提高四线制道岔控制电路防雷能力的研究与设计

许 丽，旷文珍

(1.兰州交通大学自动化与电气工程学院， 兰州 730070；2.兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室， 兰州 730070)

提高四线制道岔控制电路防雷能力的研究与设计

许 丽1，旷文珍2

(1.兰州交通大学自动化与电气工程学院， 兰州 730070；2.兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室， 兰州 730070)

针对目前道岔控制电路不设防雷浪涌保护器的现状，以四线制道岔控制电路为例，提出加设浪涌保护器的构想及实施方案，采用失效模式与影响分析方法详细分析加设浪涌保护器对既有控制电路的影响，经过分析，该方案没有安全隐患，能大幅提升既有控制电路的防雷能力。

道岔控制电路；防雷 ；浪涌保护器；四线制

随着铁路运输日趋繁忙，加强信号设备的防雷工作迫在眉睫[1-3]。为此，原铁道部运输局专门组织起草了《铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见》。指导意见中对铁路信号设备室外“三大件”中的信号机、轨道电路的防雷做了详细的说明，并配有相应的防雷电路图；而对“三大件”中的道岔控制电路的防雷却只是粗略提及，没有给出具体的实施方案。在实际应用中，属同一防雷等级的信号机点灯电路中装设有浪涌保护器(Surge protective device 简称SPD)[4-6]，而道岔控制电路却没有装设SPD。两者承受同样雷击的风险，一个设了防护，而另外一个却没有。针对目前道岔控制电路防雷能力薄弱的问题，以四线制道岔控制电路为例，提出了加设SPD的构想及实施方案，并分析了该方案对道岔控制电路的影响。

1 四线制道岔控制电路的防雷器件的设置

依据《铁路信号设备用浪涌保护器》(TB/T 2311—2008)中相应的规定，参照信号机点灯电路的SPD的布设[7-8]，四线制道岔控制电路[9]SPD配置的电路原理如图1所示。与现有控制电路不同的是，图中的四线制道岔控制电路的X1、X2、X3、X4与地之间增加了纵向浪涌保护器，分别是SPD2、SPD1、SPD3、SPD4。这4个SPD均安装在现有的防雷分线柜中。

2 SPD失效模式分析

2.1 SPD构成元件的失效模式

各SPD均由1个氧化锌压敏电阻和1个陶瓷二极放电管组合而成[10-11]。根据文献[12]附录C中对浪涌抑制器失效模式的说明，压敏电阻及气体放电管的失效模式见表1 。

图1 四线制道岔控制电路SPD配置的电路原理

元件名称元件失效模式12345压敏电阻断路短路限制电压的增加限制电压的减小漏泄电流的增加气体放电管断路短路击穿电压的增加击穿电压的减小续流电流的增加

2.2 SPD的失效模式

参照表1，由氧化锌压敏电阻和陶瓷二极放电管组合起来的SPD失效模式有多种，SPD多种失效模式见表2。

表2 SPD失效模式

表2中组合的SPD失效模式分为3类：第1类为断路，等同于没有加设SPD，设备也就不具备防雷能力，但此类失效对设备的正常工作不会有任何影响；第2类为性能劣化失效，设备的防雷能力下降，但失效也不会影响设备的正常工作；第3类为短路，此类失效可能会影响设备的正常工作。

3 SPD失效对四线制道岔控制电路的影响

以上SPD的失效模式只有第3类会对设备的正常工作造成影响，所以仅分析由于SPD短路失效时对道岔控制电路的影响。

3.1 单个SPD短路失效影响分析

4个SPD( SPD1、 SPD2、SPD3、SPD4)中的任意一个短路失效，只会造成相应的线路对地绝缘不良，并不会影响四线制道岔控制电路的正常工作。

3.2 2个SPD同时短路失效影响分析

4个SPD中的任意2个同时短路失效，对应有6种情况，每种情况下四线制控制电路所受影响分析见表3。

表3 2个SPD同时短路失效对四线制道岔控制电路的影响

3.3 3个SPD同时短路失效影响分析

4个SPD中的任意3个同时短路失效，对应有4种情况。综合2个SPD同时短路失效的分析结果，3个SPD同时短路失效对四线制道岔控制电路的影响见表4。

表4 3个SPD同时短路失效对四线制道岔控制电路的影响

3.4 4个SPD同时短路失效影响分析

4个SPD( SPD1、 SPD2、SPD3、SPD4)全部同时短路失效时，会同时呈现表4中的所有故障，即会出现道岔失表示，且不能转换的故障。

3.5 SPD失效对道岔控制电路影响总结

4个SPD分别在4种短路失效情况下对四线制道岔控制电路的影响见表5。

表5 SPD短路失效对四线制道岔控制电路的影响

4 结论

经过全面分析，按照图1所示的方式在四线制道岔控制电路中增加浪涌保护器，且浪涌保护器采用1个氧化锌压敏电阻和1个陶瓷二极放电管串联组合而成，能有效提高既有道岔控制电路的雷电防护能力，而且不会新增安全隐患。该方案已于2011年在西安铁路局的汉阴站等多个车站得到使用，使用效果良好。

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Research on Improving Lightning Protection Ability of the Control Circuit for the Four-wire Switch

Xu Li1， Kuang Wenzhen2

(1.School of Automation & Electric Engineering; Lanzhou Jiaotong University; Lanzhou Gansu 730070， China； 2.Key Laboratory of Opto-Electronic Technology and Intelligent Control of the Ministry of Education， Lanzhou Jiaotong University， Lanzhou Gansu 730070， China)

In view of the current situation that the switch control circuit is not equipped with surge protective device， this paper puts forward in detail the conception and implementation of additional surge protective Devices， and the adoption of Failure Mode and Effects Analysis(FMEA) to analyze the influence of installing the devices on the existing control circuit. Analysis shows that the scheme can greatly improve the lightning protection capability of the existing control circuit without any hidden trouble．

Lightning protection; Surge protective device (SPD); Switch control Circuit; Four-wire

2014-04-16；

：2014-05-12

甘肃省青年科技基金计划项目(1308RJYA096)

许 丽(1980—)，女，讲师，2006年毕业于兰州交通大学交通信息工程及控制专业，工学硕士，E-mail：xuli800@mail.lzjtu.cn。

1004-2954(2014)10-0124-04

U284.26

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.10.030