铁路通信系统雷电防护设计研究

董建腾

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

铁路通信系统处于户外环境中，当遇到雷雨天气时有可能遭遇雷击，对通信系统造成破坏。为消除潜在的危险因素，开展防雷电设计是很有必要的，可以提升系统运行安全水平。掌握铁路通信系统实际情况，制定出科学合理防护方案，有效应对雷电的破坏，强化通信系统建设，为铁路正常运行提供有力支持。

1 铁路站场雷电防护分析

对通信系统遭受雷电破坏情况进行分析，依据过电压和过电流的途径分为直击雷、感应雷和操作过电压三种。结合铁路站场通信系统遭受雷击的实际情况，对防护方案进行分析。

铁路站场设备具有数量多、类型杂的特点。根据雷电防护标准，通信楼避雷针应实现对整个区域的防护，保证通信楼安全性，保护通信设备免受雷击破坏。当雷雨云对大地放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在外的电源线、信号线等会产生感应雷击过电压，当其超过了设备的抗电强度时，设备就会发生损坏。雷电防护应坚持等电位原则，机房接地系统比较多，其冲击接地电阻不均衡，当发生雷击时，雷电流会引起地电位差，出现“地电位反击”，对铁路通信设备会产生破坏。

为了提高铁路站场通信系统的安全性，需根据实际情况设计完善防护方案，雷电防护系统包括避雷针、引下线和接地网，采取直击雷防护措施。为了强化雷电防护效果，应对车站内的传输系统、程控交换系统等进行多级综合防护，提升防护水平。站场防雷设备应遵循安全可靠、技术先进、经济性的原则，确保发挥出防雷电的作用，有效提升站场安全性，确保正常运行。

2 通信系统雷电防护设计

2.1 天馈系统防雷

天馈系统防雷，应严格满足规定。首先架空天线应设置在直击雷防护区内。在选择天馈线路浪涌保护器时，应考虑到设备工作频率、平均输出功率等，通过综合分析合理选择天馈线路浪涌保护器，保证达到理想效果。对通信设备相关参数进行分析，数字微波通信、站场广播机等系统的天馈线路，应选择符合要求的天馈电涌保护器，安装在规定位置上。采用波导管传输的天馈系统，应将波导管的金属外壁和天线架、波导管支撑架和天线反射器进行电气连通。

2.2 计算机网络系统防护

在以太网络服务器通信线路由器前及网控器的PSTN外线接入网线上，各安装符合要求的计算机网络通信电涌保护器，可以对服务器网络通信线路实现防雷保护。在网络交换机通信系统进线端安装计算机网络通信线电涌保护器，对设备网卡及通信线路进行防雷保护。网络间传输防护采用光纤，但应对光缆的金属护套进行接地。

2.3 电话通信系统防护

在有线话音通信系统与程控交换机连接的线路有电话外线上，分别安装电话通信线电涌保护器，实现对线路的保护。在重要会议室内外线、重要管理人办公室内外线、重要实验机构办公室内外线及区域值班室内线电话通信线上分别安装电话通信线电涌保护器，对电话通信线路进行防雷保护。

2.4 站场通信系统防护

在无线通信系统和站场电台主机连接的天线进线处分别安装馈线电涌保护器，要求SPD的参数应与系统主机参数相匹配，用于站场电台的防雷保护。

3 站场通信系统外部雷电防护设计

3.1 运用避雷针、避雷带、避雷网

根据现代雷电防护标准，对于直击雷防护应采用避雷针、避雷带、避雷网，将雷电流通过接地装置送入大地，达到防护目的。常用避雷装置都是采用金属导体，安装在建筑物的最高点，也就是容易遭受雷击的地方。天空发生雷电时，大地上因为静电感应作用，会带上和雷云相反的电荷，避雷装置都在建筑物最高点，与雷云距离比较近，和大地有良好的电气连接，所以有着相同的电位，使得避雷装置附近空间电场强度比较大，会将雷电吸引过来进行集中处理，同时降低了附近物体遭受雷击的概率，实现了很好的防护。在铁路站场内，雷电防护重点是通信系统设备，最直接、简单的方法就是安装避雷针，同时确定好安装的高度，可以避免直击雷破坏。

3.2 接地装置

接地极、接地极引线和接地母排共同组成了接地装置，将铁路站场通信系统和大地连接起来，实现电气连接的金属物体为接地极，包括人工接地极和自然接地极。接地母排可以作为参考点，将电气装置内需接地的部分和接地极连接起来，将电气装置内相关电位连接线互相连通，实现铁路信号综合楼内大件导电部分间的总等电位联结。接地极和接地母排之间的连接线为接地极引线。

4 站场通信系统内部雷电防护设计

随着站场通信系统建设的加快，信息化水平提升，使用的设备也随之增加，一旦发生雷击破坏，受影响范围会更大。雷电是大气层中的强电磁干扰源，为了有效防御雷击电磁脉冲，除了正确选择机房位置外，还要采用等电位连接、屏蔽及过压保护等措施。根据雷电流的“集肤效应”可以了解到，雷电流主要集中在有钢筋层的外墙，室内的磁场强度在电流流经的柱子附近为最大，所以计算机房应该设置在建筑物最中间的位置，同时应避开大楼外侧。电源系统应采用多级保护方式，逐级泄流，使残压限制在2倍额定电压值。采用连接导线将防雷装置和建筑物的金属装置、外来导线等连接起来，这样可以减小雷电流过时各金属器件之间的电位差。在安装过程中，保护装置应靠近被保护设备，保护元件两端采用双绞线，这样耦合回路面积会大大减少，有效降低了磁场耦合效应。铁路通信系统雷害具有不确定性、范围广等特点，所以应对通信系统进行全面防护，为通信系统稳定运行提供保障。

5 铁路通信系统雷电防护实施策略

5.1 制定设计方案

设计方案是开展雷电防护实施的重要参考依据，在制定之前应展开调查工作，对相关数据信息进行收集、整理、分析，保证设计方案的科学合理性。一方面要了解现有雷电防护措施，在此基础上完善，不断强化防雷效果。另一方面对雷害处理事故进行分析，明确经常发生雷害的注意事项，为设计方案制定提供参考，要体现出较强针对性，确保达到预期防雷效果。方案确定后要和现场情况进行对比，发现不相符合部分要作出调整，对方案进行优化，增强可行性，很好的落实下去。

5.2 成立专业队伍

为了保证避雷设备安装质量，必须由专业技术人员安装、负责。目前很多新型设备被应用雷电防护系统中，专业技术人员应积极学习提升自身技术水平，为安装工程顺利开展提供可靠保障。安装过程中，技术人员应协调配合严格按照规范要求执行，通过提前探讨并制定有效策略，保证雷电防护系统的有效性。

5.3 引入新技术、新设备

随着铁路通信系统的发展，传统雷电防护系统已经无法满足实际需求，因此应积极创新，引入新技术、新设备，更好地提升雷电防护水平。特别是容易发生雷电灾害的区域，要提高重视程度，对雷电防护系统进行优化。与此同时应对先进技术和设备不断改进完善，不断增强实际防护的效果，为创建出安全、稳定的通信系统环境，发挥出最大的作用。

6 结语

综上所述，雷电会对铁路通信系统造成严重的雷击风险，影响铁路通信系统的正常运行，应积极开展雷电防护研究，明确防护的重点，有效处理实际发生的问题，积极引入新技术、新设备，通过合理设计实现防护。从而提升通信系统安全性，实现铁路的稳定运行，推动国民经济的发展。