驼峰信号设备区域防雷补强整治探讨

廖显生阳 晋

(1．广州铁路（集团）公司电务处，广州 510088；

2．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073)



驼峰信号设备区域防雷补强整治探讨

廖显生1阳 晋2

(1．广州铁路（集团）公司电务处，广州 510088；

2．北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100073)

摘要：近年来驼峰信号设备雷害故障发生较多、故障时间长，严重影响运输生产。深入分析驼峰信号雷害故障原因，提出有效的补强整治方案。

关键词：铁路信号；驼峰；防雷

Abstract:In recent years, normal transportation is affected seriously due to lots of hump signal equipment faults caused by lightning with long failure time. This paper analyzes the reasons of lightning faults and puts forward effective lightning protection solution.

Keywords:railway signal; hump; lightning protection

1　概述

2006至2008年管内驼峰信号设备已全部完成了综合防雷改造，驼峰信号雷害故障有所下降。但驼峰信号设备雷害还是时有发生，特别是近年来，随着驼峰信号控制系统的更新换代，设备微电子化、网络化，雷害故障又有了上升趋势。驼峰信号雷害故障损坏设备多、故障延时长，甚至造成系统瘫痪，对运输生产影响大。

2　驼峰信号设备雷害故障原因分析

通过对近年驼峰信号雷害分析，发现引起雷害发生的原因主要有以下几个方面。

2.1室外电缆外皮接地方式不合理

电缆外皮接地方式不合理，如：电缆不接地，电缆易感应雷电过电压，过电压通过电缆进入室内控制系统和室外设备（主要是雷达），造成设备损坏。

原苏联防雷理论书籍《通信设备对外界电磁场影响的防护》中对不同接地方式电缆感应雷电电压做了实测和对比分析，如表1所示。目前大部分驼峰室外电缆钢带接地方式为悬浮方式，电缆芯线上容易形成感应雷电高电压。

表1　不同接电方式电缆感应雷电电压对比

2.2室外设备防雷接地不良，雷电泄放不顺畅

目前，驼峰室外信号设备采用分散接地方式，接地电阻标准为小于10 Ω；室内设备采用综合接地系统，接地电阻标准为小于1 Ω。室外设备接地电阻高造成室外设备上的雷电不能迅速对地泄放，雷电高电压通过电缆通道进入室内，经接地良好的信号楼地网泄放，损坏室内外设备。

2.3驼峰控制系统遭雷电侵入，造成板卡接口损坏

驼峰控制系统的雷达、测长、踏板等设备（特别是雷达），容易遭受来自电缆通道的雷电侵入，引起系统设备板卡接口损坏。

2.4雷电地反击

如图1所示，雷电地电位反击是由于本地电位抬升与远地形成电位差，该电位差损坏设备有两个条件：本地电位升高、本地与远地有电气连接。驼峰信号楼旁的高大铁塔或避雷塔易遭受雷击，而其接地引下线与信号楼地网连接会造成本来不高的信号楼地网地位变得很高；而信号楼内的控制系统与地网有接地连接，同时控制系统在远端也有接地，这样就构成了地电位反击损坏设备的两个条件，从而发生设备损坏的情况。

2.5室外雷达防护方案不完善

雷电侵入雷达系统的途径有如下3种。

1）电源线侵入

驼峰雷达的供电电源线路穿越整个驼峰场地，供电线路长，由电源线路引入雷电过电压的几率大。

2）信号线侵入

与电源线路相似，驼峰雷达的信号及自检通道线路较长，在雷电发生过程中容易受到感应雷的影响。

3）接地系统的地电位反击

在雷达附近雷电流入地的过程中，会造成附近的地电位抬高，抬高的地电位与连接至雷达系统的线路远端的低电位形成电位差，从而造成设备损坏。

2.6电磁环境恶劣

驼峰雷达和减速器等室外设备处在驼峰场开阔区域，雷电电磁环境比较恶劣，这个区域的部分设备未在驼峰场高大金属构件滚球保护范围内。雷雨天气时，设备有可能遭受能量较大的直击雷或感应雷，损坏室外设备，烧损敷设的信号线缆等，同时线缆上的过电压会入侵到室内，造成室内设备损坏。

此类雷电过电压可导致处在LZP0A区的信号设备，如雷达设备的损坏。过电压沿与LZP0A区的信号设备相连接的电缆入侵到室内，导致室内控制模块的损坏。

2.7测长通道防雷模块因电气化干扰损坏

司法体制改革背景下新型检察权运行机制研究———以“一元属性、多元类型”的检察职能调整为视角…………徐程锦,张益刚

驼峰场两侧均有电气化铁路，牵引电流干扰会在其附近的金属线缆上感应出工频过电压，也可造成防雷模块的非正常损坏。

3　驼峰信号设备防雷补强整治方案

1）改善电缆钢带接地防护

通过《通信设备对外界电磁场影响的防护》的分析可以得出，电缆钢带采用双端多点接地时防护效果最好，考虑防止电气化铁路牵引电流干扰损坏设备，实际采用电缆单端接地或分段单端接地方式。同时电缆钢带接地接入驼峰场新设贯通地线或信号楼综合地网，接地电阻小于1 Ω，可以有效降低电缆芯线雷电感应。

2）避免通信铁塔或避雷塔接地与信号楼综合地网连接

雷电地反击损坏设备的两个条件中，确保控制系统或设备在没有接地或悬浮较难实现，可考虑最大可能避免近地点电位的抬升。可采用如下措施：

对于既有站，通信铁塔或避雷塔单独设置接地体，且与信号楼综合地网保证大于15 m；

对于新建站，可将信号楼设置于通信铁塔或避雷塔的直击雷防护半径内，同时通信铁塔和避雷塔设置单独接地体，且保证与信号楼综合地网距离大于15 m。

3）增设贯通地线

4）安装避雷塔

为解决驼峰场信号设备可能遭受直击雷的问题，在驼峰场室外信号设备集中区域、信号楼附近设置避雷塔。避雷塔设置位置及高度按照滚球半径计算如图2所示。避雷塔应注意避开线缆，满足标准对避雷塔与线缆地上和地下间距的要求。参考GB50057的要求，“独立接闪杆和架空接闪线或网的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的间隔，应按下列公式计算，但不得小于3 m。”

地上部分：

当hx＜5Ri时，Sa1≥0.4（Ri＋0.1hx）

当hx≥5Ri时，Sa1≥0.1（Ri＋hx）

地下部分：

Se1≥0.4Ri

式中：Sa1——空气中的间隔距离（m）；

Se1——地中的间隔距离（m）；

Ri——独立接闪杆、架空接闪线或网支柱处接地装置的冲击接地电阻（Ω）；

hx——被保护建筑物或计算点的高度（m）。

5）改进雷达雷电防护方案

从驼峰雷达雷电波入侵途径（线路来波和地电位反击）看，防护重点主要在雷达的电源线、信号线、自检线及等电位连接。在雷达箱内驼峰雷达的各端口配置相应的防雷器，如图3所示。

图3中，SPD1、SPD2、SPD3为具有低限制电压，响应时间和恢复时间都不超过100 ns的性能优异防雷器，通过上述SPD将雷达各端口的过电压限制在设备端口冲击耐受能力范围内。同时，考虑到雷达与雷达箱箱体绝缘，在箱内防雷器接地排与机箱内地排之间设置等电位连接器SPD4，既保证雷达与雷达箱隔离，又能达到雷达机壳与箱体的瞬态等电位。

6）测长设备电气化干扰防治

驼峰场两侧均有电气化铁路，牵引电流干扰会在其附件的金属线缆上感应出工频过电压，这种长期存在的过电压会造成信号设备损坏。为解决测长设备电气化干扰的问题，在驼峰场测长设备接线箱内加装隔离变压器，减少工频电压的影响。隔离变压器采用变比为1：1，工作频率与测长轨道电路工作频率相同的变压器。如娄底驼峰25 Hz测长轨道电路加装BCC4-10/25型隔离变压器后，干扰信号基本消除，且不影响测长轨道电路正常工作，如图4所示。

4　整治效果及建议

驼峰信号设备区域防雷补强整治的效果非常明显。2010年至2014年，对管内5个雷害较严重的驼峰场进行了整治，经过整治的驼峰场都没有发生雷害故障。而2014年2个没有整治的驼峰场都发生了严重的雷害故障。

建议改善驼峰自动化控制系统抗雷击能力的设计，新上驼峰系统应考虑驼峰测长、测速、测重及踏板等设备与系统的安全隔离措施；同时考虑系统板卡与分线盘间增加一级通道防雷，防止分线柜（盘）通道防雷器残压过高造成系统设备损坏。

参考文献

[1]中华人民共和国铁道部.TB/T3074-2003 铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2003.

[2]米•伊•米哈伊洛夫.通信设备对外界电磁场影响的防护[M].北京：人民邮电出版社，1983.

[3]中华人民共和国铁道部.铁运[2008]142号 铁路信号维护规则 技术标准[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[4]李俊娥.驼峰信号[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50057 建筑物防雷设计规范[S].北京：中国建设出版社，2008.

收稿日期：（2014-11-20）

DOI:10.3969/j.issn.1673-4440.2016.01.014