沈駿

引言：針對當前信號防雷存在的問題，提出鐵路信號樓綜合防雷方案，利用現代雷電防護理論，采用屏蔽、共用接地、等電位連接、合理布線和設置防雷保安器等綜合防護技術，對信號設備進行分區(qū)、分級、分設備的系統防雷保護。

隨著鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略的全面實施，大批微電子化、智能化、網絡化信號設備上道，對信號系統的防雷提出了更高要求。因此，有必要對鐵路信號防雷進行系統設計，利用現代雷電防護理論，采用屏蔽、共用接地、等電位連接、合理布線和設置防雷保安器等綜合防護技術，對信號設備進行分區(qū)、分級、分設備的系統防雷保護，減少雷電電磁脈沖影響，延長設備使用壽命，提高設備可靠性。

一、鐵路信號設備防雷現狀

研究表明，雷電電磁脈沖干擾是造成信號設備損壞和壽命減少的主要因素。2012年1~6月，北京鐵路局管內發(fā)生因雷害造成的信號故障15件，延時26小時54分鐘，平均延時1小時48分鐘，分別占信號故障總件數和總延時的15.16%和19.20%，對信號設備的正常使用和運輸秩序造成了嚴重影響。

（一）電磁環(huán)境惡劣

我國鐵路大部分編組站和車站都處于遠離城市中心的雷電暴露環(huán)境下，信號樓附近往往伴有無線列調天線塔、大型燈光橋、大型吊機等易引雷的高大建筑物，而且在進行設備技術改造時，建筑物防雷改造大多未同步進行。信號系統設備都大量、長距離地連接室外信息采集對象和控制對象，其中軌道電路又是長距離、大面積暴露地面，且又是電力機車牽引電流（2715kV/600A）的通道，牽引電網的瞬態(tài)過壓防護，通過SPD （防雷保安器）接至鋼軌一側泄入大地，造成對軌道電路不平衡，極易遭受雷擊和瞬態(tài)過電壓侵害。

電磁環(huán)境除雷電電磁脈沖外，還有來自電化區(qū)段牽引線路高電壓、大電流影響，電力機車升降弓時的電弧輻射磁場影響，通信信號的無線列調頻率、移頻頻率輻射干擾，設備電氣開關電路動作引起的浪涌過電壓、過電流電磁脈沖干擾等。此外電源線、信號傳輸線交混布線時的交叉干擾，凈化線和未凈化線混在一起相互交叉等，也給防護增加了困難。

（二）雷電防護單一

過去信號設備一般采用在設備處設一級SPD防雷，防雷器材質量不高，對電磁環(huán)境、綜合布線設計要求不嚴，在執(zhí)行“GB50343-2004建筑物電子信息系統防雷技術規(guī)范”、“GB/T50311-2000建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規(guī)范”、“TB/T3074-2003鐵道信號設備雷電電磁脈沖防護技術條件”等方面還存在差距。

（三）接地系統繁多

由于鐵路信號技術規(guī)范均要求各種接地分設，且相隔20m以上，但受沿線地形限制，往往難以滿足要求。一個車站信號樓內常常有許多不同的接地線，致使雷電反擊現象嚴重。

二、信號樓綜合防雷系統方案設計

（一）鐵路信號設備危險評估和雷電防護等級

根據鐵路信號設備雷電電磁環(huán)境特點，按照GB50343-2004、TB/T3074-2003規(guī)定，參照英國BS6651對設備雷電防護危險評估辦法，鐵路信號樓電子信息系統雷電防護等級應為B級（二類），需要進行直擊雷、感應雷的防護。

（二）信號樓綜合防雷系統

所謂綜合防雷系統是面向EMC （電磁兼容），包括外部防雷（防直擊雷）、內部防雷（防雷電電磁脈沖），采用屏蔽、共地、等電位連接、分區(qū)分級分設備的SPD保護及合理布線等的綜合技術。

（三）構筑完整的三重屏蔽體系

在信號樓內，由于信息系統中各電子設備的重要性不同，所處的電磁環(huán)境不同，對其采取的屏蔽措施就有差別。目前采取的基本屏蔽措施有信號樓的自然屏蔽、信息系統的電源線和信號傳輸線電纜屏蔽，以及電子設備機柜、機箱金屬殼體屏蔽等。

1.建筑物籠式避雷網的自然屏蔽。它主要利用建筑物鋼筋混凝土結構中的鋼筋構成籠式避雷網，將整座建筑物罩住，可以全方位地保護被罩住的建筑頂部、側面。對置于其中的電子系統，它相當于一個“屏蔽間”，具有對電磁干擾的屏蔽作用。另外對雷擊產生的瞬態(tài)電位升高起到均衡作用，使籠網各部位的瞬態(tài)對地懸浮電位均衡到大致相等的水平。

2.信號樓人工籠式避雷網屏蔽。由人工避雷網（帶）、引下線、環(huán)形接地裝置構成信號樓人工避雷網的屏蔽防雷系統，也將大大減少其內部電子設備受到瞬態(tài)雷電電磁脈沖干擾的危險。

3.電源線和信號傳輸線的屏蔽。進入信號樓內的2路AC380V/220V電源線和信號傳輸線、通信及網絡線都應采用有金屬屏蔽層的電纜。當電源線采用架空線引入時，應首先在進入信號樓處穿鋼管屏蔽引入。再者，電纜屏蔽層阻擋電磁脈沖的能力，除了與屏蔽層的材料和網眼大小等有關外，還與屏蔽層的接地方式密切相關。

（四）等電位接地

等電位連接指信號樓內所有金屬物（混凝土內的鋼筋、自來水管、煤氣管及其他金屬管道、機器基礎金屬物及其埋地金屬物）、電纜金屬屏蔽層、電力系統的中性線和設備柜、箱金屬屏蔽體、電源線、信號傳輸線、網絡線的SPD接地等，應一律用電氣連通的方法連接，使整個信號樓成為一個良好的等電位體，為各級防雷保安器提供雷電過壓泄流通道，建立各分區(qū)電磁屏蔽層。電源線、信號傳輸線、金屬管道通過浪涌保安器SPD或直接用導線進行等電位連接。各內層防護區(qū)的界面依次進行局部等電位連接，各局部等電位接地排與總等電位排連接。

（五）分區(qū)、分級、分設備SPD防護

根據信號樓各部分空間雷電電磁脈沖（LPMP）的嚴重程度，將信號樓需防護的空間由表及里劃分為3個不同的防雷區(qū)（LPZ1、LPZ2、LPZ3），在防雷區(qū)交界面上設界面SPD防護。

第1級SPD設在進入信號界面處，在電力電纜引入口防雷箱SPD處做粗級保護，在信號傳輸線電纜引入室內分線防雷柜處做細級保護，以便承受高電壓、大電流并能快速泄流;第2級SPD用來降低殘壓;第3級為被保護對象內設備級的SPD。根據沿線車站雷暴日和信號設備特點，對多雷區(qū)車站計算機聯鎖、區(qū)間ZPW-2000或UM71等電子設備信號樓內2路供電電源進行粗、中、細3級雷電防護;對中雷區(qū)設1級全模保護和設備終端細保護（電源防雷插座）的2級保護。根據信號傳輸線的重要性和使用電子器材特性的不同，確定鐵路信號傳輸線雷電防護等級：軌道電路為B級兩級防護（LPZ1和設備終端），道岔、信號機為C級1級防護（只做LPZ1界面區(qū)防護）。

（六）信號分線防雷柜與合理布線

設計分線防雷柜解決合理布線問題。柜內設總等電位接地排，進行電纜屏蔽及傳輸線入口界面SPD防護。電纜進線（未凈化線）與塑料線（凈化線）分設，信號電源軟線、移頻屏蔽線與弱信號條件線、網絡線分設。

參考文獻

[1]芮靜康.建筑防雷與電氣安全技術（M）.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003，10.

[2]楊金夕.防雷接地及電氣安全技術（M）.北京：機械工業(yè)出版社，2004，1.