基于铁路信号电气化设备防雷安全问题的研究

基于铁路信号电气化设备防雷安全问题的研究

【摘要】本文通过对现代铁路信号电气化设备的危害问题进行分析，并提出了相关的解决措施。 【关键词】铁路信号；设备防雷；危害 引言

随着我国现代化科技飞速发展，铁路信号电气化设备电子化程度大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定的运用，是摆在我们面前的一个新课题。雷击放电诱发电磁脉冲过电压和过电流会经电源系统、信号传输通道等途径损坏信号设备，直接威胁铁路正常的安全生产。所以，加强信号设备防雷工作尤为重要。 1 当前铁路信号电气化设备防雷的危害分析 1.1 雷害问题

1.1.1 直接雷：直接侵入设备或与设备相关联的传输线上的雷电。但袭击信号设备的概率很小。

1.1.2 感应雷：由于电磁感应作用，在电气设备上感应出的雷电压，在设备中流过感应电流。其又分为纵向和横向感应雷两种。感应雷发生机率高，袭击信号的次数相当频繁。 1.2 雷电侵入信号设备的主要途径

1.2.1 由交流电源侵入雷电冲击波侵入高压电线路传至高压变压器，若未装设避雷器或其失效，容易侵入低压设备。 1.2.2 轨道电路轨道电路用钢轨作为传输线，它一般高出地面，容易遭雷击。

1.2.3 由电缆侵入铁路信号的室内、室外设备通过电缆连接起来，雷电从电缆侵入，并传输至室内设备。 1.3 纵向电压和横向电压

纵向电压指导线或设备对地电压，每条导线上的折射电压或反射电压。横向电压指两导线问的电位差。这两种电压对人身安全和信号设备的正常运行都会带来极大的危害。纵向过电压将使设备绝缘闪络、击穿，甚至起火。横向过电压回击穿、烧毁信号设备尤其是电子器件。

1.4 信号设备的防雷

1.4.1 信号设备的防雷要求在有雷电活动的地区，交流电源外线、电子设备、轨道检查装置、遥信遥控设备等与外线连接的信号设备必须装设防雷装置。不同雷电活动地区，应采取相应的防雷措施。

1.4.2 信号设备雷电防护的原则防雷装置和被防护设备之间绝缘应匹配，将雷电感应电压限制到被保护的冲击耐压水平以下。正常情况下，防雷装置不应影响被防护设备的工作，受雷电干扰时，应保证信号设备不得错误动作。采用多级防护时，各级防护元件应配置合理。

1.4.3 信号设备防雷元件的安装和设备的要求外部防护用防雷元件宜安装在线路终端。安装应牢固可靠，便于检测，集中安装。 2 铁路信号电气化设备综合防雷整治方法 2.1 铁路信号电气化设备雷电防护分析

铁路信号电气化设备遭受雷击过电压和过电流的类型主要可分为三种，即：直击雷、感应雷和传导雷。结合信号设备的分布特点及雷电攻击的途径分析，铁路信号电气化设备雷电防护存在以下特点。

2.1.1 信号设备占地面积较大，且很多设备分布在山区、旷野等易遭受雷电攻击的地区。

2.1.2 铁路的钢轨是雷电流的良好导体，与钢轨连接的相关铁路信号电气化设备，如信号机、轨道电路、电动转辙机等较容易受到雷电流的威胁。

2.1.3 自动闭塞、半自动闭塞等信号条件线、控制线，在非电化区段大部分使用架空线，它们均架设于信号与通信混合线路或自动闭塞高压信号线路上，由于它们暴露在旷野郊外，在雷雨季节容易遭受到雷电的袭击，线路中的大电流会串入信号机房内部，从而引起对内部设备的损坏。

2.1.4 雷电防护的原则是“等电位”，由于机房存在多类接地系统，其冲击接地电阻不均衡，在雷击发生时，雷电流引起地电位差，也容易造成“地电位反击”，使人员或设备遭受损害。 从以上分析中可以看出：为了提高铁路信号电气化设备安全性及机房设备、计算机的运行可靠度，整个车站信号设备的雷电防护一定要有良好的避雷设施、下引线和统一的接地网，采取完善的直击雷、感应雷防护措施。同时必须在供电系统、信号采集传输系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的防护，在拦截、

分流、均衡、接地、布线、布局等方面做完整的，多层次的综合防护。

2.2 铁路信号综合防雷整治的原则

铁路信号电气化设备本身的电磁兼容性应符合规定要求。铁路信号防雷综合整治总的原则是：经等电位连接，使过电压（或电流）以最直接的路径尽快泄漏到大地，达到保护设备的目的。电磁兼容防护总的原则是：利用室内的金属物有机地构成一个“法拉第笼”，进行接地连接。站场综合防雷设计本着安全可靠、技术先进、经济合理的原则，达到防御或减轻雷电灾害、提高防雷安全度的目的。 2.3 铁路信号整治方案设置

2.3.1 既有机房建筑物直击雷防护和屏蔽

信号机械室的建筑物采用法拉第笼进行电磁屏蔽，法拉第笼由屋顶避雷网、避雷带、引下线和接地系统构成。计算机联锁机房采用室内发拉第笼屏蔽。

2.3.2 室外信号设备直击雷防护和屏蔽

包含信号设备的箱、盒、柜等壳体应具有良好的电气贯通和电磁屏蔽性能，壳体内设专用接地端子（板）。室外信号设备的金属箱、盒壳体必须接地，屏蔽电缆的金属屏蔽层应接地。 2.3.3 接地系统 （1）一般要求

信号设备应设安全地线、屏蔽地线和防雷地线，上述地线均由共用接地系统的地网引出；室内信号设备的接地装置应构成网状

（地网）；接地导线上严禁设置开关、熔断器或断路器。 （2）地网

地网由各接地体、建筑物四周的环形接地装置相互连接构成。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，应环绕建筑物外墙闭合成环，受条件限制时可敷设成“u形”或“l形”，机械室不是独立建筑、两侧有其他建筑时，在信号楼前后设“一字形”接地装置，但应尽可能沿建筑物周围设置，以便与地网连接的各种引线就近连接。垂直接地体可采用石墨电极、铜包钢、铜材、热镀锌钢材（钢管、圆钢、角钢、扁钢）或其它新型接地材料，电力牵引区段宜采用石墨接地体。 （3）贯通地线

贯通地线在信号机房建筑物一侧每隔2-3m用50mm2裸铜线与环形接地装置连接，两端各连接两次，设置贯通地线的区段，站内的各种室外信号设备的各种地线均应就近与贯通地线连接。 2.3.4 接地汇集线及等电位连接

（1）控制台室、继电器室、防雷分线室（或分线盘）、机房和电源室（电源引入处）应设置接地汇集线。接地汇集线宜采用大于30mm×3mm紫铜排，可相互连接成条形、环形或网格形，环形设置时不得构成闭合回路。

（2）电源室（电源引入处）防雷箱处、防雷分线室（或分线盘）处的接地汇集线应单独设置，并分别与环形接地装置单点冗余连接。

（3）室内走线架、组合架、电源屏、控制台、机架、机柜等所有室内设备必须与墙体绝缘，其安全地线、防雷地线、工作地线等必须以最短距离分别就近与接地汇集线连接。同一排不同的金属机架、柜之间用铜导线栓接后再就近与接地汇集线连接。

（4）走线架不得布置成环型，已构成闭合回路的可加装绝缘。在不构成闭合回路的前提下，必须保持走线架在电气上的连续性，接地汇集线栓接，连接螺栓采用中8mm铜质，并不得少于3枚，组合架侧螺栓不少于2枚。

（5）机房面积较大时，可以设置与地网单点冗余连接的总接地汇集线。控制台室、继电器室、计算机房的接地汇集线可分别与总接地汇接线单点连接，也可相互连接后与总接地汇接线单点连接。 （6）机房分布在几个楼层时，各楼层可设置总接地汇集线，总接地汇集线间应采用50-95mm2的有绝缘外护套的多股铜导线加线鼻栓接。

（7）建筑物内所有不带电的自来水管、暖气管道等金属物体都必须与环形接地装置（或与建筑物钢筋、机房屏蔽层）做等电位连接。 3 结束语

近几年，随着天气的变化的不断发展，对铁路运输工程带来了很大的影响。针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽

最大努力确保铁路运输生产安全。