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铁道信号设备的防雷分析

工作自查报告 时间:2021-07-29 10:27:12


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【摘要】铁路信号设备是铁路的主要设备之一,对于保障列车安全、指挥列车运行、降低运输成本、提高运输效率等都起着至关重要的作用。但铁路信号设备元件也存在着敏感性和脆弱性的问题,特别是对于雷电的预防能力很差,在2005年-2011年间,发生了8起因雷电原因发生的起火事故,造成了机器设备的损害,更造成了人员的伤亡。本文就铁道信号设备的防雷问题提出讨论,探讨雷电对于铁道信号设备的危害以及防治措施,期望能够提高铁路运行的安全性。

【关键词】雷电;铁道信号设备;雷电防治

前言:2013年铁路安全事故造成1336人的死亡,其中由于雷击造成的事故就有三起,造成39死192伤,2005年-2010年由于雷击造成的事故有5起,给国家财产和乘客安全造成了严重损失。铁路运输安全再一次吸引了人们的目光。当今,微电子设备广泛运用于铁道信号设备中,由于在弱电环境中工作的特性,使得微电子设备对外界干扰十分敏感,具有相对脆弱性。雷电对于铁道信号微电子设备的损害非常之大,每年因雷电导致的设备事故已经占到了总事故数量的50%以上,成为我国铁路事故的主因。

1.雷电对于铁道信号设备的危害

1.1雷电类型

雷电的特点是瞬间释放强大的电磁能量,电场强度一般在十几万到几十万之间,电流一般在在2万安-20万安之间。损害铁道信号设备的雷电,根据电压侵入电力、信号、通信等设备方式的不同,可分为直击雷和感应雷两种。感应雷是雷云在与大地之间的静电场放电时,对附近的传输信号线路、设备间连接等所产生的电磁、感应及入侵,造成串联在线路中的电子设备损坏和线路中断的损害;直击雷顾名思义,就是雷电直接对铁道信号系统的建筑结构、外部设施、信号传输设备及其他电子元件的损害[1]。

此外,雷电对于铁道信号设备的侵入损害还有多种方式,如:1.通过轨道电路侵入、2.电磁脉冲破坏、3.雷电浪涌破坏、4.冲击波破坏等。

1.2雷电对于铁道信号设备的危害

雷电对于铁道信号设备的危害主要体现在以下几点:首先,最严重的是巨大的电流随线路进入到设备当中,造成内部设备的损害,由于铁路信号设备分布广且相对密集,加之铁轨的导电性能良好,一旦遭到雷击,极易造成人员方面的伤亡,或引起火灾。

2.当前我国铁道信号设备对于雷电防治的现状

铁道信号设备的更新换代必然造成雷电防护手段的升级。我国铁道信号设备传统的防雷手段主要有避雷针、接闪器、引下线等,能够有效防止直击雷的侵害。随着科技进步发展,铁道信号电子元件越来越多,越来越复杂,传统的防雷措施已不能满足现仅需要。当前我国防雷措施主要是根据德国防雷专家希曼斯的《过电压保护理论与实践》一书提出的理论进行防治[2]。其现代计算机网络的防雷框架图如下:

这一体系主要将雷电防护分为两部分,即:外部防雷和内部防雷。外部防雷主要是指外部设施和安装信号设备的建筑体的雷电防治,主要措施及工具有避雷针、避雷线、均衡电位、屏蔽网、法拉第笼、接闪器、接地体等。对于信号楼的雷电防治措施是法拉第笼,埋设接地网,在四周和屋顶设置避雷带,将主要电流音引向地,形成对雷电分流的效果,避免了局部过电流;对户外缆线的防治是在信号线路入口串接电流保护装置,并且在高柱信号机的点灯缆线采用屏蔽线缆;金属箱、盒壳体设备的雷电防治。金属箱、盒壳体的电源线和信号线应采用屏蔽电缆或非屏蔽电缆穿钢管埋地敷设,屏蔽电缆的金属屏蔽层或钢管都应该接地。此外,金属箱、盒壳体本身也应该具备一定的电气贯通和电磁屏蔽性;在电子设备区域,还应该安装独立的避雷针,但要注意采取避免雷电反击的措施[3]。

铁道信号设备的内部防雷主要是室内容易遭受过电压侵害的电子设备或室外独立电子设备的雷电防治,可分为信号线防雷和电源线防雷两种。信号线防雷首先要求网络通信设备本身具有一定的高能量冲击抗性,其次是在网络通信口处设置一定的防雷保护装置;电源线的雷电防治有两种,一是在总电源进线处安装放电电流较大的首级电源避雷器,二是在电源线可入口、重要机柜的单元电源入口加装次级电源避雷器。具体方法应按照分级保护、逐级泄流的原则。此外,通过过压保护线、信号线、电源线、接地线、各个局部电位和主等电位的连接可有效实现点位均衡连接,有效避免雷电引起的电位差。

3.铁道信号设备雷电防治分析

铁道信号设备具有占地面积大、导体分布广且复杂、冲击电阻不平衡等特点,单纯的、某一方面的防雷措施已经不能满足当代雷电防护的需要,我们需要建立一个多层次、综合性强的铁道信号防雷体系。基于对铁道信号设备特点的分析,要有效对雷电进行防治,必须有一套良好的避雷网络,包括避雷设施、接地网、下引线等,同时针对接地系统、计算机网络系统、信号采集传输系统等进行有效防护,运用拦截、分流、接地、布局、布线等多种手段。应该依据国家和铁路的技术标准与铁道信号设备的具体情况制定并确定工程方案,应从外部到内部、雷电侵入通道、接地地线等全面、综合的进行考虑。制定全面、多样式、互相配合、连接均衡、屏蔽、接地合理的系统措施[4]。

具体建设过程中,信号楼的雷击防护一般采用避雷针和避雷网相结合的方式,在信号楼屋顶一周用热镀锌圆钢材料敷设一圈避雷带,相隔一米处安装支撑柱,并在连接处加150mm的圆钢柱焊片。再在建筑物外墙处敷设接引线连接避雷带和地网;接地网要埋在离墙1m的地沟内,组建一个由垂直接地和水平接地相结合的立体环形地网或“C”形地网。地网与引下线必须焊接牢固,并确保连接点与信号设备相距5m左右;等电位连接的施工需要接地汇集线采用30mm*3mm的紫铜排,并设计成“C形”,铜排距地20cm-30cm之间,相互连接距离要大于60mm。室内电源屏、机柜、接地端子等设备没有太多要求,可直接就近于铜排相连。

总体就是利用人工引雷装置把雷电引入底下、多方面进行分流、阻截、限制设备上的浪涌过压幅值。

结语:铁道信号设备的防护是一个整体、系统工程,别切是一项技术复杂的工作,涉及物理、气象、电子、电工等多各学科,需要良好地避雷设施、下引线和接地网构成的完整系统,并需要用到搭接、屏蔽、传导、分流、拦截等多种手段。随着科技的发展和铁路工程的进步,铁道信号设备的电子化程度也在不断增大,未来铁道信号设备的防护工作必将越来越复杂、精细,我们要无惧困难,仔细研究,为确保铁路安全不懈努力。

参考文献:

[1]俞少岭.铁路信号设备的雷电危害分析及保护探讨[J].海峡科学,2007,11:82-83.

[2]邵海潮.高山电视转播台防雷的关键技术[J].科技传播,2013,01:123-124.

[3]马博.浅谈信号设备防雷的重要性[J].科技创新与应用,2013,06:35.

[4]张宇.石武客运专线郑州东站信号综合防雷实施方案研究[J].铁道标准设计,2010,09:140-142.

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