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铁路信号系统防雷

时间：2011-09-06 10:23来源：世纪电源网

摘要：铁路信号系统防雷朱波中达电通防雷产品处一、概述铁路信号系统在整个铁道系统犹如人的耳目和中枢神经，担负着铁路网上行车设备的运用状况、列车运行的实时状态、运输调度的指令控制等信息的传递与监控任务。为保证铁路行车安全...

铁路信号系统防雷

朱波 中达电通防雷产品处
一、概述

    铁路信号系统在整个铁道系统犹如人的耳目和中枢神经，担负着铁路网上行车设备的运用状况、列车运行的实时状态、运输调度的指令控制等信息的传递与监控任务。为保证铁路行车安全、增强线路通过能力、提高运输组织效率发挥了至关重要的中枢作用。随着铁路现代化进程的飞速发展，尤其是在铁路大规模提速的情况下，恶劣的气象条件对铁路信号系统的要求越来越高，其中铁路信号设备的可靠性变成了十分重要的关键课题之一。信号设备如何抵御雷击及雷击放电诱发雷击电磁脉冲过电压和过电流的问题，变成了铁路安全的重中之重。雷电引起的电磁脉冲经信号电源系统、信号传输通道、接地系统侵入设备，将造成巨大损失，直接威胁铁路正常的安全运输生产和人身安全，为此铁道部颁发了TB／T3074-2003《铁路信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件》和TB／T2311-2002《铁路电子设备用防雷保安器》的行业标准。但标准的可操作性和实施人员的理解程度良莠不齐，造成了许多偏差和失误。为此铁道部又新近颁布了铁运26号文件《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》和铁建39号文件《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》等，这些标准和规范都为铁路信号系统防雷的发展起到了重要的指导作用。

二、铁路信号系统防雷的特点
1．铁路信号设备分布面积广、点多线长、钢轨线路处于雷电暴露环境中，是接受直击雷、感应雷的良好导体，因此与轨道连接的轨道电路将受到雷击的严重威胁。
2．铁路专用贯通电源多为架空线路，其暴露面广、线高、线路长，更是接受直击雷、感应雷的良好导体。因此，作为信号楼主供电源将受到雷击的严重威胁。
    3、铁路信号计算机联锁和ZPW2000自动闭塞、DMIS、CTC、和丁JWX-2000信号微机监测等与室外的信息采集对象和控制对象(道岔、信号机、轨道电路、网络终端等)通过传输电缆遍布全站、全线(区间)及远传各个终端，大量处于室外环境中，其信号传输线面广、线长、量大，又是长距离的大量串并联联接，它不仅接受直击雷、感应雷，还受电化区段电磁干扰、地电流、迷流等威胁，由于它集中引入信号楼内电子设备，因此，它是铁路信号防雷中最大量、最突出要解决的雷电防护问题。

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    4．我国铁路现场点多线长，所有的编组站和大部分车站信号楼都处于远离城市中心的雷电暴露环境中，信号楼附近往往伴有无线列调天线塔、大型灯光桥(架、塔)、多数未同步进行建筑物防雷改造，故雷击概率特别高。

三、铁路信号设备电磁环境恶劣
    1．铁路电化区段信号楼的二路电源为牵引变电所供电的接触网电源，其电源电压波动范围大，特别是在高坡区段及大牵引电流区段，因升降引起的电源中的不平衡、严重波形失真和尖峰脉冲、多次谐波干扰等，以及开关过电压、过电流等影响，给信号电子设备带来严重危害。
    2．铁路电化区段浪涌过电压、过电流电磁脉冲干扰：其一是牵引供电线路27．5KV、几百安培的高电压、大电流的电磁场影响；其二是电力机车升降弓时电弧幅射磁场影响；其三是电气开关电路动作时引起浪涌过电压、过电流电磁脉冲干扰等。
    3、  电力机车牵引电流(27．5KV／600A)的供电回路采用接触网、钢轨(大地)方式，  (牵引电网的瞬态过电压防护又是通过防雷保安器SPD装置接至钢轨一侧入大地)造成轨道电路不平衡传输及带来严重地过电压过电流侵袭，并常引起火灾发生(武当山车站火灾事故)。
    4．电源线、信号传输线交混布线时的交叉感染。铁路信号系统既有用于操作道岔、缓行器等大功率(高电压、大电流)设备的电源线(或轨道电路送端)，又有数据、指令等传输线，也有来自测速雷达或网络线的弱电信息，致使系统的防护限制电压等级繁多。而这些线路往往可能在同一机架上交混布线，再加上有净化线和未净化线混在一起相互交叉感染也给防护上增加了困难—。
四、雷电电磁脉冲干扰造成信号电子信息设备损坏和减少寿命
电子信息设备是集计算机技术与微电子技术于一体的产品，随着铁路大提速和电务跨越式发展，信号计算机联锁、ZPW2000自动闭塞、TJWX-2000信号微机监测及行车调度指挥信息化管理系统(DMIS、TMIS系统)等微电子、计算机设备的广泛应用，而它们对抗雷电电磁脉冲干扰的能力又非常脆弱，电磁兼容能力很差，在感应电磁脉冲及电化区段牵引电流引起的电磁脉冲干扰作用下，使信号电子信息系统长期处于恶劣的、缺少防范措施的电磁场干扰环境中，容易造成信号电子信息系统损坏或减少寿命(潜在性软故障)。
五、系统的基本原则和功能要求
1．铁路信号设备对雷电防护设备的基本要求
铁路信号设备是保证铁路运输效率和行车安全的重要设备，因此它对雷电防护设备要求很严格，对雷电防护设备的基本要求是：
    (1)在正常情况下，雷电防护设备(含防雷保安器，以下同)接入铁路信号设备后，不允许影响原设备的正常工作，不允许改变原设备的性能，例如输出功率、接收灵敏度、回路阻抗或频率特性等。在遭雷击时应保证铁路信号设备不出现危及行车安全的后果。而且，应尽量做到使信号设备不间断使用，以确保列车正常运行。
    (2)铁路信号电源设备的防雷保安器，不允许采用可导致续流短路的空气间隙、气体放电管等元件与电源线并联，也不宜单独采用易于劣化的压敏电阻器与电源线并联。
    (3)雷电防护设备的放电特性应与被防护的铁路信号设备绝缘耐压水平相匹配。要求雷电防护设备的“伏—秒”特性曲线应始终位于被防护设备的“伏—秒”特性曲线之下，并留有一定裕度，这样才能使信号设备得到可靠的防雷保护。
    (4)铁路信号设备采用多级雷电防护措施时，要保证各级雷电防护设备逐级工作，以达到有效抑制雷电过电压。通常前级多采用通流容量大、启动快的防雷保安器以使雷电能量大部分泄入大地，达到防护的目的。例如，室内信号设备的电源馈线雷电防护可分两级，前级防雷保安器宜装在室内外分界处，其通流容量大，称为粗防护，在靠近被保护设备处另设一级电源防护，称为中防护，在雷电侵入时，要保证粗防护、中防护逐级工作。
    2．信号电子信息系统雷电防护原则
    (1)电子信息的雷电防护必须按综合防雷系统的要求进行设计，坚持预防为主、安全第一的指导方针。为确保防雷的科学性和先进性，在设计前宜进行现场雷电环境评估。
    (2)电子信息系统的防雷应在认真调查地理条件、地质状况、土壤状况、气象条件、环境条件、雷电活动规律、雷击事故受损原因、系统设备的重要性、发生雷害后果的严重程度以及被保护物的特点等的基础上分别采取相应的防护措。
    (3)电子信息系统所在建筑物均应按《建筑物防雷设计规范》中的规定安装外部防雷装置。电子信息系统的防雷设计应坚持全面规划、综合治理、技术先进、优化设计、多重保护、经济合理、定期检测、随机维护的原则进行综合设计及维护。
    (4)电子信息系统的防雷应采用直击雷防护技术、等电位连接技术、屏蔽技术、合理布线技术、共用接地技术以及安装浪涌保护器技术等六大综合防护技术进行设计。
    (5)电子信息系统应根据所在地区的雷电等级、设备所在不同的雷电防护区以及系统对雷电电磁脉冲的抗干扰程度采取不同的防护措施。
3．功能要求

现代信号防雷体系是一项系统工程，通过整体防雷系统的实施，实现直击雷、感应雷和高电位反击的防护。对保护人民生命财产和信号电子信息系统的正常运用，保证铁路运输行车安全必将起到积极作用。

六、信号系统防雷解决方案
    1、系统整体防护铁路信号雷电防护是以信号楼外部防护、内部防护和设置防雷保安器相结合和建立在整体防护概念上的一个综合防护系统。

    如图1：铁路信号现代防雷整体概念图


                     图1
2．各项系统防护技术

   (1)直击雷防护


              图2、3
   (2)共地系统

     由信号地、电力地、通讯地联合构成共用接地线系统。


                  图4
(3)屏蔽
     通过车站信号机房改造成“法拉弟笼式”电磁屏蔽间的方式达到机房的屏蔽作用。

(4)等电位连接


                  图5
(5)分区、分级、分设备SPD防护
    A、分区
    按照TB/T3074-2003规定，应对建筑物需要进行保护的空间划分为不同的防雷区(LPZ)，
以确定各部分空间雷电电磁脉冲(LPMP)的严重程度和相应的防护对策。根据雷电电磁环境
的特征，可以将建筑物需要保护的空间由表及里地划分为不同的防雷区(LPZO-LPZN)，
在各个防雷区交界面上应设界面保护，使电磁场强度由外及内逐渐衰减变弱。

    根据铁路信号电气设备在信号机械室内所处空间位置的不同，其雷电电磁强度有很大差异。LPZ划分见图6“信号机械室防雷区划分示意图”。


                       图6 

B、分级

                       图7

    C、分设备

                       表1
八、结束语
铁路信号防雷系统是一项基础性、综合性、长期性的工作，多年来经过广大铁路信号工作者和防雷企业的共同努力和探索，在铁路信号系统采用了一些行之有效的防雷措施，并在实践过程中逐步形成了规范的防雷体系，铁路信号设备普遍遭受雷击的现象明显减少。在此过程中，中达电通股份有限公司在铁路信号系统防雷方面做出了自己的努力，在铁道信号系统防雷产品方面已经研究开发了几十个铁道专用品种，为铁道信号系统提供安全可靠的信号设备雷电及电磁兼容综合防护解决方案。

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