铁路站场通信信号综合防雷技术应用

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摘要：随着科技的发展和应用，铁路站内设备越来越先进。雷击发生时，雷击放电诱发雷击电磁脉冲过电压和过电流，经站场电源系统、通信信号传输通道、接地系统及建筑物直击雷防护系统，通过传导、感应的方式损坏站内通信信号设备及网络通信设备，造成损失巨大，直接威胁铁路正常的安全运输生产。本文对铁路站场通信信号综合防雷技术应用进行了探讨分析。
关键词：站场；通信信号设备；雷击；防雷
引言：铁路站场应用该综合防雷技术，站场通信、信号设备雷电防护效果可靠。必须在车站的供电系统、天馈系统、信号采集传输系统、程控交换系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的防护，在拦截、分流、均衡、接地、布线、布局等方面作完整的，多层次的综合防护。
1.对铁路站场雷电防护的分析
铁路站场设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、传导雷、操作过电压四种。结合站场设备的分布特点及雷电攻击的途径类型，铁路站场雷电防护存在以下特点：
1.1铁路站场占地面积较大，站场主要设备（如数字微波通信、车站数字通信分系统、站场广播机、无线列调通信、平面调车通信、信号微机联锁等设备）集中在信号楼、通信楼。信号楼、通信楼的避雷针应能满足对整个信号楼、通信楼区域的保护，有效防止直击雷的袭击。
1.2铁路道轨是接受直击雷和传导雷感应雷的良好导体。与道轨连接的相关铁路信号设备，如信号机、轨道电路箱、道岔电动转辙机等，将受到雷击的严重威胁。
1.3信号楼微机联锁及通信机房、通讯楼通讯机房等重要区域的户外线路可能遭受到直击雷后，线路中的大电流串入各机房内部，从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、信号线、数据线上产生远远超过设备抗电强度的感应雷击过电压，使设备损坏。
从以上分析中可以得出：为了提高铁路站场建筑物安全、机房设备及计算机、通信网络的运行可靠度，整个站场的雷电防护系统一定要有良好的避雷针、下引线和统一的接地網，采取完善的直击雷防护措施。
2.直击雷防护
2.1避雷针
普通避雷针，通常即为一根铁棒，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。预放电型避雷针为先进的纯结构型预放电避雷针。它利用雷云在空中感应的电场强度，使针头的感应电极（空中场强）与针尖（地电位）之间产生强烈的火花放电，使针头周围空气电离，在电场的作用下形成一条向上的雷电先导，从而使迎面先导提前与雷云的下行先导相遇，形成主放电通道，从而大大提高了避雷针的效率，使保护半径大大提高。由于其内部无任何电子元件，避免了老化问题，所以更加可靠，不需维护。该类避雷针的特点如下：（1）最快的抢先预放电时间86us，即优先引雷入地，保护半径大大增加，为目前国际上中抢先时间最快的预放电避雷针。（2）在相同的安装高度下，比普通避雷针的保护半径大十几倍，大大提高了防护效率。（3）避雷针内部无电子部件，更加安全，减少故障隐患，无老化，不需维护。（4）选用了世界最好的防腐316L不锈钢材料，永不生锈。（5）重量很轻，何载小，对支撑物的荷载要求低。
2.2直击雷防护技术
铁路站场直击雷防护重点区域是通信楼、信号楼和户外岔群咽喉区设备。
2.2.1通信楼直击雷防护。利用通信楼附近的高约45米微波塔，在塔顶上安装IF3避雷针，避雷针安装高度超出塔顶2.5米。经计算，避雷针对地面的保护半径可达119米。引下线采用截面大于12mm×4mm的镀锌扁钢。防雷接地装置接地电阻小于1欧。该避雷针可保护通信楼、部分铁轨和场区部分咽喉区的部分信号机等铁路设备，免受直击雷的侵害。
2.2.2信号楼直击雷防护。利用被保护建筑物信号楼，高度约为10米，在信号楼顶部安装IF3避雷针，针的安装高度超出楼顶5米。经计算，保护半径可达109米。楼顶预埋350mm×350mm×10mm厚钢板，便于焊接避雷针底座，从底座延相反方向焊接引出两条引下线，引下线采用大于8mm的圆钢沿楼外墙引下入地，与楼的接地环相连。防雷接地装置接地电阻小于1欧。将避雷针与接地装置贯通。保护信号楼及场区附近的铁轨避免由于直击雷击中铁轨雷电流窜入信号楼，对设备及人身安全造成危害。
2.2.3户外岔群咽喉区直击雷防护
铁路站场岔群咽喉区的特点是设备分布较为集中，岔群咽喉区段长度约145米，在岔群咽喉区附近各建立12米高的铁塔，塔顶安装IF3避雷针。经计算，保护半径可达111米。引下线采用截面大于12mm×4mm的镀锌扁钢。防雷接地装置接地电阻小于10欧。对咽喉区内大部分的轨道电路箱、道叉电动转辙机及信号机等设施进行了直击雷的保护，免受直击雷的侵害。
3.地下防雷施工以及工艺标准
机房的地网由两部分组成，分别为铁塔和机房，机房地网的应用尽量以地桩等建筑物做基础，将铁塔基础中的钢筋以及其余地下金属作为接地操作的执行工具之一。机房的地网需要将建筑物包围起来，成闭合的环状，如果由于外部原因，不能形成环状，则需将其铺设成L型或者u型。机房地网中接地布置的电阻值不允许大于1欧姆，当阻值的数值不能满足要求时，可以通过加大地网外形尺寸的方式来解决，就是在地网周围设置延长线或者环状的接地设施。环形接地设施由两类要素组成，分别为水平接地装置和垂直接地装置，水平接地装置的四周是封闭状的，其与地网保持在一个平面区域中，环状接地装置和地网间，环状接地装置相互之间的连通间隔为3米或者5米，或者在铁塔四个边界设置呈现辐射状态的接地体，其长度约保持在10米30米之间，环形接地装置可以根据周围状况以及地理条件确定外形尺寸。地网的材质选择需要首先由设计人员确定，再开展相应的采购工作，通常选择镀锌钢板，厚度约为4mm，长度约为40mm，将端部四个脚的构件通过焊接的方式进行连通，保证地网的外形尺寸小于3m×3m。
综上所述，在开展铁路通信综合防雷工作时，需要全面分析铁路的实际状况，防雷措施中存在的缺陷，并及时针对问题和缺陷采取有效的解决办法。建立一个全面可靠地防雷系统，保证铁路内部建筑以及通信设备的安全，避免设备和人员由于直接雷击或者感应雷击而受到损害。