鐵路站場通信信號綜合防雷技術

隨著現代化的進展，鐵路（lù）站內設備越來越先進。雷擊發生時，雷擊放電誘發雷（léi）擊電磁脈衝（chōng）過電壓和過電流，經站場電（diàn）源係（xì）統、通信（xìn）信號（hào）傳輸通道、接地係統及建（jiàn）築（zhù）物直擊雷防護係統，通過傳導、感應的方（fāng）式損壞站內通信信號設備及網（wǎng）絡通信設備，造成損失（shī）巨大，直接威脅鐵路正常的安全（quán）運輸生產。
　　一、對鐵路站場雷電防護（hù）的分（fèn）析（xī）
　　鐵路站場設備遭（zāo）受過電壓和過電流攻擊的途徑可分為直擊雷、感應雷、傳導（dǎo）雷、操（cāo）作過電（diàn）壓四種。結合站場設備的分（fèn）布（bù）特點及雷電攻擊的途徑類型，鐵路站（zhàn）場雷電防護存在以下（xià）特點。
　　1．鐵路站場占地麵積較大，站場主要設備（如（rú）數字微波通信、車站（zhàn）數字通信分係統、站場廣播機（jī）、無線列調通（tōng）信（xìn）、平麵調車通信、信號微機聯鎖（suǒ）等設備）集中在信號樓、通信樓。信號樓、通信樓的避雷（léi）針應能滿足對整個信號（hào）樓、通信樓區域（yù）的保（bǎo）護（hù），有效防止直擊雷的襲擊。
　　2．鐵路道軌（guǐ）是接受直擊雷和傳導雷感應雷的良好導體。與道軌連接的相關鐵路信號設備，如信號機（jī）、軌道（dào）電路箱、道岔電動轉（zhuǎn）轍機等，將（jiāng）受到雷擊的嚴重威脅。
　　3．信號樓微機聯鎖及通（tōng）信（xìn）機房、通訊樓通訊機房等重要區（qū）域的戶外（wài）線路（lù）可能遭受到直擊雷後，線路中的大電流串入各機房（fáng）內部，從（cóng）而引起對內部設備的損壞。當雷雨雲之間、雷雨雲對大地之間放電時，雷閃電流的高（gāo）頻電磁（cí）場對暴露在空間或室內的電（diàn）源線、信號線、數據線上產生（shēng）遠（yuǎn）遠超過設備抗（kàng）電（diàn）強度的感（gǎn）應（yīng）雷擊過電壓，使設備損壞。
　　4．雷電防護（hù）的原則是“等電位”。由於機（jī）房（fáng）存在多類接地係統，其衝擊接地電阻不均衡，在雷擊發生時，雷電流引起地電（diàn）位差，造成（chéng）“地電位反擊”，使人員和設（shè）備（bèi）遭受損害。
　　5．操作過電壓引起的危（wēi）害，如儲藏設備的開關、輸電（diàn）線路的短路、周圍大容量設備運行時（shí）產生的工業幹擾或（huò）操作過電壓在電（diàn）源（yuán）線上會產生5000~6000V、3KA的浪湧過電壓及浪湧電流，它們的竄入也會將信號樓、通信樓（lóu）內的設備（bèi）產生很大的破壞後（hòu）果。
　　從（cóng）以上分析中可以得出：為了提高鐵路站場建築物安全（quán）及機房設備及計算機、通信網絡的運行可靠度，整個站場的雷（léi）電防護係統一定要有良好的避雷針、下引線（xiàn）和統一的接地網，采取（qǔ）完善的直擊雷防護措施。同時必須在車站的供電（diàn）係統（tǒng）、天饋係統、信號采集傳輸係統、程控交換係統、計算機網絡（luò）係統、機房接地（dì）係統等進行可靠有效的防（fáng）護，在攔截、分流、均衡、接地、布線、布局等方麵作完整的，多層次的綜合防護。

　　基於以上分析，對主要機房設備和重要終端進行雷擊電磁脈衝防護。
　　二、設計參照（zhào）標準
　　鐵（tiě）路站場綜合防雷的設計主要執行或參照以下標（biāo）準：GB50057-94《建築物防雷設計規範》2000年版、GA267-2000《計（jì）算機信息係統雷擊電（diàn）磁（cí）脈衝安全防護規範》、 GB7450—87《電子設備（bèi）雷擊保護（hù）導則》、GB50174-93《電子計算機機（jī）房設計規範》、 GB9361—88《計算站場地（dì）安全要求》等。鐵路（lù）站場（chǎng）雷電防護總的原則是經等電位連接，使過電壓(或電流)以最直（zhí）接的路徑盡快泄漏到大地，達到保護設備的目的（de）。電磁兼（jiān）容防（fáng）護（hù）總的原（yuán）則是利用室（shì）內的金屬物有機地構成一個“法拉第籠”，進行接地連接。站場綜合防雷設計本著安全（quán）可靠、技術先進、經（jīng）濟合理的原則，達到防禦或減輕雷電災害、提（tí）高防雷安全度的目的。
　　三、直擊雷防護
　　（一）避雷針
　　普通避雷針，通常即為一根鐵（tiě）棒，將端部磨尖，通過接（jiē）地引下線將地電位（wèi）(通常認為零電位)引至針尖，利用針尖的（de）高度(比被保護物高出許多)，比被保護物優先產生上行先導（dǎo），與雷雲的下行先導相遇，從而達到引（yǐn）雷入地的效果，保（bǎo）護其它建築物免受（shòu）雷擊的侵（qīn）害。
　　預放電型避（bì）雷（léi）針利用（yòng）了雷雲產生的空間電場強度，預先使周圍的空氣電離，空氣（qì）離子在空間電場的作用下加速接近（jìn）雷雲，從而使迎麵（miàn）先導大大提前與雷雲的下（xià）行先導相遇，使得引雷（léi）的可靠性和半徑提高大大（dà）保護，增強了保護性能。
　　預放電型避雷針為先進的純（chún）結構型預放電避雷針（zhēn）。它（tā）利用雷雲在空中感應的電場強度，使針頭的感應電極（jí）(空中場強)與針尖（地電位）之間產生強烈的火花放電，使針頭周圍空氣電離，在（zài）電場的（de）作用下（xià）形成一條向上的雷電先導（dǎo），從而使迎麵先導提前與雷雲的下行（háng）先導相遇，形成主放電通道，從而大大提高了避雷針（zhēn）的效率，使保護半徑大大提高。由於其內部無任（rèn）何（hé）電（diàn）子元件，避免（miǎn）了老化問題，所以更加可靠，不（bú）需維護。此類避雷針比普通避（bì）雷針提前產生上行（háng）先導（dǎo）的時（shí）間稱為“預放電時間”，這是考（kǎo）核預放電型避雷（léi）針性能（néng）的重要指標，已列入法國等（děng）一些歐洲國家的國家標（biāo）準。
　　（二）直擊雷防護方案
　　鐵路站場直擊雷防護重點區域是通信樓、信號樓和戶（hù）外岔群咽喉區設備。
　　1．通信（xìn）樓直擊雷防護。利用通信樓附近的高約45米微波塔，在塔頂上安裝AT6000避雷針（zhēn），避雷針安裝高度超出塔頂2.5米。經計算，避雷針對地麵的保護半（bàn）徑可達119米。引下線采用截麵大於12mm×4mm的（de）鍍鋅扁鋼。防雷接地裝置接地（dì）電阻小於1歐。該避（bì）雷針可保護通信樓、部分鐵軌和場區部分咽喉區的部分信號機等鐵路設備（bèi），免（miǎn）受直擊（jī）雷的侵害。
　　2．信（xìn）號樓直擊雷（léi）防護。利用被保（bǎo）護建築物信號樓（lóu），高度（dù）約為10米，在信號樓頂（dǐng）部（bù）安裝IF3避雷針，針的安裝高度超（chāo）出樓頂5米。經計算，保護半徑可達109米。樓頂預埋 350mm×350mm×10mm厚鋼板，便於焊接避雷針底座，從底座延相反方向焊接引出兩條引下線，引下線（xiàn）采用大於（yú）8mm的圓鋼（gāng）沿樓外牆引下入地，與樓的接地環相連。防（fáng）雷接地裝置接地電阻小於1歐。將（jiāng）避雷針與接地裝置貫通（tōng）。保護信號樓及場區附（fù）近的鐵軌避免由於直擊雷擊中鐵軌雷電流竄（cuàn）入信號樓，對設備及人身安全（quán）造成危（wēi）害。
　　3．戶外岔群（qún）咽喉區直擊雷防護。鐵路站場岔群咽喉區的特點是設（shè）備分布較（jiào）為集中，岔群咽（yān）喉區段長度約145米，在岔（chà）群咽喉區附近（jìn）各建立12米高的鐵塔，塔頂安裝AT6000避雷針。經計算，保護（hù）半徑可達111米。引下線采用截（jié）麵大於12mm×4mm的鍍鋅扁鋼。防雷接（jiē）地裝置接地電阻小於10歐。對咽（yān）喉區內大部分的軌道（dào）電（diàn）路箱、道叉電動轉轍機（jī）及信（xìn）號機等設施進行了直擊（jī）雷（léi）的保護，免受直（zhí）擊雷的侵害。
　　四、雷擊電磁脈衝防護
　　（一）防雷器（qì）
　　選用世界一流的德（dé）國AT係列電源防雷器件，對鐵路站（zhàn）場主要機房設（shè）備和重要終端進行雷擊電磁脈衝防護。
　　（二）雷（léi）擊電磁脈衝（chōng）防護方案
　　1．對纜線布放和接地係統（tǒng）的要求
　　鐵路（lù）站場（chǎng）主要設備集中在信號（hào）樓、通（tōng）信樓。雷擊電（diàn）磁脈衝（chōng）防護的重點是信號樓和通信樓內的敏感電子設備。在進行電源和信號線防雷器配置時，根據有（yǒu）關規範要求，應從以下幾個（gè）方麵進行設計考慮。
　　（1）電力電纜（lǎn）應（yīng）埋地引入建築物，電纜埋地部分不應小於（yú）15米(GA267-2000第 7、第8條)。室外衛星饋線和其它各種通信、信號電纜應采用具有雙層金屬防護（hù）層的電纜，其外層金屬防護層（céng）在頂部（bù）及進（jìn）入機房入口處的外側應就近接地。當采（cǎi）用單層屏蔽電纜或無屏蔽線纜時，應穿金屬管或金屬線槽引入建築物內，金屬管(或線槽)的兩端就近接地，金屬管 (或線槽)的（de）連接處應有效跨接(GB50057-94第6.3.1條（tiáo）)。
　　因此（cǐ），出入信號樓（lóu）、通（tōng）信樓（lóu）的電力電纜(線)、通信纜線、信號電纜應采用金屬護套電纜或敷設在金屬管（guǎn）內，纜（lǎn）線金屬護套或金（jīn）屬管應在頂部及進入機房入口（kǒu）處（chù）的外側（cè）就近分別接地；進入信號樓、通信樓低（dī）壓電力電纜宜全程埋地引入，其電纜埋地（dì）長度不應小於 15m；微波鐵塔上架設的同軸電纜應穿在金（jīn）屬（shǔ）管內，金屬管應分別在上下端接地；進入機房的電纜橋架應屏蔽接地。
　　（2）信號樓、通信（xìn）樓應采用共用接地係統(GB5005794第6.3.3條)。因此（cǐ），一棟（dòng）樓內的電子設備應共用（yòng）一組接地裝置，應按（àn）均壓、等電位的原理，將（jiāng）工作地、保護地和（hé）防雷地組成一個聯（lián）合接地網。站內各（gè）類接（jiē）地線應從（cóng）接地匯集線或接地網上分別引（yǐn）入。通信樓的接地裝置（zhì）應按照YD5068—98(移動通信基站防雷與接地設計（jì）規範)的要求予以改造。
　　2．信號樓雷擊電磁脈衝防護
　　信號樓主要包括微機聯（lián）鎖設備、無線列調（diào）及平麵調車車站電台、計算（suàn）機服（fú）務器、站場廣（guǎng）播機及車（chē）站數字通信分係統等設備。
　　針對信號（hào）樓電源線分兩路架空引入，供電方式為TT製式。在總配電箱安裝兩套 AT PORT/4P-B100第一級（jí）電源防雷箱（xiāng），在交直流配電屏電源入線端加兩套AT  T385/4P-C40 三相電源防雷器及在車站綜合櫃（guì）入線端安裝一套AT  T275/2P-C40單相電源防雷器為第（dì）二級電源防雷器。需要注意（yì）的是第一級與第二級防雷器之間的線路應保持5m以上的距離。無線列調及平麵調車車站設備（bèi），在天饋（kuì）線進入調度機（jī）房入口與設備（bèi）聯接處安裝ST-N饋線防雷器，注意設備機殼及防雷器地線（xiàn）良好接地。防（fáng）雷器前端（duān）均串接20A動力型空（kōng）氣開關。
　　戶外信號機、道岔、軌道電路與室內相連的信號線，是重要的引雷路徑，需（xū）根據每一根信號線上電壓的不同相應安裝防（fáng）雷器，分別選擇AT- T275係列防雷器進（jìn）行（háng）防護：對於交流（liú）和直流220伏信號線采（cǎi）用AT-T275/2P-C40電（diàn）源防雷器進行防護；對於交直流（liú）10~24V信（xìn）號線采用AT DL24V進行防護；防雷器前端均串接32A動力型空氣開關。
　　由於信號設備的保護（hù）地與工作地嚴格分開，雷（léi）擊（jī）發生時，兩個地線係統可能出現瞬間電壓差（chà），造（zào）成（chéng）電子設（shè）備及人（rén）身的（de）損壞和傷（shāng）害。為了達到有效的防雷保護，在兩個地之間安裝等電位連接器（qì）TFS。其特（tè）點是：正常工作狀態下，兩地相（xiàng）互無幹擾；雷擊狀態下， TFS迅速導通，兩（liǎng）地電壓均衡，消除（chú）反擊電（diàn）壓；響應時間小（xiǎo），納秒級導通；安裝方便（biàn），直接連接於兩接地匯流排之間。
　　3．通信樓雷（léi）擊電磁脈衝（chōng）防護
　　針（zhēn）對通信樓（lóu）電源分兩路架空引入，引雷幾率較大（dà），低（dī）壓電纜應地埋15m以上引入（rù）通信樓，在主配電箱安裝兩套AT　PORT／4P－B100第（dì）一（yī）級（jí）電源防雷箱。在數字微波入線端第二級電源防雷箱AT　T385／4P－C40。由室外引入的微波收發饋線均安裝ST-N饋（kuì）線防雷器。在電纜充氣設（shè）備電源入線端安（ān）裝第二級電源防雷箱（xiāng）AT　T385／4P－C40。在機房內安裝（zhuāng）等電位連接排 AT008，機房內（nèi）所有（yǒu）設備的機殼及防雷器接地線都連接至等（děng）電位連接排上。所有設備的機殼均（jun1）可靠接地，所有接地線共用（yòng）一組接地裝置。接地（dì）電阻為1歐姆以（yǐ）下。防雷器前端均串接32A動力型空（kōng）氣開關（guān）。