铁路信号综合防雷系统质量可靠性剖析

摘 要：雷电击入地面杀伤力巨大，是大自然对人类生命财产构成灾害的一个重大威胁，每年因雷害造成损失不计其数，防止雷害工作是人们正常生产和正常生活的一大重要组成部分。通过分析合蚌客专铁路信号设备受雷电影响的原因，探讨改进加固措施。

关键词：雷电；防雷系统；故障原因；整改措施

中图分类号： S761.5 文献标识码： A 文章编号：

引言

随着信号设备电子化、集成化大幅普及，我们在享受先进设备带给我们便捷的同时也要积极防范雷击、电磁干扰等对信号设备的影响。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运输生产，所以加强信号设备防雷工作尤为重要。

一、合蚌客专铁路信号设备雷电防护分析

合蚌客专铁路地处我国南方地区, 雨季时间长, 雷害的几率很高。因此合蚌客专站场的通信信号设施必须实施综合防雷防护措施。铁路信号设备遭受雷击过电压和过电流的类型主要可分为直击雷、感应雷和传导雷。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有以下特点。

（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）客运专线及一些新建铁路广泛使用无砟道床、长大桥梁及隧道等技术，为了保证机车牵引回流及抗雷电过电流、过电压不对信号设备及人身造成威胁，需要采取措施保护道床、桥梁、隧道结构混凝土内部的预应力钢筋，增加钢轨接地或设法降低漏泄阻抗，满足良好的接地性能。

二、故障原因分析

1、由交流电源线进入

雷电冲击波侵入高压电线露传播到高压变压器,如果高压变压器未装避雷器或避雷器生效,雷电幅值又比较大时就会把变压器初、次级线圈间的绝缘击穿。有些雷电冲击波侵入的电压幅值不高，不足以动作高压避雷器或不足以击穿绝缘高压变压器侵入低压回路时，雷电冲击波还会以线圈间分布电容耦合的方式，侵入信号交流电源低压回路。

2、由信号电缆侵入

信号设备中的信号机点灯电路、轨道电路和道岔控制电路均是通过电缆把室内、外的设备连接起来。雷电过电压从这些电缆侵入，并沿电缆传输进入设备，当电缆附近的大地受雷击时，电缆护套可能被击穿，雷电流直接侵入芯线或沿电缆铠装流动，对芯线产生较高的感应过电压。同时，当同一根电缆的某一芯线生产有过压时，其他芯线也生产感应电压。另外，电缆外部如果绝缘不好，电缆芯线将感应出不同电压，使电缆芯线间雷电感应电压不平横，形成外加电压击损设备。

3、由轨道电路侵入

轨道电路虽然安装在铺有钢筋混凝土的轨枕上，但是由于轨道电路较长，又有泄漏和电容，并且都是均匀分布；钢轨本身又有一定的电子，当雷电袭击时不能立即泄放掉，雷电波将传送一段距离，侵入传输到轨道电路器材造成损坏。另外，当雷击点距离信号设备较近时，由于雷击电流造成雷击点大地电位上升并波及到信号设备，使设备产生闪烁或击穿。

三、故障要因确认

1、不了解防雷元件性能

尽管管内防雷元件很多，有压敏电阻、防雷匹配单元、防雷变压器和多级集成滤波防雷组合，而且随着防雷技术发展，防雷元件种类也在不断更新。但是今年对项目部的全体职工进行的关于信号设备防雷知识的考试后，理论考试项目部10个人全部达到90分以上；实作考试是测试防雷元件，安装防雷元件，项目部10人全部测试、安装正确。

2、防雷元件测试程序不完善

对防雷元件的测试工作，从时间上、测试方法上作了详细的规定，并制订了一套完善的测试程序。施工项目部每年12月都是按照规定对防雷元件进行测试，发现不良的防雷元件立即进行更换；于次年1月份进行防雷元件安装完毕，确保在雷雨天气来之前起到防雷击的作用。在每次发生雷击故障后，对相关设备的防雷元件进行测试，确保防雷元件的完好。

3、室外设备接地线不良

由于项目部所管施工范围是强雷区，自2011年后，合蚌客专全线施工开始即重点检查了站前单位所敷设贯通地线的接地情况。由于站前单位施工标准有差异，虽然ZPW2000A轨道电路调谐匹配单元、空心线圈均装有防雷单元，但因部分地段贯通地线被偷盗断开、未连通、接触不好等原因，根本没有起到防雷的作用。同时，信号机械室天网、地网及法拉第笼等尚未完善，防雷地线、安全地线、屏蔽地线、计算机逻辑地线入地接触不良不稳且相互间隔不足20米、雷电侵入时互相感应。在我们进行故障统计中发现由于防雷单元接地线因贯通地线未接好，室内地线不良而遭雷害的故障率很高年平均达5件，约占雷害故障总数32%。

结论：室内外设备接地线不良是主要原因。

4、箱盒内有水汽，绝缘不良

由于某些原因对信号设备检修次数的减少，在较长一段时间没有检查到的箱盒，我们发现有相当部分箱盒内有水汽，使整个箱盒内电器绝缘性能下降，也使得防雷元件受潮后防雷性能的下降。露圩站是多雷区，虽然我们每次对此类箱盒内的防雷元件进行测试时，发现其电气特性有所下降，但没有因此而发生雷击故障。

5、防雷元件质量差，防雷效果差

信号设备防雷元件在室内、外都有安装。在室内主要是对外电网电源输入部分、与室外设备通过进行电缆连接的部分进行防护。外电网电源输入防雷采用了LBH-1电源防雷开关箱进行三级防雷；与室外设备联接部分采用GFL1-K818型防雷分线柜、ZPW2000A综合柜等进行防护。室外设备部分主要是轨道电路防雷，调谐匹配单元上并接ZPW.ULG2型防雷单元，空芯线圈上串联ZPW.ULG型防雷单元进行防护。在使用过程中发现在发生雷击故障后，有些防雷元件却完好无损，信号设备被打坏，没有起到防雷的作用；有些防雷元件是在使用过程中由于性能的下降而影响信号设备的正常使用。此类故障占雷害故障的46%。结论：防雷元件质量差是主要原因。

四、总结主要原因及对策

（1）针对室内外设备接地不良容易感应雷电泄放通道不畅情况；采取标准安装接地线、分线盘室外电缆安装防雷，因为安全地线耐雷电冲击，防雷变压器能起到很好的防雷作用，具体措施：①对管内设备进行调查；②对未安装地线的防雷变压器接加装接地线；③对接地安装不合要求的，进行更换；④室内继电器组合架、控制台、电源屏、分线盘等外壳铁架用6MM铜线连接好，电缆加装防雷。

（2）针对防雷元件质量差防雷效果差情况；采取更换质量好的防雷元件，提高防雷元件的防雷能力，具体措施：①更换不良的防雷元件；②更换质量好的新型防雷元件产品；③引进新的多级集成防雷元件防大雷电浪涌。

（3）针对防雷元件安装不符合要求问题，采取重新安装防雷元件，使得防雷元件的安装达到部颁标准，具体措施：①更换不符合标准的防雷元件连接线；②重新安装安装位置不符合标准的防雷元件；③室外电缆安装防雷。

五、巩固措施

（1）加强对信号设备防雷地线的整治工作，没有安装接地线或接地体安装不良的设备防雷元件进行彻底的整治，并积极学习防雷知识，提高防雷工艺。

（2）加强防雷元件的测试、检查工作，确保防雷元件电气特性保持良好；积极引进高技术、高质量的防雷元件，从根本上提高信号设备防雷系统的质量。

（3）通过微机监测报表，站间透明远程监测报表分析联锁设备电气特性变化，确认是否与防雷元件使用、安装工作的质量有关，在安装完毕后工长、技术员进行检查，发现有错及时地整改，确保达到防雷效果。

（4）针对发生的信号设备雷害故障，深入组织分析，挖出遗漏，研究解决办法，进一步完善提高信号设备防雷系统的质量。

结束语

铁路信号设备点多面广，设备本身属于低压电气联锁系统或微电子网络控制设备，其绝缘耐压程度较低，雷击发生时，雷击放电诱发雷击电磁脉冲过电压和过电流，经站场电源系统、通信信号传输通道、接地系统及建筑物直击雷防护系统，通过传导、感应的方式损坏站内通信信号设备及网络通信设备，造成设备的损坏或误动，威胁铁路运输安全生产，对铁路提速、提高运能乃至提高效益构成很大障碍。因此，信号设备的雷电防护具有重要意义。

参考文献

[1]钟爱萍.浅谈铁路信号综合防雷施工[J].工程科技.2009

[2]陈爱全.铁路信号设备的雷电防护[J].河北能源职业技术学院学报.2009