铁路轨道衡设备综合防雷技术应用研究

朱纲

摘 要：本研究通过调查、分析轨道衡设备的雷害成因和现有防雷措施，根据相关防雷规范，采用适应轨道衡设备特点的雷电防护技术，对轨道衡设备进行有效的雷电保护。

关键词：防雷；计量；轨道衡设备；货运安全

前言

铁路轨道衡是铁路车辆整车称重设备，在保证铁路运输货物准确计量的同时，也是铁路货物运输卡控货物超载的重要技术手段，在铁路运输安全方面发挥着巨大的作用。

轨道衡由室内设备和室外设备组成，室外设备直接安装于露天，设有室内设备的轨道衡站房大多处于空旷暴露场所，均易遭雷击侵害。由于目前国家及铁路行业尚未对其制定专门的防雷规范，设备普遍存在防雷措施不严密的情况。根据维护部门的报告，每年都有多起轨道衡遭雷击致设备损坏的情况发生，严重影响铁路轨道衡的准确计量、安全卡控功能，也加重轨道衡的维护成本。因此，对雷电侵入轨道衡设备的途径进行全面分析，进而应用现代防雷技术，进行系统、完善的综合防雷设计并加以应用非常必要。

1 现状

1.1 技术现状

经分析，目前铁路轨道衡设备雷电和其它电磁脉冲防护方面的缺陷，主要在以下几个方面：无外部防雷装置、内部防雷措施简陋、电磁环境恶劣、综合布线系统凌乱、无联合接地。

1.2 规范现状

目前，铁路行业还没有专门针对轨道衡制定相关的防雷技术标准和规范；本研究依据的规范是《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）和原铁道部公布的有关通用设备防雷文件及标准。

2 研究过程

根据轨道衡维护部门提供的设备遭受雷击损坏频率及修复情况，通过逐步分析探讨，从采取简单的屏蔽接地到采用信号防雷单元ZFD-18，到最终实施的包含电源防护、传输采集线路防护、接地系统、天网系统、电子组合防雷单元、专用线路防雷器、雷击计数单元等全面、综合、系统防雷保护。

2.1 雷电侵入轨道衡设备的途径分析

雷电对电子信息设备的危害有三种形式的过电压（过电流）：直接雷击、感应雷击以及雷电反击。其中感应雷由静电感应产生，也可由电磁感应产生。从轨道衡现场应用环境来看，由于其上端有接触网和吸上线的存在，系统部件大部分可以置放在屏蔽铁盒内，客观上起到了天网和屏蔽的作用。因此，轨道衡系统主要需要防护的是感应雷和牵引回流对采集、露天设备的影响。此外大部分信号传输线、电源线敷设于电缆沟中，同时电力部门在电源线前端设有防雷保护，上述线缆遭受直接雷击的概率也较小。而感应雷过电压形成的机率则很高，按国外资料统计，感应雷电波侵入占信息类设备雷击事故原因的85%；按国内信息自动化系统资料统计，感应雷电波侵入占自动化系统雷击事故原因的96%。根据我局铁路轨道衡遭雷击事故统计，绝大部分事故均由感应雷引起。因此，轨道衡防雷工作重点是防止感应雷入侵。

入侵轨道衡系统的雷电过电压过电流主要有以下三个途径：（1）由交流电源供电线路入侵；（2）由轨道衡通信线路入侵；（3）地电位反击电压通过接地体入侵。

2.2 轨道衡设备防雷技术应用方案的设计原则和技术重点

2.2.1 雷电防护的基本原则

（1）系统防护原则。对设备采取系统的雷电防护方法，即外部防雷和内部防雷相结合。外部防雷的作用是防直接雷击，对设备所在构筑物以及可能遭受直击雷的部件设置接闪器、引下线和接地装置，防止或减轻直击雷对构筑物和设备部件的侵袭和损坏；内部防雷的作用是防感应雷击和地电位反击，通过过电压保护、等电位连接、屏蔽、合理布线等方法，防止或减轻感应雷过电压、地电位反击对设备的侵入，以及雷电感应形成。（2）多级防护原则。对设备设置的雷电过电压的限压泄流保护，仅有一级防护不足以将过电压限制在安全范围内，需要相关线路的机房进线处、接线端口处等部位设置多级防护，才能有效地限制过电压。（3）概率防护原则。雷电放电本身就有一定的随机性，雷电参数有一定的统计性质；防雷装置不能阻止雷闪的形成；防雷器件不能完全抑制所有过电压和过电流；对于发生概率很小的高水平浪涌，其防护的费用急剧上升。

2.2.2 轨道衡设备防雷方案设计原则和技术重点

依据雷电防护的基本原则，轨道衡设备的雷电防护应从系统、多级的角度，结合设备自身特点及经济性进行综合防御，即为设备提供高效的接闪体，安全引导雷电流入地；完善低电阻地网，清除地面回路；配置多级电源浪涌冲击防护以及信号数据线电压瞬变防护，达到以下要求。

（1）雷电保护器应与轨道衡设备相容；（2）所采用的防护器件应有低阻抗，将冲击电流直接导入大地而不产生高于设备耐受能力的冲击电位差；（3）防护器件应有较高的承受冲击能量的能力，具有符合规范的接地系统；（4）兼顾直击雷和感应雷的综合防护，同时需要考虑对铁路高压接触网及机车牵引回流的防护；（5）改善轨道衡设备所处的电磁环境，按照相关规范设置或完善接闪、引下线、接地装置、屏蔽装置和等电位连接。（6）对轨道衡设备的电源系统、信号系统分别进行多级综合防护，至少应采取泄流型SPD和限压型SPD进行前后两级防护；电源线和通信线应在LPZ0与LPZ1、LPZ1与LPZ2区交界处，以及终端设备的前端根据IEC1312安装上OBO之不同类别的电源类SPD，以及通信类SPD。（7）在防雷工程设计中，采取就大不就小原则，应考虑雷直击机房时的危害进行防护设计。轨道衡站（房）应按国家标准划为第三类建筑物进行直击雷防护设计。（8）在多层建筑物中，高楼层雷电电磁场分布比低楼层的强。因此，对于高层建筑物中轨道衡机房不宜设计在建筑物顶层，如因条件限制需要设计在建筑物顶层时，必须做好雷电电磁脉冲的屏蔽工作。（9）雷击机房时，靠近雷击点最近引下线的分流作用最强，其它次之。各分支雷电流产生的电磁场进行叠加，使得机房内的电磁场分布具有不规则性。但是离引下线越近的位置，其感应磁场也越大。因此，在布置轨道衡机房内电子设备时，应远离引下线布置。（10）要减小机房内电磁环境对机房设备带来的影响，衰減进入机房的电磁脉冲强度是最基本有效的方法。因此，在防雷工程中，需要重视并加强电磁屏蔽的作用。（11）尽可能减小线路环路面积、缩短接地线长度、进行全面等电位连接，使机房内部金属构件形成等电位，减小电势差。

2.3 依据方案建立轨道衡防雷样板试点

根据设计的轨道衡防雷技术应用方案，按照“统筹规划、整体设计、合理配置、安全高效”的原则，对武昌东站轨道衡站房进行雷电综合防护，从建筑物防雷接地、电磁屏蔽、等电位连接、综合布线及安装电源、信号系统SPD等五个方面采取防护措施。

根据原有防雷设施情况，对武昌东站轨道衡站房防雷系统的主要技术措施为：（1）建设接地网，接地电阻小于1欧。（2）避雷网、避雷带改造。（3）进行有效的等电位连接。（4）电源系统防雷防护。（5）室外传感器传输线雷电防护。（6）室内设备的电磁防护。（7）合理布线。

方案实施后，经维护部门统计，该设备2014年仅在梅雨季节就遭受雷击20余次，未出现任何故障，方案的防护效果明显。

3 结束语

国内目前对于轨道衡设备的防雷安全措施的研究刚起步，本研究就轨道衡设备雷电感应电磁环境进行分析，对其危害及防护措施展开研究，并提出了轨道衡系统设备的综合防护措施，并予实施应用。通过近三年的实际应用，防护方案在实用性、可靠性、经济性等方面均得到检验，防雷效果突出，具备推广应用价值。

参考文献

[1]GB 50057-1994.建筑物防雷设计规范[S].

[2]GB 50343-2004.建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].

[3]铁路通信设备雷电综合防护实施指导意见[Z].

[4]铁路通信信号箱式机房技术条件（暂行）[Z].

[5]YD 5098-2005.通信局（站）防雷与接地工程设计规范[S].

[6]YD/T 5040-2005.通信电源设备安装工程设计规范[S].

[7]TB/T 2311-2008.铁路信号设备用浪涌保护器[S].