鐵路通信系統(tǒng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)研究

董建騰

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

鐵路通信系統(tǒng)處于戶外環(huán)境中，當(dāng)遇到雷雨天氣時(shí)有可能遭遇雷擊，對(duì)通信系統(tǒng)造成破壞。為消除潛在的危險(xiǎn)因素，開(kāi)展防雷電設(shè)計(jì)是很有必要的，可以提升系統(tǒng)運(yùn)行安全水平。掌握鐵路通信系統(tǒng)實(shí)際情況，制定出科學(xué)合理防護(hù)方案，有效應(yīng)對(duì)雷電的破壞，強(qiáng)化通信系統(tǒng)建設(shè)，為鐵路正常運(yùn)行提供有力支持。

1 鐵路站場(chǎng)雷電防護(hù)分析

對(duì)通信系統(tǒng)遭受雷電破壞情況進(jìn)行分析，依據(jù)過(guò)電壓和過(guò)電流的途徑分為直擊雷、感應(yīng)雷和操作過(guò)電壓三種。結(jié)合鐵路站場(chǎng)通信系統(tǒng)遭受雷擊的實(shí)際情況，對(duì)防護(hù)方案進(jìn)行分析。

鐵路站場(chǎng)設(shè)備具有數(shù)量多、類型雜的特點(diǎn)。根據(jù)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，通信樓避雷針應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域的防護(hù)，保證通信樓安全性，保護(hù)通信設(shè)備免受雷擊破壞。當(dāng)雷雨云對(duì)大地放電時(shí)，雷閃電流的高頻電磁場(chǎng)對(duì)暴露在外的電源線、信號(hào)線等會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)雷擊過(guò)電壓，當(dāng)其超過(guò)了設(shè)備的抗電強(qiáng)度時(shí)，設(shè)備就會(huì)發(fā)生損壞。雷電防護(hù)應(yīng)堅(jiān)持等電位原則，機(jī)房接地系統(tǒng)比較多，其沖擊接地電阻不均衡，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，雷電流會(huì)引起地電位差，出現(xiàn)“地電位反擊”，對(duì)鐵路通信設(shè)備會(huì)產(chǎn)生破壞。

為了提高鐵路站場(chǎng)通信系統(tǒng)的安全性，需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)完善防護(hù)方案，雷電防護(hù)系統(tǒng)包括避雷針、引下線和接地網(wǎng)，采取直擊雷防護(hù)措施。為了強(qiáng)化雷電防護(hù)效果，應(yīng)對(duì)車站內(nèi)的傳輸系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)等進(jìn)行多級(jí)綜合防護(hù)，提升防護(hù)水平。站場(chǎng)防雷設(shè)備應(yīng)遵循安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)性的原則，確保發(fā)揮出防雷電的作用，有效提升站場(chǎng)安全性，確保正常運(yùn)行。

2 通信系統(tǒng)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 天饋系統(tǒng)防雷

天饋系統(tǒng)防雷，應(yīng)嚴(yán)格滿足規(guī)定。首先架空天線應(yīng)設(shè)置在直擊雷防護(hù)區(qū)內(nèi)。在選擇天饋線路浪涌保護(hù)器時(shí)，應(yīng)考慮到設(shè)備工作頻率、平均輸出功率等，通過(guò)綜合分析合理選擇天饋線路浪涌保護(hù)器，保證達(dá)到理想效果。對(duì)通信設(shè)備相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，數(shù)字微波通信、站場(chǎng)廣播機(jī)等系統(tǒng)的天饋線路，應(yīng)選擇符合要求的天饋電涌保護(hù)器，安裝在規(guī)定位置上。采用波導(dǎo)管傳輸?shù)奶祓佅到y(tǒng)，應(yīng)將波導(dǎo)管的金屬外壁和天線架、波導(dǎo)管支撐架和天線反射器進(jìn)行電氣連通。

2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)防護(hù)

在以太網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通信線路由器前及網(wǎng)控器的PSTN外線接入網(wǎng)線上，各安裝符合要求的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信電涌保護(hù)器，可以對(duì)服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)通信線路實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)。在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通信系統(tǒng)進(jìn)線端安裝計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信線電涌保護(hù)器，對(duì)設(shè)備網(wǎng)卡及通信線路進(jìn)行防雷保護(hù)。網(wǎng)絡(luò)間傳輸防護(hù)采用光纖，但應(yīng)對(duì)光纜的金屬護(hù)套進(jìn)行接地。

2.3 電話通信系統(tǒng)防護(hù)

在有線話音通信系統(tǒng)與程控交換機(jī)連接的線路有電話外線上，分別安裝電話通信線電涌保護(hù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的保護(hù)。在重要會(huì)議室內(nèi)外線、重要管理人辦公室內(nèi)外線、重要實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)辦公室內(nèi)外線及區(qū)域值班室內(nèi)線電話通信線上分別安裝電話通信線電涌保護(hù)器，對(duì)電話通信線路進(jìn)行防雷保護(hù)。

2.4 站場(chǎng)通信系統(tǒng)防護(hù)

在無(wú)線通信系統(tǒng)和站場(chǎng)電臺(tái)主機(jī)連接的天線進(jìn)線處分別安裝饋線電涌保護(hù)器，要求SPD的參數(shù)應(yīng)與系統(tǒng)主機(jī)參數(shù)相匹配，用于站場(chǎng)電臺(tái)的防雷保護(hù)。

3 站場(chǎng)通信系統(tǒng)外部雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 運(yùn)用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)

根據(jù)現(xiàn)代雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于直擊雷防護(hù)應(yīng)采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)，將雷電流通過(guò)接地裝置送入大地，達(dá)到防護(hù)目的。常用避雷裝置都是采用金屬導(dǎo)體，安裝在建筑物的最高點(diǎn)，也就是容易遭受雷擊的地方。天空發(fā)生雷電時(shí)，大地上因?yàn)殪o電感應(yīng)作用，會(huì)帶上和雷云相反的電荷，避雷裝置都在建筑物最高點(diǎn)，與雷云距離比較近，和大地有良好的電氣連接，所以有著相同的電位，使得避雷裝置附近空間電場(chǎng)強(qiáng)度比較大，會(huì)將雷電吸引過(guò)來(lái)進(jìn)行集中處理，同時(shí)降低了附近物體遭受雷擊的概率，實(shí)現(xiàn)了很好的防護(hù)。在鐵路站場(chǎng)內(nèi)，雷電防護(hù)重點(diǎn)是通信系統(tǒng)設(shè)備，最直接、簡(jiǎn)單的方法就是安裝避雷針，同時(shí)確定好安裝的高度，可以避免直擊雷破壞。

3.2 接地裝置

接地極、接地極引線和接地母排共同組成了接地裝置，將鐵路站場(chǎng)通信系統(tǒng)和大地連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電氣連接的金屬物體為接地極，包括人工接地極和自然接地極。接地母排可以作為參考點(diǎn)，將電氣裝置內(nèi)需接地的部分和接地極連接起來(lái)，將電氣裝置內(nèi)相關(guān)電位連接線互相連通，實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)綜合樓內(nèi)大件導(dǎo)電部分間的總等電位聯(lián)結(jié)。接地極和接地母排之間的連接線為接地極引線。

4 站場(chǎng)通信系統(tǒng)內(nèi)部雷電防護(hù)設(shè)計(jì)

隨著站場(chǎng)通信系統(tǒng)建設(shè)的加快，信息化水平提升，使用的設(shè)備也隨之增加，一旦發(fā)生雷擊破壞，受影響范圍會(huì)更大。雷電是大氣層中的強(qiáng)電磁干擾源，為了有效防御雷擊電磁脈沖，除了正確選擇機(jī)房位置外，還要采用等電位連接、屏蔽及過(guò)壓保護(hù)等措施。根據(jù)雷電流的“集膚效應(yīng)”可以了解到，雷電流主要集中在有鋼筋層的外墻，室內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度在電流流經(jīng)的柱子附近為最大，所以計(jì)算機(jī)房應(yīng)該設(shè)置在建筑物最中間的位置，同時(shí)應(yīng)避開(kāi)大樓外側(cè)。電源系統(tǒng)應(yīng)采用多級(jí)保護(hù)方式，逐級(jí)泄流，使殘壓限制在2倍額定電壓值。采用連接導(dǎo)線將防雷裝置和建筑物的金屬裝置、外來(lái)導(dǎo)線等連接起來(lái)，這樣可以減小雷電流過(guò)時(shí)各金屬器件之間的電位差。在安裝過(guò)程中，保護(hù)裝置應(yīng)靠近被保護(hù)設(shè)備，保護(hù)元件兩端采用雙絞線，這樣耦合回路面積會(huì)大大減少，有效降低了磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。鐵路通信系統(tǒng)雷害具有不確定性、范圍廣等特點(diǎn)，所以應(yīng)對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行全面防護(hù)，為通信系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

5 鐵路通信系統(tǒng)雷電防護(hù)實(shí)施策略

5.1 制定設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)方案是開(kāi)展雷電防護(hù)實(shí)施的重要參考依據(jù)，在制定之前應(yīng)展開(kāi)調(diào)查工作，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集、整理、分析，保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性。一方面要了解現(xiàn)有雷電防護(hù)措施，在此基礎(chǔ)上完善，不斷強(qiáng)化防雷效果。另一方面對(duì)雷害處理事故進(jìn)行分析，明確經(jīng)常發(fā)生雷害的注意事項(xiàng)，為設(shè)計(jì)方案制定提供參考，要體現(xiàn)出較強(qiáng)針對(duì)性，確保達(dá)到預(yù)期防雷效果。方案確定后要和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不相符合部分要作出調(diào)整，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)可行性，很好的落實(shí)下去。

5.2 成立專業(yè)隊(duì)伍

為了保證避雷設(shè)備安裝質(zhì)量，必須由專業(yè)技術(shù)人員安裝、負(fù)責(zé)。目前很多新型設(shè)備被應(yīng)用雷電防護(hù)系統(tǒng)中，專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)積極學(xué)習(xí)提升自身技術(shù)水平，為安裝工程順利開(kāi)展提供可靠保障。安裝過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)協(xié)調(diào)配合嚴(yán)格按照規(guī)范要求執(zhí)行，通過(guò)提前探討并制定有效策略，保證雷電防護(hù)系統(tǒng)的有效性。

5.3 引入新技術(shù)、新設(shè)備

隨著鐵路通信系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)雷電防護(hù)系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際需求，因此應(yīng)積極創(chuàng)新，引入新技術(shù)、新設(shè)備，更好地提升雷電防護(hù)水平。特別是容易發(fā)生雷電災(zāi)害的區(qū)域，要提高重視程度，對(duì)雷電防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。與此同時(shí)應(yīng)對(duì)先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備不斷改進(jìn)完善，不斷增強(qiáng)實(shí)際防護(hù)的效果，為創(chuàng)建出安全、穩(wěn)定的通信系統(tǒng)環(huán)境，發(fā)揮出最大的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，雷電會(huì)對(duì)鐵路通信系統(tǒng)造成嚴(yán)重的雷擊風(fēng)險(xiǎn)，影響鐵路通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)積極開(kāi)展雷電防護(hù)研究，明確防護(hù)的重點(diǎn)，有效處理實(shí)際發(fā)生的問(wèn)題，積極引入新技術(shù)、新設(shè)備，通過(guò)合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)防護(hù)。從而提升通信系統(tǒng)安全性，實(shí)現(xiàn)鐵路的穩(wěn)定運(yùn)行，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。