雷擊對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響及解決措施探究

楊玉娜

摘 要：隨著科技生產(chǎn)力的快速發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代化弱電設(shè)備被應(yīng)用到鐵路信號(hào)系統(tǒng)中，弱電設(shè)備的正常運(yùn)行極易受到雷電影響，雷電又是自然界不可避免的現(xiàn)象。為了有效防止雷電對(duì)信號(hào)設(shè)備的影響，該文首先分析了雷擊影響鐵路信號(hào)系統(tǒng)的途徑，其次分析了雷電對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響，最后提出了鐵路信號(hào)系統(tǒng)雷電防護(hù)措施探究，以便能為鐵路信號(hào)系統(tǒng)的防雷提供參考。

關(guān)鍵詞：雷擊 鐵路信號(hào)系統(tǒng) 防護(hù)

中圖分類號(hào)：U284.93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（b）-0055-02

鐵路是國內(nèi)重要的基礎(chǔ)運(yùn)輸設(shè)施，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工程建設(shè)等做出了巨大貢獻(xiàn)。鐵路信號(hào)對(duì)鐵路系統(tǒng)的作用類似于人的中樞神經(jīng)，在鐵路運(yùn)輸過程中對(duì)鐵路的實(shí)時(shí)狀態(tài)、調(diào)度指令等信息起著監(jiān)控與傳遞作用，對(duì)鐵路的安全運(yùn)行、提高運(yùn)輸效率起著決定性作用。由于鐵路信號(hào)系統(tǒng)的電子設(shè)備多為弱電設(shè)備，這些弱電設(shè)備受雷擊影響很大，然而雷擊是人類難以控制的自然災(zāi)害，隨著全球氣候變暖，雷擊范圍和破壞性也逐步增強(qiáng)，對(duì)鐵路的安全、可靠運(yùn)行造成一定的威脅?；诖?，該研究者就雷擊對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施。

1 雷擊影響鐵路信號(hào)系統(tǒng)的途徑

雷電對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)造成影響的入侵途徑主要有兩種：線路入侵和場入侵，線路入侵是指直擊雷通過信號(hào)系統(tǒng)的電纜、信號(hào)設(shè)備及接地等線路侵入到鐵路信號(hào)系統(tǒng)，從而對(duì)系統(tǒng)的正常工作造成影響，感應(yīng)電磁場對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)電子設(shè)備造成影響。

1.1 線路入侵分析

直擊雷主要是通過線路入侵到鐵路信號(hào)系統(tǒng)，當(dāng)雷電直接擊中鐵路系統(tǒng)的信號(hào)樓時(shí)，其中僅有約50%的能量能夠通過避雷設(shè)施傳輸?shù)酱蟮兀?0%左右的能量會(huì)被供電系統(tǒng)分流，還有5%的能量會(huì)被通信系統(tǒng)分流，剩余的能量則會(huì)被其他的金屬管道、線纜等分流。具體能量分布情況隨著樓內(nèi)電力設(shè)備線路情況的不同而存在一定差異。當(dāng)雷電直接擊中鐵路系統(tǒng)信號(hào)外的電子設(shè)備時(shí)，例如：軌道電路，雷電產(chǎn)生的過電壓會(huì)沿著鐵路信號(hào)設(shè)備的外殼傳輸?shù)皆O(shè)備內(nèi)部，對(duì)設(shè)備造成傷害。

1.2 場入侵分析

一般情況下，雷電直接擊中電子設(shè)備的概率是十分低的，而雷電感應(yīng)對(duì)電子設(shè)備影響和危害相對(duì)較大，雷電感應(yīng)是發(fā)生雷電現(xiàn)象時(shí)感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓、過電流而形成的雷擊。雷電感應(yīng)對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)外部設(shè)備影響較小，感應(yīng)過程中產(chǎn)生的電磁脈沖對(duì)信號(hào)樓內(nèi)部的電力設(shè)備具有很大的影響，當(dāng)在信號(hào)樓附近1km左右發(fā)生雷擊現(xiàn)象時(shí)，附近的導(dǎo)體上都會(huì)出現(xiàn)巨大的感應(yīng)浪涌，會(huì)使附近所有的電子設(shè)備上產(chǎn)生感應(yīng)雷電，這些雷電波傳輸?shù)叫盘?hào)樓內(nèi)部時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響電子設(shè)備的正常工作。場入侵通常主要從下述幾種端口入侵：天線、電源、信號(hào)線端口及設(shè)備外殼等。

2 雷擊對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響

2.1 雷電直擊對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響

雷電直接對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響主要包括下述幾方面。

（1）高溫?zé)嵝?yīng)。

當(dāng)信號(hào)樓的外部設(shè)備被雷電直接擊中，此時(shí)設(shè)備中會(huì)產(chǎn)生過高的電流，而作用時(shí)間又很短，因此雷直擊產(chǎn)生的熱效應(yīng)非常大，同時(shí)由于雷直擊產(chǎn)生的熱量能夠引起電子設(shè)備局部驟然升溫，從而使的電子設(shè)備局部被燒毀或者融化。例如：當(dāng)雷擊中電纜線或者信號(hào)線時(shí)，就會(huì)造成這兩種線路的絕緣材料迅速老化，若局部溫度超過著火點(diǎn)，還可能造成火災(zāi)。

（2）機(jī)械力作用。

根據(jù)電磁感應(yīng)理論可知，電流會(huì)產(chǎn)生磁場，若載流體周圍存在磁場，載流體就會(huì)受到磁場力的作用。在磁場力的作用下，很容易導(dǎo)致電子設(shè)備內(nèi)部的器件出現(xiàn)變形，從而造成電子設(shè)備被損壞。例如當(dāng)雷電直擊到軌道轉(zhuǎn)轍機(jī)外殼時(shí)，由于流過強(qiáng)大的感應(yīng)電流，會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，同時(shí)由于放電時(shí)間很短，產(chǎn)生的熱量來不及散出去，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)轍機(jī)內(nèi)部溫度迅速增大，器件組成材料會(huì)分解出氣體，在高溫作用下，氣體會(huì)形成具有極強(qiáng)破壞性的爆炸力。

（3）過電壓作用。

當(dāng)雷電直接擊中鐵路信號(hào)系統(tǒng)的金屬管道時(shí)，產(chǎn)生的過電壓會(huì)沿著金屬管道傳輸非常遠(yuǎn)，以至于傳輸?shù)叫盘?hào)系統(tǒng)從而對(duì)電子設(shè)備造成損壞。根據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在信號(hào)系統(tǒng)的雷擊事件中，由于過電壓而造成的系統(tǒng)故障高達(dá)80%左右，由此可見，過電壓的危害是非常大的。

2.2 雷電感應(yīng)對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響

（1）靜電感應(yīng)過電壓影響。

當(dāng)出現(xiàn)雷云時(shí)，由于其底部存在大量的電荷，因此會(huì)導(dǎo)致其覆蓋范圍內(nèi)的導(dǎo)體感應(yīng)出與其極性相反的感應(yīng)電荷，這些感應(yīng)電荷會(huì)出現(xiàn)較高的電壓，從而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。與雷擊能量相比，放電能量雖然略小一點(diǎn)，但是若這些能量傳輸?shù)叫盘?hào)設(shè)備內(nèi)，很可能擊穿電子設(shè)備；若這些能量傳輸?shù)叫盘?hào)樓內(nèi)，很容易造成金屬構(gòu)架和其他金屬導(dǎo)體之間發(fā)生火花，若設(shè)備電阻較大很容易導(dǎo)致設(shè)備被擊穿或者燒毀。同時(shí)，由于放電電壓與大地之間存在跨步電壓，若此時(shí)正好有人在附近工作，則會(huì)對(duì)人身安全造成嚴(yán)重威脅。

（2）電磁脈沖過電壓影響。

在發(fā)生雷電現(xiàn)象時(shí)，很容易產(chǎn)生電磁感應(yīng)，雖然電磁感應(yīng)沒有雷擊那么猛烈，但是其發(fā)生的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出雷擊。由于雷電感應(yīng)的電磁場呈現(xiàn)指數(shù)函數(shù)特性，因此會(huì)導(dǎo)致信號(hào)樓內(nèi)部電子設(shè)備產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，若感應(yīng)電動(dòng)勢過高，就會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害。

3 鐵路信號(hào)系統(tǒng)雷電防護(hù)措施探究

3.1 防直擊雷設(shè)計(jì)

通常情況下，發(fā)生雷電現(xiàn)象時(shí)，僅有50%左右的電流通過避雷裝置傳入大地，而剩余50%的電流會(huì)流入到各個(gè)通道，例如電源線、信號(hào)電纜線等，在對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行防直擊雷時(shí)，重點(diǎn)包括接閃器、引流及泄流。

（1）接閃器的選擇。

就鐵路信號(hào)系統(tǒng)而言，選擇哪種接閃器，必須根據(jù)具體情況來考慮，如：被保護(hù)物的高低、面積等。由于鐵路信號(hào)系統(tǒng)所在樓層通常不高，同時(shí)周圍往往存在其他類型的鐵路設(shè)備，在這種情況下，安裝避雷針會(huì)增加引雷幾率，因此通常安裝避雷線或者避雷網(wǎng)，這樣不僅能夠有效的避免雷擊，還能引雷電流，能夠有效保護(hù)電子設(shè)備不受雷擊的損壞。

（2）引流系統(tǒng)的設(shè)置。

引流系統(tǒng)所起的作用是將接閃器和接地裝置通過使用引下線連接起來，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，通過引下線能夠有效的將雷電流傳輸?shù)降叵卵b置，實(shí)現(xiàn)接閃器的接地。然而對(duì)于鐵路信號(hào)系統(tǒng)而言，必須設(shè)置專門的引下線，若僅用一根引下線疏導(dǎo)電流，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，就算引下線電阻很小。為了最大限度的降低風(fēng)險(xiǎn)，最好采用多根引下線，同時(shí)每經(jīng)過相同的距離都設(shè)置均壓環(huán)，將所安裝的引下線進(jìn)行等電位連接，直到最終延續(xù)到接地裝置。在設(shè)置時(shí)要注意，引下線和接閃器、地下裝置的連接必須牢固，在安裝過程中，要對(duì)引下線對(duì)稱敷設(shè)，以盡量使雷電磁場矢量和最小，和系統(tǒng)保持有效的絕緣。

（3）散流系統(tǒng)的設(shè)置。

當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，引流系統(tǒng)在引流過程中，若出現(xiàn)高電位電流，必須要有專門的散流裝置將其引流到大地上進(jìn)行疏散，即散流裝置也就是常說的接地。為了防止雷擊對(duì)設(shè)備造成的損壞，信號(hào)系統(tǒng)的所有防雷設(shè)備都要接地，通過接地裝置將電流傳輸?shù)酱蟮厥枭?，以便能夠有效保護(hù)電力設(shè)備及工作人員的安全。對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)而言，信號(hào)樓要整體接地，而信號(hào)樓外的其他設(shè)備，可以直接將引下線埋入地下。

3.2 防感應(yīng)雷設(shè)計(jì)

由于鐵路系統(tǒng)信號(hào)樓內(nèi)部電力設(shè)備比較多，信號(hào)系統(tǒng)十分集中，這些弱電設(shè)備對(duì)于周圍電磁場變化十分敏感，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)雷的防護(hù)關(guān)鍵在于對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部電力設(shè)備的防護(hù)。對(duì)于信號(hào)樓內(nèi)部電力設(shè)備的防雷措施，通常包括下述幾種。

（1）信號(hào)線外線防護(hù)。

對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部電力設(shè)備的連接可在連接的雙絞線上串連信息線路保護(hù)器，一旦發(fā)生雷電入侵，這些信息保護(hù)器能夠迅速反應(yīng)從而有效保護(hù)電力設(shè)備。

（2）信號(hào)機(jī)室內(nèi)端防雷。

肅寧北站信號(hào)機(jī)械室所有與外線的信號(hào)設(shè)備均應(yīng)進(jìn)行雷電防護(hù)，所有進(jìn)入室內(nèi)的電源線和信號(hào)設(shè)備均進(jìn)行了雷電防護(hù)，所有進(jìn)入室內(nèi)的電源線線和信號(hào)傳輸線都裝設(shè)了信號(hào)專用的SPD（信號(hào)防雷保護(hù)器），以保護(hù)室內(nèi)、外信號(hào)設(shè)備安全。

信號(hào)機(jī)是信號(hào)系統(tǒng)的重要組成之一，整個(gè)系統(tǒng)的線路都要通過信號(hào)機(jī)傳輸?shù)叫盘?hào)點(diǎn)，這些傳輸電纜線通常都比較長，因此要做好相應(yīng)的防雷措施?？梢栽谒羞B接線路的去線、回線相應(yīng)端子上加載防雷器，一旦發(fā)生雷電入侵，防雷器件立刻開始工作，保護(hù)電力設(shè)備不受到雷電流損壞。

（3）軌道電路室內(nèi)端防雷。

軌道電路的防雷是對(duì)軌道電路的去回線處做好相應(yīng)的防雷措施，以免電力設(shè)備受到損壞；軌道電源的防雷是在相應(yīng)位置安裝防雷器，以便能夠從縱向和橫向達(dá)到對(duì)電力設(shè)備的保護(hù)。對(duì)于室內(nèi)信號(hào)設(shè)備，通常采用等電位連接，以便能夠有效減少雷電流造成的電位差，降低過電壓，以便確保電力設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

4 結(jié)語

總之，該研究者雖然研究了雷擊對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的影響，然而由于水平所限，還存在一定的不足之處，要有效避免雷擊對(duì)信號(hào)系統(tǒng)造成的損壞，還必須相關(guān)專家進(jìn)一步的深入研究。

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