浅析铁路信号设备雷电危害及防护

解瑞

摘 要：近年来，随着电气化铁路知识的普及和高铁线路的开通，铁路新技术应用越来越广泛，电子元件的使用逐渐增多。但是，铁路信号设备却成为雷电袭击的主要目标，所以做好信号系统的防雷，尽可能地预防和减少雷电对信号设备的袭击，显得尤为重要。从雷电对信号设备的危害、信号设备常用的防雷元件、现场信号设备的综合防雷等几个方面对铁路信号设备防雷进行了论述。

关键词：铁路；信号设备；雷电；避雷措施

中图分类号：U284.93 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）04-0037-02

铁路信号设备是指挥列车运行的主要设备之一，设备安全稳定的运行直接关系到铁路的运输安全和效率。随着科学技术的发展，微机联锁、微机监测、TDCS，CTC，ZPW-2000A，LKJ，CTC和自动化驼峰调车等新设备的使用越来越广泛。这些新设备绝大多数都是由微电子元件组成，额定电流、电压值较低，极易受到外界电磁场的干扰，尤其是雷电的干扰。铁路信号设备分布点多、线长，多数设备在山区、旷野中，防雷措施较差，极易受到不明雷电流的袭击，影响正常运行。因此，采取必要的防雷措施，尽可能避免雷电对信号设备的影响，确保设备正常运行至关重要。

1 雷电和雷害

雷电是自然界中雷鸣和闪电相伴的放电现象；雷害是指雷电流从云中释放到大地，对其释放通道所产生的危害，地面上的凸出物体或者相对较高的建筑物都容易受到雷电的袭击。

对铁路信号设备来说，电子设备集中，高架线、线路交汇处或连接处等部位都容易发生雷击。常见的雷电有直击雷、球形雷、感应雷和雷电波侵入。直击雷和感应雷发生的频率较高，产生的电磁场影响范围较大，是危害信号设备的主要雷电。

“7·23”甬温线动车事故就是典型的雷电袭击信号设备导致的行车事故。2011-07-23，温州南站轨道电路因遭遇雷击，铁路信号设备发送盒被损坏，导致信号盒与列控中心的信号传输线阻抗下降，进而造成轨道电路与列控中心的通信出现故障，且列控中心的采集电路电源回路中的保险管熔断，在实际有车占用的情况下，仍按照之前无车占用的状态输出信号，使得区间信号机错误升级，绿灯亮起，造成D301次列车撞上前行的D3115次列车。

2 主要方式

雷电对信号设备的危害无处不在，以交流电源线、轨道电路和电缆等部位作为主要攻击对象。信号设备被雷击后，可能出现联锁机显示器黑屏、区间信号机灯光显示错误、电源屏突然停电、轨道电路红光带、进路突然解锁、道岔错误转换工艺或信号传输中断等故障，影响正常行车。

2.1 交流电源线

当高幅度的雷电压袭击交流电源线时，雷电压会传至高压变压器，如果该变压器的防雷装置失效，就会被雷电压击穿，导致雷电压接入交流低压电源，传输给信号设备，使电子设备遭到破坏。当高压变压器被较低幅的雷电压袭击时，本身不能被直接击穿，但电容耦合同样会使雷电波侵入低压回路，干扰信号设备运行。

2.2 轨道电路

轨道安装在轨枕上，轨道电路以钢轨作为传输线，尤其在高山、树木、桥隧等处的轨道电路是雷电袭击的主要对象。当雷电袭击时，轨道电路因其本身有一定的电阻，同时避雷器产生泄露，致使雷电袭击产生的电流不能立即泄放，易使轨道电路设备器材损坏或显示红光带。

2.3 电缆

电缆是连接铁路信号室内、外设备的桥梁，当电缆或电缆附近的大地遭受雷电袭击时，电缆保护套可能被雷电流击穿，使得雷电流直接流入电缆芯线或沿电缆铠装流动，进而传到室内袭击室内信号设备。此外，若雷电袭击信号设备附近的大地时，大地电位上升，信号设备同样间接受影响，出现闪络或击穿的情况。

3 信号设备防雷

3.1 常用的防雷元件

目前，在铁路信号防雷领域，气体、固体放电管、氧化锌压敏电阻器和瞬变电压抑制器的应用较多。气体放电管，是短路型过电压保护元件，一般用在保护器件、开关器件中，固体放电管在通信领域应用较多。压敏电阻器，是电阻在一定的电流电压值内，可随电压变化而改变的元器件，是一种常用的电冲击保护器件。常见的压敏电阻器为氧化锌压敏电阻器，有一般氧化锌压敏电阻器和劣化指示氧化锌压敏电阻器两种。它被广泛应用于通信、工业控制、交通、电力等电子电器设备防雷中，也可应用于电磁系统的防雷工程中，是铁路信号设备防雷设备采用的主要元件。

现场应用较广泛的防雷装置是由以上防雷元件组成的防雷保安器，其安全性和可靠性较高，常用的有电源防雷保安器和通道防雷保安器。

3.2 信号设备的防雷原则

在正常情况下，信号设备安装的防雷装置不影响设备的正常工作；当发生雷电袭击时，防雷装置启动，保护信号设备。

对于防雷保安器并联安装时，注意不能构成短路；串联时，不能构成开路；接地时，除放电以外不能导通；发生劣化或有损坏时，立刻与电路断开，并给出报警提示。

此外，防雷装置和信号设备两者之间的绝缘应匹配，将雷电感应过电压限制到被保护的冲击耐压水平之下。

3.3 日常防雷措施

3.3.1 室内防雷

信号设备的室内防雷重点是电源防护、信道防护和机房屏蔽。

电源防护一般采用多级防护，其防护的关键部位由交流电源三相线引入，电源屏前、用户终端电子设备比如UPS电源前，分别为电源的I，II，III级防护，其中I级防护三相线每一相的状态应具备显示功能、故障报警和雷电计数的功能。电源防雷保安器和电源防雷箱是常用的防雷设备，电源防雷保安器应独立设置在分线盘处，电源防雷箱的防雷保安器应具有劣化指示功能。

信道是信息传输的通道。如果信道遭到破坏，会使信息传输中断或信息受到干扰误传，致使信号设备无法可靠工作，影响行车，严重时可导致整个路网瘫痪，所以信道也是防雷的重点部分。信道防雷常用的防雷设备有通道浪涌保护器、同轴浪涌保护器和通道防雷保安器等，它的防雷保安器应在分线盘处集中设置，并具有即插即用的功能。