鐵路軌道衡設備綜合防雷技術應用研究

朱綱

摘 要：本研究通過調查、分析軌道衡設備的雷害成因和現有防雷措施，根據相關防雷規范，采用適應軌道衡設備特點的雷電防護技術，對軌道衡設備進行有效的雷電保護。

關鍵詞：防雷；計量；軌道衡設備；貨運安全

前言

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

軌道衡由室內設備和室外設備組成，室外設備直接安裝于露天，設有室內設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尚未對其制定專門的防雷規范，設備普遍存在防雷措施不嚴密的情況。根據維護部門的報告，每年都有多起軌道衡遭雷擊致設備損壞的情況發生，嚴重影響鐵路軌道衡的準確計量、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備的途徑進行全面分析，進而應用現代防雷技術，進行系統、完善的綜合防雷設計并加以應用非常必要。

1 現狀

1.1 技術現狀

經分析，目前鐵路軌道衡設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、內部防雷措施簡陋、電磁環境惡劣、綜合布線系統凌亂、無聯合接地。

1.2 規范現狀

目前，鐵路行業還沒有專門針對軌道衡制定相關的防雷技術標準和規范；本研究依據的規范是《建筑物防雷設計規范》（GB50057-94）和原鐵道部公布的有關通用設備防雷文件及標準。

2 研究過程

根據軌道衡維護部門提供的設備遭受雷擊損壞頻率及修復情況，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、天網系統、電子組合防雷單元、專用線路防雷器、雷擊計數單元等全面、綜合、系統防雷保護。

2.1 雷電侵入軌道衡設備的途徑分析

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

入侵軌道衡系統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 軌道衡設備防雷技術應用方案的設計原則和技術重點

2.2.1 雷電防護的基本原則

（1）系統防護原則。對設備采取系統的雷電防護方法，即外部防雷和內部防雷相結合。外部防雷的作用是防直接雷擊，對設備所在構筑物以及可能遭受直擊雷的部件設置接閃器、引下線和接地裝置，防止或減輕直擊雷對構筑物和設備部件的侵襲和損壞；內部防雷的作用是防感應雷擊和地電位反擊，通過過電壓保護、等電位連接、屏蔽、合理布線等方法，防止或減輕感應雷過電壓、地電位反擊對設備的侵入，以及雷電感應形成。（2）多級防護原則。對設備設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，需要相關線路的機房進線處、接線端口處等部位設置多級防護，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，雷電參數有一定的統計性質；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 軌道衡設備防雷方案設計原則和技術重點

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

（1）雷電保護器應與軌道衡設備相容；（2）所采用的防護器件應有低阻抗，將沖擊電流直接導入大地而不產生高于設備耐受能力的沖擊電位差；（3）防護器件應有較高的承受沖擊能量的能力，具有符合規范的接地系統；（4）兼顧直擊雷和感應雷的綜合防護，同時需要考慮對鐵路高壓接觸網及機車牽引回流的防護；（5）改善軌道衡設備所處的電磁環境，按照相關規范設置或完善接閃、引下線、接地裝置、屏蔽裝置和等電位連接。（6）對軌道衡設備的電源系統、信號系統分別進行多級綜合防護，至少應采取泄流型SPD和限壓型SPD進行前后兩級防護；電源線和通信線應在LPZ0與LPZ1、LPZ1與LPZ2區交界處，以及終端設備的前端根據IEC1312安裝上OBO之不同類別的電源類SPD，以及通信類SPD。（7）在防雷工程設計中，采取就大不就小原則，應考慮雷直擊機房時的危害進行防護設計。軌道衡站（房）應按國家標準劃為第三類建筑物進行直擊雷防護設計。（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計在建筑物頂層，如因條件限制需要設計在建筑物頂層時，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。各分支雷電流產生的電磁場進行疊加，使得機房內的電磁場分布具有不規則性。但是離引下線越近的位置，其感應磁場也越大。因此，在布置軌道衡機房內電子設備時，應遠離引下線布置。（10）要減小機房內電磁環境對機房設備帶來的影響，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）盡可能減小線路環路面積、縮短接地線長度、進行全面等電位連接，使機房內部金屬構件形成等電位，減小電勢差。

2.3 依據方案建立軌道衡防雷樣板試點

根據設計的軌道衡防雷技術應用方案，按照“統籌規劃、整體設計、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SPD等五個方面采取防護措施。

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

方案實施后，經維護部門統計，該設備2014年僅在梅雨季節就遭受雷擊20余次，未出現任何故障，方案的防護效果明顯。

3 結束語

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

參考文獻

[1]GB 50057-1994.建筑物防雷設計規范[S].

[2]GB 50343-2004.建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].

[3]鐵路通信設備雷電綜合防護實施指導意見[Z].

[4]鐵路通信信號箱式機房技術條件（暫行）[Z].

[5]YD 5098-2005.通信局（站）防雷與接地工程設計規范[S].

[6]YD/T 5040-2005.通信電源設備安裝工程設計規范[S].

[7]TB/T 2311-2008.鐵路信號設備用浪涌保護器[S].