鐵路信號設備的防雷方案分析

王堅

中國鐵路北京局集團有限公司天津電務段 天津 300140

鐵路具有承載量大的特點，是跨地區出行的重要方式。鐵路信號設備對線路的正常運營具有重要影響，日常使用中容易受雷電的襲擊而發生故障，輕則阻礙鐵路網絡的正常運行，重則危害到人員的安全。對此，有必要準確認識雷電極端環境下對鐵路信號設備所造成的危害情況，根據實際情況提出防雷整治技術。

1 鐵路信號設備組成

現代鐵路信號設備主要分為信號機、轉轍機和軌道電路三個部分。信號機通過某一固定的信號形式向人們傳遞信息，鐵路的建設和運營過程會穿梭眾多不同的城市或區域，有很多街道交叉點，鐵路運營需要建立對應不同區域的防護區，信號設備的使用能有效強化對每個區域的管理，充分發揮防護區的防護作用，進而減少事故的發生。轉轍機設備的位置通常都在道岔處，在運營過程中會根據實際情況進行轉換，轉換到定位處或者相反位置，目的在于準確地反映當下道岔所處的實際位置，這樣才方便有關技術人員在出現道岔故障時快速找準故障點展開維修工作。現代鐵路信號設備正常運行的基礎設備之一就是軌道電路，其能隨時檢測到列車運行狀態正常與否以及某個時間段內列車所在的位置，所有通過檢測收集而來的信息都將傳送到信號機，再通過對應的信號設備分類將信息傳達給鐵路工作人員，讓工作人員參考這些信息對火車的正常運行進行控制。

2 雷電分析

2.1 直擊雷

直擊雷的意思較為簡單，一般雷電直接擊中信號設備，導致設備內部產生過電壓、過電流的都稱之為直擊雷。直擊雷的危害較大，基本上在一瞬間就完成了對設備的損害，因為電壓和電流過高導致設備內部無法承載，造成了破壞性極大的損傷，甚至還有可能導致爆炸情況的發生，但是目前信號設備內部都設定了對應開關，可以在短時間內完成斷電，對周圍的影響還是較小的。

2.2 感應雷

感應雷與直擊雷不同，感應雷的損害過程主要是通過靜電場實現的，在天氣即將要打雷的時候會在天空中形成雷云，雷云本身具有強大的電場，在這種靜電場內，即使雷電沒有擊中信號設備，但是依然可以通過電線、磁場、大地以及任何導電物體傳輸進入信號設備，這種電流就是感應雷。但是感應雷的實現條件比較困難，對于傳輸介質的電阻要求以及高度、長度等因素都有關系，影響范圍也較大，如果相關工作人員在調查是那種介質傳輸導致信號設備受到損害時，這個工程量也是非常大的。

3 鐵路信號設備防雷措施的探討

3.1 配置接閃裝置

建筑領域為實現防雷目的通常在樓頂配備避雷針，鐵路建設中也采用了類似的方式，以避雷網與避雷線為基礎構成穩定的接閃裝置，可形成安全通道，在接收到巨大電流時可在較短時間內將其釋放至大地，嚴格約束了閃電的釋放通道，實現對鐵路信號設備的防護。

3.2 采取均壓措施

產生雷電后，接閃裝置在接收的時刻將發生明顯的狀態變化，即傳導上線和傳導下線兩部分的電位相差異常懸殊，波及到對地零電位的系統，導致其出現閃絡效應，使該處也出現明顯電位差，不利于電路設備的穩定使用，甚至會威脅到周邊人員的安全。對此，均壓環是較為合適的解決途徑，將其與對地電位的導體對接后再進一步連接至接地裝置，以削弱閃絡現象。此方法對室內的金屬設備而言具有適用性，若與接閃裝置間距不合理（未滿足規定的安全距離要求），此時可在粗導線等電位的作用下實現與接閃系統的連接。在遇到雷電時室內各設備的狀態保持一致（相同電位），由此構成了等電位島。在協調好室內各部件的電位后，則消除了彼此間電位差的問題。并且等電位島有助于控制逆電位差。若要從根本上消除電位差，必須充分貫徹等電位島的理念，確定各部件的實際狀況后再對其采取等電位串聯措施。例如，對于電源、關鍵的機柜等可為之配置過壓保護裝置，以達到等電位改造的效果。設備間形成的結合面也是重點考慮對象，對其采取等電位處理措施。形成各串聯線路后需將其與母線連接。

3.3 屏蔽

雷電屏蔽系統的重要組成在于金屬網罩，有效隔離被保護對象，使其可以完全處于靜電屏蔽區域空間內。此條件下借助內外電場等效疊加的方式即可屏蔽不良電場。在設置金屬網罩時必須對其采取接地處理措施。從防雷電的成本角度來看，靜電屏蔽系統的經濟效益最為顯著，有助于保證電子設備的正常運轉。

3.4 接地

正確的接地方式至關重要，防雷系統形成的高電流可以被有效導入地表，增強了信號設備釋放閃電能量的能力，有助于協調好上下線電位，在使其達到均衡狀態的同時避免逆電位差反擊。根據IEC和ITU的相關標準得知，接地的方式有所講究，盡可能避免單獨接地的情況。而根據美國相關規范不可單獨設置接地點，即設備與大地所形成的各連接點應具備某種關聯。需重點分析接地方式的可行性，否則將對防雷系統整體的運行造成不良影響，且不宜采用鋼軌替代地線。

4 結語

綜上所述，隨著鐵路事業的不斷發展，信號設備的保護工作也將會越來越得到重視，信號設備在保障鐵路安全和財產安全方面具有重要作用。目前我國的相關技術已經發展的較為成熟，需要著重注意的就是雷電對信號設備的影響，因此一定要加強防雷工作的實施，保證鐵路事業可以不受雷電的影響，為鐵路事業的發展做出貢獻。