駝峰信號設(shè)備區(qū)域防雷補強整治探討

廖顯生陽 晉

(1．廣州鐵路（集團）公司電務(wù)處，廣州 510088；

2．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100073)

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駝峰信號設(shè)備區(qū)域防雷補強整治探討

廖顯生1陽 晉2

(1．廣州鐵路（集團）公司電務(wù)處，廣州 510088；

2．北京全路通信信號研究設(shè)計院集團有限公司，北京 100073)

摘要：近年來駝峰信號設(shè)備雷害故障發(fā)生較多、故障時間長，嚴(yán)重影響運輸生產(chǎn)。深入分析駝峰信號雷害故障原因，提出有效的補強整治方案。

關(guān)鍵詞：鐵路信號；駝峰；防雷

Abstract:In recent years, normal transportation is affected seriously due to lots of hump signal equipment faults caused by lightning with long failure time. This paper analyzes the reasons of lightning faults and puts forward effective lightning protection solution.

Keywords:railway signal; hump; lightning protection

1　概述

2006至2008年管內(nèi)駝峰信號設(shè)備已全部完成了綜合防雷改造，駝峰信號雷害故障有所下降。但駝峰信號設(shè)備雷害還是時有發(fā)生，特別是近年來，隨著駝峰信號控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，設(shè)備微電子化、網(wǎng)絡(luò)化，雷害故障又有了上升趨勢。駝峰信號雷害故障損壞設(shè)備多、故障延時長，甚至造成系統(tǒng)癱瘓，對運輸生產(chǎn)影響大。

2　駝峰信號設(shè)備雷害故障原因分析

通過對近年駝峰信號雷害分析，發(fā)現(xiàn)引起雷害發(fā)生的原因主要有以下幾個方面。

2.1室外電纜外皮接地方式不合理

電纜外皮接地方式不合理，如：電纜不接地，電纜易感應(yīng)雷電過電壓，過電壓通過電纜進入室內(nèi)控制系統(tǒng)和室外設(shè)備（主要是雷達(dá)），造成設(shè)備損壞。

原蘇聯(lián)防雷理論書籍《通信設(shè)備對外界電磁場影響的防護》中對不同接地方式電纜感應(yīng)雷電電壓做了實測和對比分析，如表1所示。目前大部分駝峰室外電纜鋼帶接地方式為懸浮方式，電纜芯線上容易形成感應(yīng)雷電高電壓。

表1　不同接電方式電纜感應(yīng)雷電電壓對比

2.2室外設(shè)備防雷接地不良，雷電泄放不順暢

目前，駝峰室外信號設(shè)備采用分散接地方式，接地電阻標(biāo)準(zhǔn)為小于10 Ω；室內(nèi)設(shè)備采用綜合接地系統(tǒng)，接地電阻標(biāo)準(zhǔn)為小于1 Ω。室外設(shè)備接地電阻高造成室外設(shè)備上的雷電不能迅速對地泄放，雷電高電壓通過電纜通道進入室內(nèi)，經(jīng)接地良好的信號樓地網(wǎng)泄放，損壞室內(nèi)外設(shè)備。

2.3駝峰控制系統(tǒng)遭雷電侵入，造成板卡接口損壞

駝峰控制系統(tǒng)的雷達(dá)、測長、踏板等設(shè)備（特別是雷達(dá)），容易遭受來自電纜通道的雷電侵入，引起系統(tǒng)設(shè)備板卡接口損壞。

2.4雷電地反擊

如圖1所示，雷電地電位反擊是由于本地電位抬升與遠(yuǎn)地形成電位差，該電位差損壞設(shè)備有兩個條件：本地電位升高、本地與遠(yuǎn)地有電氣連接。駝峰信號樓旁的高大鐵塔或避雷塔易遭受雷擊，而其接地引下線與信號樓地網(wǎng)連接會造成本來不高的信號樓地網(wǎng)地位變得很高；而信號樓內(nèi)的控制系統(tǒng)與地網(wǎng)有接地連接，同時控制系統(tǒng)在遠(yuǎn)端也有接地，這樣就構(gòu)成了地電位反擊損壞設(shè)備的兩個條件，從而發(fā)生設(shè)備損壞的情況。

2.5室外雷達(dá)防護方案不完善

雷電侵入雷達(dá)系統(tǒng)的途徑有如下3種。

1）電源線侵入

駝峰雷達(dá)的供電電源線路穿越整個駝峰場地，供電線路長，由電源線路引入雷電過電壓的幾率大。

2）信號線侵入

與電源線路相似，駝峰雷達(dá)的信號及自檢通道線路較長，在雷電發(fā)生過程中容易受到感應(yīng)雷的影響。

3）接地系統(tǒng)的地電位反擊

在雷達(dá)附近雷電流入地的過程中，會造成附近的地電位抬高，抬高的地電位與連接至雷達(dá)系統(tǒng)的線路遠(yuǎn)端的低電位形成電位差，從而造成設(shè)備損壞。

2.6電磁環(huán)境惡劣

駝峰雷達(dá)和減速器等室外設(shè)備處在駝峰場開闊區(qū)域，雷電電磁環(huán)境比較惡劣，這個區(qū)域的部分設(shè)備未在駝峰場高大金屬構(gòu)件滾球保護范圍內(nèi)。雷雨天氣時，設(shè)備有可能遭受能量較大的直擊雷或感應(yīng)雷，損壞室外設(shè)備，燒損敷設(shè)的信號線纜等，同時線纜上的過電壓會入侵到室內(nèi)，造成室內(nèi)設(shè)備損壞。

此類雷電過電壓可導(dǎo)致處在LZP0A區(qū)的信號設(shè)備，如雷達(dá)設(shè)備的損壞。過電壓沿與LZP0A區(qū)的信號設(shè)備相連接的電纜入侵到室內(nèi)，導(dǎo)致室內(nèi)控制模塊的損壞。

2.7測長通道防雷模塊因電氣化干擾損壞

司法體制改革背景下新型檢察權(quán)運行機制研究———以“一元屬性、多元類型”的檢察職能調(diào)整為視角…………徐程錦,張益剛

駝峰場兩側(cè)均有電氣化鐵路，牽引電流干擾會在其附近的金屬線纜上感應(yīng)出工頻過電壓，也可造成防雷模塊的非正常損壞。

3　駝峰信號設(shè)備防雷補強整治方案

1）改善電纜鋼帶接地防護

通過《通信設(shè)備對外界電磁場影響的防護》的分析可以得出，電纜鋼帶采用雙端多點接地時防護效果最好，考慮防止電氣化鐵路牽引電流干擾損壞設(shè)備，實際采用電纜單端接地或分段單端接地方式。同時電纜鋼帶接地接入駝峰場新設(shè)貫通地線或信號樓綜合地網(wǎng)，接地電阻小于1 Ω，可以有效降低電纜芯線雷電感應(yīng)。

2）避免通信鐵塔或避雷塔接地與信號樓綜合地網(wǎng)連接

雷電地反擊損壞設(shè)備的兩個條件中，確保控制系統(tǒng)或設(shè)備在沒有接地或懸浮較難實現(xiàn)，可考慮最大可能避免近地點電位的抬升。可采用如下措施：

對于既有站，通信鐵塔或避雷塔單獨設(shè)置接地體，且與信號樓綜合地網(wǎng)保證大于15 m；

對于新建站，可將信號樓設(shè)置于通信鐵塔或避雷塔的直擊雷防護半徑內(nèi)，同時通信鐵塔和避雷塔設(shè)置單獨接地體，且保證與信號樓綜合地網(wǎng)距離大于15 m。

3）增設(shè)貫通地線

4）安裝避雷塔

為解決駝峰場信號設(shè)備可能遭受直擊雷的問題，在駝峰場室外信號設(shè)備集中區(qū)域、信號樓附近設(shè)置避雷塔。避雷塔設(shè)置位置及高度按照滾球半徑計算如圖2所示。避雷塔應(yīng)注意避開線纜，滿足標(biāo)準(zhǔn)對避雷塔與線纜地上和地下間距的要求。參考GB50057的要求，“獨立接閃桿和架空接閃線或網(wǎng)的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯(lián)系的管道、電纜等金屬物之間的間隔，應(yīng)按下列公式計算，但不得小于3 m?！?/p>

地上部分：

當(dāng)hx＜5Ri時，Sa1≥0.4（Ri＋0.1hx）

當(dāng)hx≥5Ri時，Sa1≥0.1（Ri＋hx）

地下部分：

Se1≥0.4Ri

式中：Sa1——空氣中的間隔距離（m）；

Se1——地中的間隔距離（m）；

Ri——獨立接閃桿、架空接閃線或網(wǎng)支柱處接地裝置的沖擊接地電阻（Ω）；

hx——被保護建筑物或計算點的高度（m）。

5）改進雷達(dá)雷電防護方案

從駝峰雷達(dá)雷電波入侵途徑（線路來波和地電位反擊）看，防護重點主要在雷達(dá)的電源線、信號線、自檢線及等電位連接。在雷達(dá)箱內(nèi)駝峰雷達(dá)的各端口配置相應(yīng)的防雷器，如圖3所示。

圖3中，SPD1、SPD2、SPD3為具有低限制電壓，響應(yīng)時間和恢復(fù)時間都不超過100 ns的性能優(yōu)異防雷器，通過上述SPD將雷達(dá)各端口的過電壓限制在設(shè)備端口沖擊耐受能力范圍內(nèi)。同時，考慮到雷達(dá)與雷達(dá)箱箱體絕緣，在箱內(nèi)防雷器接地排與機箱內(nèi)地排之間設(shè)置等電位連接器SPD4，既保證雷達(dá)與雷達(dá)箱隔離，又能達(dá)到雷達(dá)機殼與箱體的瞬態(tài)等電位。

6）測長設(shè)備電氣化干擾防治

駝峰場兩側(cè)均有電氣化鐵路，牽引電流干擾會在其附件的金屬線纜上感應(yīng)出工頻過電壓，這種長期存在的過電壓會造成信號設(shè)備損壞。為解決測長設(shè)備電氣化干擾的問題，在駝峰場測長設(shè)備接線箱內(nèi)加裝隔離變壓器，減少工頻電壓的影響。隔離變壓器采用變比為1：1，工作頻率與測長軌道電路工作頻率相同的變壓器。如婁底駝峰25 Hz測長軌道電路加裝BCC4-10/25型隔離變壓器后，干擾信號基本消除，且不影響測長軌道電路正常工作，如圖4所示。

4　整治效果及建議

駝峰信號設(shè)備區(qū)域防雷補強整治的效果非常明顯。2010年至2014年，對管內(nèi)5個雷害較嚴(yán)重的駝峰場進行了整治，經(jīng)過整治的駝峰場都沒有發(fā)生雷害故障。而2014年2個沒有整治的駝峰場都發(fā)生了嚴(yán)重的雷害故障。

建議改善駝峰自動化控制系統(tǒng)抗雷擊能力的設(shè)計，新上駝峰系統(tǒng)應(yīng)考慮駝峰測長、測速、測重及踏板等設(shè)備與系統(tǒng)的安全隔離措施；同時考慮系統(tǒng)板卡與分線盤間增加一級通道防雷，防止分線柜（盤）通道防雷器殘壓過高造成系統(tǒng)設(shè)備損壞。

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收稿日期：（2014-11-20）

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.014