浅淡铁道信号设备防雷措施应用的重要性

王景达

【摘 要】秦电气化铁路发展至今，信号设备电子化程度大幅提高，采用了大量的电子设备，电子设备的元器件耐过电压和过电流的能力很低，很容易被雷击坏，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。

【关键词】铁路信号；防雷；安全；危害

雷电具有很大的破坏力和多种破坏作用，可以使铁路信号系统设备损坏或失效，影响列车运行的正常秩序，同时带来较大的直接和间接经济损失，直接影响大秦铁路的运输安全。本人曾经多次参加因雷电危害造成的现场信号设备故障抢修和疑难问题解决，深刻认识到防雷措施应用的重要性。我们铁路部门应积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，尽最大努力确保铁路运输生产安全。

1 雷电的产生和危害

1.1 雷电的产生

雷电的产生是由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。当正负电荷累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的闪电和响雷。

具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷会使云的内部或云与地之间形成强电场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。在闪电通道中，电流极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的声波振荡，这就是雷声。而对我们产生影响的，主要是近地的云团对地的放电，经统计，近地云团大多是负电荷，其场强最大可达20kV/m。

1.2 雷电的危害

雷电是一种大气中放电的现象，虽然放电作用时间短，但放电时产生数万伏至数十万伏冲击电压，放电电流可达几十到几十万安培，电弧温度也可达几千度以上，对建筑群中高耸的建筑物及尖形物、空旷区内孤立物体以及特别潮湿的建筑物、屋顶内金属结构的建筑物及露天放置的金属设备等有很大威胁，可能引起倒塌。起火等事故。雷暴可以使铁路信号系统设备损坏或失效，影响列车运行的正常秩序，同时带来较大的直接和间接经济损失。由雷暴造成的自然灾害被称为雷害，导致铁路信号系统雷害的有雷电直击（或称直击雷）和雷电感应（或称感应雷）。雷电直击是雷云直接通过地面物体放电并产生电效应、热效应和信号系统设备雷害的主要原因。雷电感应是雷电放电的强大电磁场在邻近铁路信号系统导线或系统设备内产生的电磁感应脉冲，该电磁感应脉冲产生的过电压和过电流幅值并不太高，但由于现代铁路信号系统设备采用了大量微电子设备，微电子设备耐过电压和过电流的能力很低，雷电感应引起的电磁感应脉冲可以造成雷害。雷电感应发生概率较大，一般雷电直击点周围半径1km左右都会产生雷电电磁脉冲。雷电感应是铁路信号设备防护的重点，因此，铁路信号防雷设备主要用来防止雷电感应造成的雷害。

2 防雷措施应用的重要性

据悉，进入汛期，由雷击造成铁路信号设备故障影响大秦铁路运输安全的现象较多。提高信号设备防雷标准，是减少雷害发生的根本。安装在铁路信号系统内的信号防雷设备必须保证信号系统的正常工作，在雷电电磁脉冲侵入时应能及时限制雷电压和将雷电流引导入地。

2.1 结合信号设备的分布特点及雷电攻击的途径分析，铁路信号设备雷电防护存在以下特点

（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）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。

（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。

（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 信号设备的防雷

（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。

（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。

（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。

铁路信号设备防雷原则是：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。

防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治——接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。

大秦铁路部门吸取了我国铁路信号防雷工作多年来的经验，并借鉴了国外铁路信号设备防雷方法，包含地网设置、屏蔽设置等综合防护技术措施，大大提高了信号设备防雷标准，进一步增强了设备防雷的可操作性并规定了防雷设计与施工资质管理、施工验收、质量责任、雷害处理、产品采购、检查测试等维护与管理方面的内容，基本形成了信号设备雷电综合防护框架。雷害发生的重点地区是微电子设备和微电子设备集中的区段。为防止汛期雷害损坏信号设备，相关部门将防雷工作列入今年专项整治内容，拨出专款用于防雷整治。发布因防雷设施维护或管理不当造成信号设备发生雷害必须追究管理单位责任的规定，铁路部门将继续建立防雷逐级负责制和雷害应急预案，明确雷电防护装置的设计、施工、维护和管理等单位及人员的责任，做到大秦铁路股份有限公司、电务段逐级负责，尽最大限度减少雷害对铁路运输生产的影响。

3 结束语

随着现代化科技飞速发展，铁路信号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，我们要继续努力加强铁路信号设备防雷工作，减少因雷害造成的铁路信号设备故障，更好的保障大秦铁路的运输安全。

【参考文献】

[1]林瑜筠，主编.铁路信号基础[M].北京，中国铁道出版社.2006.8.

[2]铁运.铁路信号设备雷电及电磁兼容综合防护实施指导意见（2006）26号[Z].

[3]铁道通信信号[Z].2007（10）出版日期，2007.10.

[4]郭建新，主编.安全技术与管理[M].北京，中国石化出版社，2008.4.

[责任编辑：王伟平]