武廣高鐵防雷系統(tǒng)改造方案淺析

王紫東

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

1 地區(qū)氣象資料

廣東、湖南省是雷暴高發(fā)區(qū)，雷電活動(dòng)比較劇烈，雷暴活動(dòng)主要集中于4-9月份。廣東省年平均雷暴日數(shù)74.3d/a，湖南省年平均雷暴日數(shù)48.5d/a。武廣客專廣鐵集團(tuán)管段各地區(qū)年平均雷暴日數(shù)如表1所示。

表1 武廣客專廣鐵集團(tuán)管段雷暴日數(shù)表

2 既有防雷系統(tǒng)體系

武廣客運(yùn)專線廣鐵集團(tuán)管段各車站、所（14個(gè)車站、46個(gè)中繼站、2個(gè)線路所、1個(gè)動(dòng)車所）均設(shè)計(jì)了鐵路綜合防雷系統(tǒng)。防雷技術(shù)體系如圖1所示。

圖1 綜合防雷系統(tǒng)圖

2.1 外部雷電防護(hù)

外部雷電防護(hù)措施為抵御直擊雷所設(shè)置，同時(shí)也是一個(gè)具有初級電磁屏蔽功能的法拉第籠屏蔽網(wǎng)。

2.2 內(nèi)部雷電防護(hù)

內(nèi)部雷電防護(hù)措施是為防護(hù)雷電流產(chǎn)生的電磁傷害效應(yīng)所設(shè)置的裝置。

信號計(jì)算機(jī)房采用法拉第籠作為內(nèi)層電磁屏蔽。引入室內(nèi)的電纜，在進(jìn)戶入口處進(jìn)行屏蔽層接地處理。

室內(nèi)安全的保護(hù)地線、電源防雷地線、分線盤防雷地線、電纜屏蔽地線、電子設(shè)備機(jī)房屏蔽地線分別引出接到環(huán)形接地裝置上。所有功能性接地匯集線都與環(huán)形接地裝置連接，實(shí)現(xiàn)共地不共線。

根據(jù)雷電瞬間電位升高的侵襲通道，按照分區(qū)分級的原則，分別在分界處，多級設(shè)置各型防雷單元形成等電位系統(tǒng)。

2.3 室外設(shè)備防雷及接地

室外信號設(shè)備的金屬殼接地，進(jìn)出箱、盒的電源線、信號線采用屏蔽電纜，屏蔽電纜的金屬屏蔽層或鋼管接地。

3 應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的主要問題

3.1 防雷模塊

（1）電源屏防雷元件無劣化指示窗，不利于日常巡檢。

（2）25Hz軌道電路室外隔離盒應(yīng)采用縱橫向保護(hù)模式，既有為壓敏電阻橫向保護(hù)模式。壓敏電阻劣化失效后，可能導(dǎo)致軌道電路繼電器掉下，軌道電路閃紅。隔離盒（WGL-T）防雷元件無劣化指示窗且未配置自動(dòng)脫離裝置。

（3）道岔缺口監(jiān)測設(shè)備通道未安裝防雷模塊。

（4）防災(zāi)異物監(jiān)控設(shè)備通道未安裝防雷模塊。

3.2 防雷接地

（1）中繼站箱體接地點(diǎn)的數(shù)量較少，雷電流泄漏不及時(shí)，電纜芯線易產(chǎn)生雷電感應(yīng)高電壓。

（2）室內(nèi)無接地電阻監(jiān)測裝置。

（3）部分新增設(shè)備機(jī)柜未實(shí)施等電位連接。

3.3 故典型案例分析

（1）英德西站2013年5月16日雷害故障。7DG、3DG、5DG、1DG閃紅光帶，站內(nèi)照明電瞬間斷電，雷電產(chǎn)生感應(yīng)電高壓入侵設(shè)備造成室內(nèi)南非開關(guān)跳閘產(chǎn)生信號設(shè)備雷害故障，故障延時(shí)12分鐘。該故障屬于雷電產(chǎn)生感應(yīng)電高壓侵入設(shè)備上導(dǎo)致室內(nèi)南非開關(guān)跳閘的雷害故障。

（2）中繼站49。2014年5月23日“中繼站49”雷害故障，造成21911AG發(fā)送端調(diào)諧匹配單元端子E1/E2與電路板間燒斷，F(xiàn)X13至FX11之間干線電纜1000米16芯備用4芯的1、2號芯線燒斷，F(xiàn)X11至調(diào)諧匹配單元支線電纜12米4芯備用2芯的2號芯線燒斷。該故障屬于直擊雷產(chǎn)生的強(qiáng)電流燒毀信號設(shè)備的故障。

（3）現(xiàn)場雷害原因分析。雷害以直擊雷或感應(yīng)雷的形式侵害信號設(shè)備，造成信號設(shè)備的損壞，影響運(yùn)輸安全。因此防雷模塊是否選型正確、安裝到位；室內(nèi)設(shè)備等電位是否正確連接；地網(wǎng)接地點(diǎn)是否合理布置；現(xiàn)場備件是否充足等因素直接影響雷害事故的發(fā)生以及事故的處理。

4 防雷系統(tǒng)改造方案

4.1 防雷模塊

（1）電源屏防雷單元改為帶劣化指示窗的防雷原件。

（2）電碼化室外隔離盒Ⅱ1、Ⅱ2處并聯(lián)安裝CRCC認(rèn)證防雷模塊，采用橫向保護(hù)方式，內(nèi)含壓敏串放電管的防護(hù)電路，具有自動(dòng)脫扣裝置和劣化指示功能。25Hz軌道電路室外隔離盒（WGL-T）防雷元件改為帶劣化指示窗型的防雷元件。

（3）道岔缺口監(jiān)測安裝二級信號避雷器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備信號線上的等電位連接。在設(shè)備的電路板入口端增裝避雷器。同時(shí)對道岔地線可靠連接。

（4）異物侵限預(yù)警子系統(tǒng)設(shè)備的信號傳輸通道上安裝防雷模塊。

4.2 防雷接地

（1）改善中繼站接地系統(tǒng)。在機(jī)房地網(wǎng)兩個(gè)拐角每處設(shè)置一個(gè)變能組合式防雷接地裝置，并適當(dāng)增加垂直接地體，如圖2所示。

（2）増加信號綜合地網(wǎng)電阻監(jiān)測裝置。在信號機(jī)械室內(nèi)安裝接地電阻監(jiān)測儀，在信號樓外距離綜合地網(wǎng)5米以上設(shè)置定點(diǎn)接地電阻測試標(biāo)樁（測試地極，材料采用銅包鋼、鍍鋅角鋼）兩支，兩支標(biāo)樁相距20米，利用6mm2的銅導(dǎo)線作為測試導(dǎo)線，連接測試樁、地網(wǎng)及接地電阻監(jiān)測箱。通過設(shè)定電阻監(jiān)測箱里面的測試儀的預(yù)警值，可以實(shí)現(xiàn)對綜合地網(wǎng)的接地電阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并采用聲光警報(bào)。

圖2 增加外設(shè)局部接地裝置

（3）新增設(shè)備機(jī)柜應(yīng)做進(jìn)行電位連接。

（4）部分車站電纜金屬屏蔽接地與分線柜通道防雷接地共用接地匯集線，增加一處室內(nèi)電纜屏蔽接地匯集線，并將電纜屏蔽接地線單獨(dú)接電纜屏蔽接地匯集線。