鐵路通信設備雷電防護分析

張幫新

摘 要 隨著我國鐵路的發展，由微電子元器件和高精密集成電路組成的鐵路通信和通信設備廣泛投入使用。在復雜電磁環境下，由于大規模集成電路的使用，遭受雷擊浪涌的故障率逐步增加。為了保障鐵路通信設備的可靠運行，減少在雷電環境中的損壞，研究鐵路通信設備雷電防護具有重要意義。下面筆者就對此展開探討。

關鍵詞 鐵路通信;通信設備;雷電防護

1鐵路通信設備雷電防護采用標準

（1）2018年以前，信息傳輸設備主要依據TB/T3074—2003開展雷電防護試驗。2017年，TB/T3074—2017《鐵道信號設備雷電電磁脈沖防護技術條件》代替TB/T3074—2003。TB/T3074—2017保留了TB/T3074—2003防雷設計施工部分，如信號機房、站場的雷電防護設計要求、防雷接地實施技術要求和信號設備防雷元器件選擇，而將雷電防護水平測試技術要求和試驗方法等內容經過擴展和細化，納入了TB/T3498—2018。但是，目前很多鐵路通信設備的產品標準或技術要求尚未更新，依然采用TB/T3074—2003開展雷電防護試驗[1]。

（2）環境監控設備依據;YD/T993—2016開展雷電防護試驗。YD/T993—2016是通信系統普遍采用的雷電防護試驗方法標準，在試驗方法和技術要求上，與TB/T3498—2018有較大差異。

（3）通信電源共有3種試驗端口，分別是交流電源端口、直流電源端口和通信端口。交流電源端口、直流電源端口分別依據TB/T2993.2—2016和TB/T2993.6—2016開展試驗。在TB/T2993.2—2016中，雷電防護要求又指向YD/T944—2007。通信端口依據YD/T944—2007開展試驗，而YD944—2007規定的試驗方法與TB/T3498—2018不同。

2試驗方法

2.1 試驗等級劃分

通信標準劃分試驗等級主要有2種方式：①根據地理環境劃分。按當地雷暴日的多少劃分成低風險、中風險、高風險型，如YD/T944—2007。②以鐵路電源設備為例，將電源設備試驗等級分為4級：電源設備輸入端口與機房第1級電源防雷設備饋線并聯時，選擇試驗等級1;電源設備輸入端口與機房第2級電源防雷設備饋線并聯時，選擇試驗等級2;電源設備輸出端口與有防雷設備機房輸出饋線并聯時，選擇試驗等級3;電源設備輸入端口與機房第3級電源防雷設備饋線串聯時，選擇試驗等級4。通信電源交流端口按照TB/T3498—2018規定，應選擇試驗等級2，也就是交流端口為10kA。

目前，通信電源交流端口依據YD/T944—2007，按照“雷暴日大于25天無專用變壓器供電的機房，或年雷暴日大于40天有專用變壓器供電的高山，或野外、空曠場地機房”確定試驗等級為20kA，這也是最嚴酷的等級。電子設備試驗等級選擇與外接連線方式關系很大。鐵路產品連線方式與其他行業相比，具有不同特點。按照設備安裝位置和連線方式選擇試驗等級，比按氣象上的雷暴日選擇試驗等級，能更充分體現鐵路設備真實的應用環境。另外，TB/T3498—2018規定，對于非電源類鐵路通信設備，還要開展基礎級測試，即無論試驗等級選擇哪一級，都要做統一的低電壓電流測試，以此保證設備在遇到低電壓電流時仍能正常運行。目前，鐵路通信設備尚未開展這種基礎級試驗。

2.2 試驗波形

在信息傳輸設備雷電防護試驗中，TB/T3074-2003采用的試驗波形為4/300μs和10/700μs，都是單一的開路電壓波。根據GB/Z21713—2008《低壓交流電源（不高于1000V）中的浪涌特性》要求，典型雷擊測試環境包括電壓、電流和短路電流，只規定單一的開路電壓而不規定短路電流是沒有意義的。因為各個雷擊試驗發生器內阻不同，只規定開路電壓，受試設備可能會出現不同的試驗結果。在TB/T3498—2018中，將電源端口波形由4/300μs單波，變為1.2/50μs-8/20μs組合波;通信端口波形由10/700μs單波，變為10/700μs-5/320μs組合波。在試驗過程中，由于受試設備電阻會隨電磁環境的不同而變化，因此組合波中的電壓波和電流波可以隨著電磁環境變化而轉換，而單波不能。所以說用組合波可以更好地考核產品性能。

2.3 試驗時間

鐵路通信設備雷電防護試驗的試驗時間目前有2種情況：①TB/T3074—2003和YD/T993—2016參考GB/T17626.5—2008《電磁兼容試驗和測量技術浪涌（沖擊）抗擾度試驗》，每次試驗間隔時間為1min;②TB/T3498—2018和YD/T944—2007參考GB/T3482—2008《電子設備雷擊試驗方法》，每次試驗間隔時間為3min。電磁兼容試驗浪涌是以大氣輻射雷電電磁場干擾為主。大氣輻射雷電電磁場對機房內電子設備及線路產生感應干擾，而雷電防護試驗主要以電子設備外線進入設備端口的雷電電磁脈沖傳導干擾為主。雷電防護試驗考驗的是設備端口的耐受能力，試驗嚴酷等級和能量等級都比電磁兼容試驗高，試驗間隔時間1min對于大電壓電流試驗來說，不利于設備防護器件的性能恢復，所以選擇3min更適合雷電防護試驗。

2.4 結果判定

鐵路通信設備雷電防護試驗結果均在試驗結束后判定設備狀態，無法發現試驗過程中設備可能存在的問題，如數據采集異常、顯示器屏幕閃爍、電源保護斷電、主備設備狀態切換等。如果通信設備涉及安全等級比較高，過程中即使出現短暫工作狀態異常，也會給行車安全帶來隱患。TB/T3498—2018要求對試驗過程和試驗結束后功能狀態均做出判定，能夠更準確、更全面地考核設備試驗情況。

3結束語

隨著5G技術發展，鐵路通信設備防雷需求會越來越多，要求也會越來越高，迫切需要采用統一的防雷試驗方法標準。目前，有的標準對于鐵路通信設備雷電防護試驗，存在引用廢止標準、使用單波而不是組合波、試驗時間不統一、缺乏對試驗過程判定等問題。而采用TB/T3498—2018開展雷電防護試驗，無論是試驗等級劃分、試驗波形、試驗時間，還是試驗結果判定，都更加合理、更加科學，也更加符合鐵路行業實際。

參考文獻

[1] 彭忠偉.雷電對鐵路通信設備的危害及防雷整治[J].技術與市場，2020（2）：138-139.