設(shè)接地網(wǎng)，接地電阻小于1歐。（2）避雷網(wǎng)、避雷帶改造。（3）進(jìn)行有效的等電位連接。（4）電源系統(tǒng)防雷防護(hù)。（5）室外傳感器傳輸線雷電防護(hù)。（6）室內(nèi)設(shè)備的電磁防護(hù)。（7）合理布線。

方案實(shí)施后，經(jīng)維護(hù)部門統(tǒng)計(jì)，該設(shè)備2014年僅在梅雨季節(jié)就遭受雷擊20余次，未出現(xiàn)任何故障，方案的防護(hù)效果明顯。

3 結(jié)束語

國內(nèi)目前對(duì)于軌道衡設(shè)備的防雷安全措施的研究剛起步，本研究就軌道衡設(shè)備雷電感應(yīng)電磁環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)其危害及防護(hù)措施展開研究，并提出了軌道衡系統(tǒng)設(shè)備的綜合防護(hù)措施，并予實(shí)施應(yīng)用。通過近三年的實(shí)際應(yīng)用，防護(hù)方案在實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面均得到檢驗(yàn)，防雷效果突出，具備推廣應(yīng)用價(jià)值。

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