摘要：介绍铁路动态轨道衡综合防雷系统的方案设计、防雷原理及研究方法，分析总结了系统的主要特点和使用效果。与既有的采取局部范围、单一元件进行防护的措施相比，采用综合的三级防护和二次防护及屏蔽、接地网络建设，把所有的信号设备看成一个整体系统，将局部、单一的防范措施提升到系统防护、整体防护高度，使各级防雷器件互相协调工作，实现多级配合，层层泄流，效率更高，更能全面防护雷电和电磁脉冲的干扰，具有稳定和全面保护相结合的特点。
关键词：铁路；动态轨道衡；防雷；研究
1、动态轨道衡概述及研制背景
1.1动态轨道衡概述
动态轨道衡是用于称量行驶中货车载重的轨道衡。称量时，列车以 5～15 km/h 的速度通过称重台面，轨道衡自动识别车号，判别车头和货车，利用支撑承重台的压力传感器将货车载重转换成电信号并经放大器放大，滤波，然后由转换器变换成数字信号输入计算机，处理后即可显示出货车载重的多种数据，并可打印记录。电子动态轨道衡具有操作方便、效率高的特点。
1.2动态轨道衡综合防雷系统研制背景
目前，生产动态轨道衡的厂家对设备采取的防雷措施主要是在供电电源中安装隔离电源并对主要仪器外壳进行简单接地。这些方法虽然能起到一些作用，但是过于简单，缺乏全面的防护，不能对数据采集仪、传感器等重要仪器起到安全有效的保护。以武汉铁路局武昌东站的1 台动态轨道衡为例，该设备位于武汉市青山区武昌东车站牵出线路基之上，在高地上，周围空旷，无其他高层建筑。
2 动态轨道衡防雷措施分析与研究
2.1 动态轨道衡遭雷击的情况
根据对动态轨道衡雷击情况现场统计分析，发现每次遭雷击都会造成设备的损坏，一般程度低的会导致保险烧坏，严重情况则会烧坏传感器、数据采集仪或工控机等。雷击除了直接损坏设备外，还容易造成不易被维护人员发现的隐性故障，给设备的日常维护带来困难。在雷雨季节高发期，动态轨道衡经常由于雷击而出现故障导致设备不能正常运行，经常影响车站正常作业。
2.2 动态轨道衡的既有防雷措施
现有的动态轨道衡防雷措施是设备厂家在安装动态轨道衡时安装的，主要是在供电电源中安装隔离电源并对主要的设备外壳进行简单接地。这样不能对设备进行有效而全面的防护，不能防护大的雷电电流和直击雷，甚至连一些小的电磁脉冲都无法防护，既没有为传感器安装单独的防雷模块，也没有给采集仪、车号识别仪、工控机安装防雷设备，所以在遭受雷击时，可能会导致设备集体损坏。
2.3 动态轨道衡综合防雷系统设计因素
根据动态轨道衡的工作原理及遭雷击的情况，在防雷系统设计时，重点考虑以下因素。
（1）防雷系统应能抵抗一般的电磁脉冲干扰，防护直击雷对设备的大面积破坏；
（2）防雷系统应能对动态轨道衡进行全面的防护，包括对主要部件如传感器、数据采集仪和工控机的防护；
（3）防雷系统对信号的衰减不能影响动态轨道衡的信号传输和计量检测精度；
（4）防雷系统不能影响轨道电路信号。
3 动态轨道衡综合防雷系统方案设计
3.1外部防雷措施
室外防雷措施主要防止直击雷直接侵害轨道衡的室外部分和轨道衡机房，由直击雷接闪器、引下线、传感器防护和综合接地网组成。
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（1）接闪器：直击雷接闪器宜采用屋顶避雷带和避雷网， 避雷带采用不小于8 mm的热镀锌圆钢沿屋顶周边设置1圈，距墙体高度 150 mm，并用热镀锌圆钢均匀地设置避雷带支撑柱，支撑柱间距不大于1 m。避雷网采用40mm×4mm的热镀锌扁钢焊接成不大于 3m×3m的方形网格，并与避雷带就近焊接连通。
（2）引下线：引下线是避雷带与接地装置的连接线，上端与避雷带焊接连通，下端与接地装置焊接连通，焊接处不得出现弯角小于 90°的急弯。引下线采用不小于40 mm×4mm的热镀锌扁钢，沿机房建筑物外墙角垂直敷设（间距超过 18m时应均匀增设），与其他电气线路的距离应大于 1m，与外墙面的间隔应不小于15mm，在地面上方50mm处应有绝缘套管防护，绝缘套管长度不小于2m。引下线安装应平直，并均匀设置固定卡具，固定间距应小于1.5m。
（3）综合地网：综合接地网作为轨道衡防雷系统泄流的末端，与大地的接触面积越大，阻抗越小，雷电流就越快地得到释放，轨道衡防雷系统的防雷性能就越优越。因此，在轨道衡机房四周铺设环行接地装置，在现场条件不允许时，采用 “U”形或“一”字形。
3.2内部防雷措施
室内防雷措施主要是通过对轨道衡机房内外部空间进行隔离，对电源进行两级防雷，传感器信号通道、采集仪通道、车号射频电缆和网络通道采取单独防雷措施。
（1）交流供电部分：交流供电线路宜采用屏蔽电缆由地下进入机房，其埋地长度应不小于15 m，金属屏蔽层应就近接地。进入室内的交流供电线路应设置两级防雷浪涌保护。第一级电源SPD安装在交流供电线路进入设备机房处，其前端熔断器或断路器的额定电流应不大于63A；另一级电源SPD安装在被保护设备处，应采用电源防雷器。当采用非屏蔽电缆或架空线路进入机房时，应提高第一级电源SPD的通流量等级。
（2）法拉第笼屏蔽：轨道衡机房内部的法拉第笼屏蔽由墙面屏蔽层、顶面屏蔽层、金属门、窗户屏蔽构成。墙面和顶面屏蔽层采用厚度不小于0.6mm的镀锡或镀锌铁板，墙体四角屏蔽层通过4根接地线就近与屏蔽接地汇集线可靠连接。金属门就近与墙面屏蔽层可靠连接。
（3）通信部分：轨道衡设备机房室内与室外的连接通道除了电源部分还有各个数据传输模块，因此防雷措施必须具有针对性。进入设备机房的传感器电源线和模拟信号传输线，在采集仪前端加装串联型数据传输信号避雷器。工控机网络口加装网口防雷器。车号设备天线口也要加装天线防雷器。轨道衡设备机房内部应设置安全接地汇集线、屏蔽接地汇集线和防雷接地汇集线，并且它们之间应安装等电位连接用SPD，各采用 2 根 25 mm2 的接地线与接地网引接装置单点余连接。接地汇集线宜采用30mm×3mm的紫铜排，可各自连接成条形、环形或网格形，环形设置时不得构成闭合回路。
4 系统的主要特点和使用效果
动态轨道衡综合防雷系统与既有的动态轨道衡采取局部范围、单一元件进行防护的措施相比，综合的三级防护和二次防护及屏蔽、接地网络的建设，把所有的信号设备看成一个整体系统，将局部、单一的防范措施提升到系统防护、整体防护高度，使各级防雷器件互相协调工作，实现多级配合、层层泄流、提高效率，更能全面防护雷电和电磁脉冲的干扰，具有稳定和全面保护相结合的特点。动态轨道衡综合防雷系统自 2014年2月投入使用以来，系统状态良好，对动态轨道衡起到良好的防护作用。主要体现在以下方面（以武昌东站动态轨道衡安装防雷系统前后4年同期进行比较）。
（1）动态轨道衡综合防雷系统对动态轨道衡的信号无影响，符合各方面的要求；
（2）安装动态轨道衡综合防雷系统后，减少了设备的损坏，降低了维修成本。
（3）减少设备隐性故障，方便维护。动态轨道衡属微机弱电信号系统，容易受雷电和电磁脉冲的干扰，出现难以发现的隐性故障，给维护人员带来许多困难，严重影响设备的正常运行。安装的综合防雷系统在实践中证明能有效地防护雷电和电磁脉冲的干扰，保证超偏载装置的正常运行，极大地减少了维护工作。
（4）保证了动态轨道衡运用质量。在设备故障率低的保障下，确保了动态轨道衡对货车超偏载情况的有效监控，充分发挥了设备保安全的作用，保证了铁路运输安全。
论文作者:姚青峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/4
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