鐵路軌道衡設(shè)備綜合防雷技術(shù)應(yīng)用研究

朱綱

摘 要：本研究通過調(diào)查、分析軌道衡設(shè)備的雷害成因和現(xiàn)有防雷措施，根據(jù)相關(guān)防雷規(guī)范，采用適應(yīng)軌道衡設(shè)備特點的雷電防護技術(shù)，對軌道衡設(shè)備進行有效的雷電保護。

關(guān)鍵詞：防雷；計量；軌道衡設(shè)備；貨運安全

前言

鐵路軌道衡是鐵路車輛整車稱重設(shè)備，在保證鐵路運輸貨物準(zhǔn)確計量的同時，也是鐵路貨物運輸卡控貨物超載的重要技術(shù)手段，在鐵路運輸安全方面發(fā)揮著巨大的作用。

軌道衡由室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備組成，室外設(shè)備直接安裝于露天，設(shè)有室內(nèi)設(shè)備的軌道衡站房大多處于空曠暴露場所，均易遭雷擊侵害。由于目前國家及鐵路行業(yè)尚未對其制定專門的防雷規(guī)范，設(shè)備普遍存在防雷措施不嚴(yán)密的情況。根據(jù)維護部門的報告，每年都有多起軌道衡遭雷擊致設(shè)備損壞的情況發(fā)生，嚴(yán)重影響鐵路軌道衡的準(zhǔn)確計量、安全卡控功能，也加重軌道衡的維護成本。因此，對雷電侵入軌道衡設(shè)備的途徑進行全面分析，進而應(yīng)用現(xiàn)代防雷技術(shù)，進行系統(tǒng)、完善的綜合防雷設(shè)計并加以應(yīng)用非常必要。

1 現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)現(xiàn)狀

經(jīng)分析，目前鐵路軌道衡設(shè)備雷電和其它電磁脈沖防護方面的缺陷，主要在以下幾個方面：無外部防雷裝置、內(nèi)部防雷措施簡陋、電磁環(huán)境惡劣、綜合布線系統(tǒng)凌亂、無聯(lián)合接地。

1.2 規(guī)范現(xiàn)狀

目前，鐵路行業(yè)還沒有專門針對軌道衡制定相關(guān)的防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；本研究依據(jù)的規(guī)范是《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-94）和原鐵道部公布的有關(guān)通用設(shè)備防雷文件及標(biāo)準(zhǔn)。

2 研究過程

根據(jù)軌道衡維護部門提供的設(shè)備遭受雷擊損壞頻率及修復(fù)情況，通過逐步分析探討，從采取簡單的屏蔽接地到采用信號防雷單元ZFD-18，到最終實施的包含電源防護、傳輸采集線路防護、接地系統(tǒng)、天網(wǎng)系統(tǒng)、電子組合防雷單元、專用線路防雷器、雷擊計數(shù)單元等全面、綜合、系統(tǒng)防雷保護。

2.1 雷電侵入軌道衡設(shè)備的途徑分析

雷電對電子信息設(shè)備的危害有三種形式的過電壓（過電流）：直接雷擊、感應(yīng)雷擊以及雷電反擊。其中感應(yīng)雷由靜電感應(yīng)產(chǎn)生，也可由電磁感應(yīng)產(chǎn)生。從軌道衡現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境來看，由于其上端有接觸網(wǎng)和吸上線的存在，系統(tǒng)部件大部分可以置放在屏蔽鐵盒內(nèi)，客觀上起到了天網(wǎng)和屏蔽的作用。因此，軌道衡系統(tǒng)主要需要防護的是感應(yīng)雷和牽引回流對采集、露天設(shè)備的影響。此外大部分信號傳輸線、電源線敷設(shè)于電纜溝中，同時電力部門在電源線前端設(shè)有防雷保護，上述線纜遭受直接雷擊的概率也較小。而感應(yīng)雷過電壓形成的機率則很高，按國外資料統(tǒng)計，感應(yīng)雷電波侵入占信息類設(shè)備雷擊事故原因的85%；按國內(nèi)信息自動化系統(tǒng)資料統(tǒng)計，感應(yīng)雷電波侵入占自動化系統(tǒng)雷擊事故原因的96%。根據(jù)我局鐵路軌道衡遭雷擊事故統(tǒng)計，絕大部分事故均由感應(yīng)雷引起。因此，軌道衡防雷工作重點是防止感應(yīng)雷入侵。

入侵軌道衡系統(tǒng)的雷電過電壓過電流主要有以下三個途徑：（1）由交流電源供電線路入侵；（2）由軌道衡通信線路入侵；（3）地電位反擊電壓通過接地體入侵。

2.2 軌道衡設(shè)備防雷技術(shù)應(yīng)用方案的設(shè)計原則和技術(shù)重點

2.2.1 雷電防護的基本原則

（1）系統(tǒng)防護原則。對設(shè)備采取系統(tǒng)的雷電防護方法，即外部防雷和內(nèi)部防雷相結(jié)合。外部防雷的作用是防直接雷擊，對設(shè)備所在構(gòu)筑物以及可能遭受直擊雷的部件設(shè)置接閃器、引下線和接地裝置，防止或減輕直擊雷對構(gòu)筑物和設(shè)備部件的侵襲和損壞；內(nèi)部防雷的作用是防感應(yīng)雷擊和地電位反擊，通過過電壓保護、等電位連接、屏蔽、合理布線等方法，防止或減輕感應(yīng)雷過電壓、地電位反擊對設(shè)備的侵入，以及雷電感應(yīng)形成。（2）多級防護原則。對設(shè)備設(shè)置的雷電過電壓的限壓泄流保護，僅有一級防護不足以將過電壓限制在安全范圍內(nèi)，需要相關(guān)線路的機房進線處、接線端口處等部位設(shè)置多級防護，才能有效地限制過電壓。（3）概率防護原則。雷電放電本身就有一定的隨機性，雷電參數(shù)有一定的統(tǒng)計性質(zhì)；防雷裝置不能阻止雷閃的形成；防雷器件不能完全抑制所有過電壓和過電流；對于發(fā)生概率很小的高水平浪涌，其防護的費用急劇上升。

2.2.2 軌道衡設(shè)備防雷方案設(shè)計原則和技術(shù)重點

依據(jù)雷電防護的基本原則，軌道衡設(shè)備的雷電防護應(yīng)從系統(tǒng)、多級的角度，結(jié)合設(shè)備自身特點及經(jīng)濟性進行綜合防御，即為設(shè)備提供高效的接閃體，安全引導(dǎo)雷電流入地；完善低電阻地網(wǎng)，清除地面回路；配置多級電源浪涌沖擊防護以及信號數(shù)據(jù)線電壓瞬變防護，達到以下要求。

（1）雷電保護器應(yīng)與軌道衡設(shè)備相容；（2）所采用的防護器件應(yīng)有低阻抗，將沖擊電流直接導(dǎo)入大地而不產(chǎn)生高于設(shè)備耐受能力的沖擊電位差；（3）防護器件應(yīng)有較高的承受沖擊能量的能力，具有符合規(guī)范的接地系統(tǒng)；（4）兼顧直擊雷和感應(yīng)雷的綜合防護，同時需要考慮對鐵路高壓接觸網(wǎng)及機車牽引回流的防護；（5）改善軌道衡設(shè)備所處的電磁環(huán)境，按照相關(guān)規(guī)范設(shè)置或完善接閃、引下線、接地裝置、屏蔽裝置和等電位連接。（6）對軌道衡設(shè)備的電源系統(tǒng)、信號系統(tǒng)分別進行多級綜合防護，至少應(yīng)采取泄流型SPD和限壓型SPD進行前后兩級防護；電源線和通信線應(yīng)在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)IEC1312安裝上OBO之不同類別的電源類SPD，以及通信類SPD。（7）在防雷工程設(shè)計中，采取就大不就小原則，應(yīng)考慮雷直擊機房時的危害進行防護設(shè)計。軌道衡站（房）應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)劃為第三類建筑物進行直擊雷防護設(shè)計。（8）在多層建筑物中，高樓層雷電電磁場分布比低樓層的強。因此，對于高層建筑物中軌道衡機房不宜設(shè)計在建筑物頂層，如因條件限制需要設(shè)計在建筑物頂層時，必須做好雷電電磁脈沖的屏蔽工作。（9）雷擊機房時，靠近雷擊點最近引下線的分流作用最強，其它次之。各分支雷電流產(chǎn)生的電磁場進行疊加，使得機房內(nèi)的電磁場分布具有不規(guī)則性。但是離引下線越近的位置，其感應(yīng)磁場也越大。因此，在布置軌道衡機房內(nèi)電子設(shè)備時，應(yīng)遠(yuǎn)離引下線布置。（10）要減小機房內(nèi)電磁環(huán)境對機房設(shè)備帶來的影響，衰減進入機房的電磁脈沖強度是最基本有效的方法。因此，在防雷工程中，需要重視并加強電磁屏蔽的作用。（11）盡可能減小線路環(huán)路面積、縮短接地線長度、進行全面等電位連接，使機房內(nèi)部金屬構(gòu)件形成等電位，減小電勢差。

2.3 依據(jù)方案建立軌道衡防雷樣板試點

根據(jù)設(shè)計的軌道衡防雷技術(shù)應(yīng)用方案，按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、整體設(shè)計、合理配置、安全高效”的原則，對武昌東站軌道衡站房進行雷電綜合防護，從建筑物防雷接地、電磁屏蔽、等電位連接、綜合布線及安裝電源、信號系統(tǒng)SPD等五個方面采取防護措施。

根據(jù)原有防雷設(shè)施情況，對武昌東站軌道衡站房防雷系統(tǒng)的主要技術(shù)措施為：（1）建設(shè)接地網(wǎng)，接地電阻小于1歐。（2）避雷網(wǎng)、避雷帶改造。（3）進行有效的等電位連接。（4）電源系統(tǒng)防雷防護。（5）室外傳感器傳輸線雷電防護。（6）室內(nèi)設(shè)備的電磁防護。（7）合理布線。

方案實施后，經(jīng)維護部門統(tǒng)計，該設(shè)備2014年僅在梅雨季節(jié)就遭受雷擊20余次，未出現(xiàn)任何故障，方案的防護效果明顯。

3 結(jié)束語

國內(nèi)目前對于軌道衡設(shè)備的防雷安全措施的研究剛起步，本研究就軌道衡設(shè)備雷電感應(yīng)電磁環(huán)境進行分析，對其危害及防護措施展開研究，并提出了軌道衡系統(tǒng)設(shè)備的綜合防護措施，并予實施應(yīng)用。通過近三年的實際應(yīng)用，防護方案在實用性、可靠性、經(jīng)濟性等方面均得到檢驗，防雷效果突出，具備推廣應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]GB 50057-1994.建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50343-2004.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[3]鐵路通信設(shè)備雷電綜合防護實施指導(dǎo)意見[Z].

[4]鐵路通信信號箱式機房技術(shù)條件（暫行）[Z].

[5]YD 5098-2005.通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范[S].

[6]YD/T 5040-2005.通信電源設(shè)備安裝工程設(shè)計規(guī)范[S].

[7]TB/T 2311-2008.鐵路信號設(shè)備用浪涌保護器[S].