摘要：虽然近年来铁路信号设备的升级大大提升了铁路运行效率，但在笔者的实际调研中发现，近年来我国铁路信号设备面临的雷电威胁不断增强、相关雷击破坏事故也时有发生，而为了尽可能降低这一威胁、保证铁路信号设备的安全稳定运行，正是本文围绕分析铁路信号设备防雷设计开展具体研究的原因所在。
关键词：铁路信号设备；防雷设计；铁路信号
1导言
随着电子设备在铁路的大量应用,铁路信号设备自动化程度越来越高。但由于电子设备抗干扰和抗雷电能力差,雷电击坏设备的故障时有发生,严重影响铁路运输生产的顺利进行。
2雷电危害影响途径
为更好的掌握铁路信号设备的防雷设计，首先应了解雷电影响铁路信号设备的途径。在雷暴活动区域内，雷电直接通过建筑物构架、信号传输线路、钢轨对地放电所产生的电击现象，即直接雷击。直击雷害发生概率较低，微电子设备抗直击雷能力也很低。除去直击雷危害外，一般为感应雷击危害。当雷电直击在装置有信号设备的建筑物或击在装置有信号设备的场所附近的构筑物、地面突出物或大地时，雷电电磁脉冲将在信号系统内产生过电压和过电流，这是雷电对铁路信号设备主要的影响途径。感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路（如信号电缆线）、埋地电力线、设备间连接产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路或终端的电子设备遭到损害。雷电冲击波向信号设备供电的电源系统侵入，侵入高压线传至高压变压器，若该变压器未装避雷器或避雷器失效，雷电波幅值又较大，就会击穿变压器初级、次级绕组间绝缘。这样数百千伏的雷电压就会直接侵入交流低压电源，严重破坏低压侧的信号设备。向信号设备的轨道电路侵入，轨道电路用钢轨作为传输线，它一般高出地面，有的铁路旁有高山、树木，有的是大桥，也容易遭雷击。雷电浪涌是近年来由于微电子设备（如计算机联锁设备）的不断应用而引起人们极大重视的一种雷电危害形式，同时其防护方式也不断完善。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。
3设计原则
为实现高质量的铁路信号设备防雷设计，如下设计原则必须得到关注：
3.1避免影响设备正常运行
防雷设计的开展必须避免对铁路信号设备的正常工作、原有性能造成影响，同时雷击发生时则需要保证铁路信号设备不会出现危及行车安全的情况，并同时尽可能保证铁路信号设备的正常运行。
3.2保证防雷设计的可靠度
铁路信号设备的防雷设计需保证设备绝缘耐压水平与雷电防护设备放电特性相匹配，即铁路信号设备的“伏-秒”特性曲线应始终位于雷电防护设备之上，同时还需要保证一定裕度。
3.3采用多级雷电防护措施时
需保证防雷设计按照粗防护、中防护、高防护的流程逐级工作，以此真正发挥多级雷电防护措施功能。
4防雷设计分析
4.1直击雷防护—避雷针
对于直击雷防护一般采用避雷针防护。普通避雷针，通常为一根铁棒，将端部磨尖，通过接地引下线将地电位(通常认为零电位)引至针尖，利用针尖的高度(比被保护物高出许多)，比被保护物优先产生上行先导，与雷云的下行先导相遇，从而达到引雷入地的效果，保护其它建筑物免受雷击的侵害。预放电型避雷针利用了雷云产生的空间电场强度，预先使周围的空气电离，空气离子在空间电场的作用下加速接近雷云，从而使迎面先导提前与雷云的下行先导相遇，使得引雷的可靠性和半径提高，增强了保护性能。
4.2雷击电磁脉冲防护—防雷器
应用新型高能量密度的石墨电极材料。采用多电极堆，保证可控制的能量分配，并联电容控制对模块达到低残压水平。密封设计，安装方式没有限制，无电弧外泄，无须使用大体积的隔离金属箱。无需断电，所有模块都可取下检测和更换。安装简单，支持凯文接线，N/PE端的隧道式连接，免除调线的繁琐。容通电流大，反应速度快，插入损耗小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用NPE模块的防雷器可在电网出现故障时，即使在地阻值高或地线连接不良的情况下，流经防雷器的电流可使前级保险丝脱逃，防雷器与电网隔离，防止防雷器损坏。
5铁路信号设备的防雷设计策略
5.1防直击雷设计
铁路信号设备的防直击雷设计主要围绕信号楼、外部露天设备开展，一般采用塔杆安装避雷针引下线、金属外壳屏蔽的防雷设计，而为了保证防直击雷设计质量，需关注接闪器、引流系统、散流系统的选择与设置，具体设计如下所示：
5.1.1接闪器的选择
一般采用避雷针防护，信号楼、外部露天设备均可使用避雷针有效防止直击雷的袭击，但相较于外部露天设备，信号楼安装避雷针可能增加引雷概率，因此信号楼应采用安装避雷线、避雷网作为接闪器，由此结合接地装置、引下线接口即可保证铁路信号设备免受直击雷破坏。
5.1.2引流系统设置
引流系统用于连接接地装置和接闪器，而为了最大化发挥这一雷电直击泄放通道作用，需关注引下线可能引发的旁侧闪络，因此需采用多跟引下线用于铁路信号设备防直击雷设计，同时设置均压环即可更好发挥引流系统作用。
5.1.3散流系统
散流系统也被称为接地，不同的防雷设备往往拥有不同的接地装置，考虑到信号楼、外部露天设备存在的不同防雷需求，本文建议前者采用整体接地网作为散流系统，后者则采用引下线直接埋入大地接地的设计。
5.2防感应雷设计
受弱电设备对电磁场变化敏感、外接信号线等可能产生耦合电压影响，信号楼的防感应雷设计必须得到高度关注，由此才能够较好保证铁路信号设备的安全稳定运行，具体设计可围绕以下几方面开展：
5.2.1划分雷电防护等级
信号楼属于典型的特殊智能建筑，因此其雷电防护等级划分需结合防雷系统的栏截效率E、年预计雷击次数N、雷电电磁脉冲引发的设备损坏年平均次数展开NC，计算公式为：E=1-NC/N，结合E的大小即可确定雷电防护等级。如E≥0.98代表雷电防护等级为A级，该等级说明信号楼对建筑物防雷安全有严格要求、对雷电电磁脉冲敏感度高、需严格控制瞬间过电压，而0.9＜E≤0.98则代表防护等级为B，代表对内置电子信息系统的建筑物防雷安全有严格要求的电子信息设备，考虑到铁路信号楼多为B级，由此即可开展针对性较强的铁路信号设备防感应雷设计。
5.2.2划分雷电防护区
作为较为系统的工程，铁路信号设备的防雷设计必须关注雷电防护区的划分，由此即可更好保证铁路信号设备。
5.2.3具体的防感应雷设计措施
信号线路防雷、联锁上位机与远端显示器之间防雷、信号机室内端防雷、轨道电路室内端防雷、室内信号设备等电位连接防雷均应成为防感应雷设计的重点，如信号线路防雷可通过串联双绞线信息线路保护器构建暂态等电位连接，而联锁上位机与远端显示器之间防雷则需要在显示卡输出口前、远端显示器视频口前串接视频口信号防雷器，室内信号设备等电位连接防雷则可以通过连接各类线路构成等电位连接网络实现感应雷防护，这些均属于经过广泛实践验证的防感应雷设计措施。
6结束语
总之，铁路信号设备的防雷问题是一个综合性的工作，不但要注重其设计，更要重视施工工艺技术。好的设计需要合格的施工工艺来实现。只有设计、施工共同提高，才能确保铁路信号防雷质量，提高设备的可靠性。
参考文献
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论文作者:佟铮
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/10/1
标签：设备论文; 雷电论文; 防雷论文; 铁路信号论文; 防护论文; 信号论文; 直击论文; 《基层建设》2018年第24期论文;