鐵路站場通信信號綜合防雷方案

　　隨著現(xiàn)代化的進展，鐵路站內(nèi)設(shè)備越來越先進。雷擊發(fā)生時，雷擊放電誘發(fā)雷擊電磁脈沖過電壓和過電流，經(jīng)站場電源系統(tǒng)、通信信號傳輸通道、接地系統(tǒng)及建筑物直擊雷防護系統(tǒng)，通過傳導(dǎo)、感應(yīng)的方式損壞站內(nèi)通信信號設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，造成損失巨大，直接威脅鐵路正常的安全運輸生產(chǎn)。

　　一、對鐵路站場雷電防護的分析

　　鐵路站場設(shè)備遭受過電壓和過電流攻擊的途徑可分為直擊雷、感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷、操作過電壓四種。結(jié)合站場設(shè)備的分布特點及雷電攻擊的途徑類型，鐵路站場雷電防護存在以下特點。

　　1、鐵路站場占地面積較大，站場主要設(shè)備(如數(shù)字微波通信、車站數(shù)字通信分系統(tǒng)、站場廣播機、無線列調(diào)通信、平面調(diào)車通信、信號微機聯(lián)鎖等設(shè)備)集中在信號樓、通信樓。信號樓、通信樓的避雷針應(yīng)能滿足對整個信號樓、通信樓區(qū)域的保護，有效防止直擊雷的襲擊。

　　2、鐵路道軌是接受直擊雷和傳導(dǎo)雷感應(yīng)雷的良好導(dǎo)體。與道軌連接的相關(guān)鐵路信號設(shè)備，如信號機、軌道電路箱、道岔電動轉(zhuǎn)轍機等，將受到雷擊的嚴重威脅。

　　3、信號樓微機聯(lián)鎖及通信機房、通訊樓通訊機房等重要區(qū)域的戶外線路可能遭受到直擊雷后，線路中的大電流串入各機房內(nèi)部，從而引起對內(nèi)部設(shè)備的損壞。當雷雨云之間、雷雨云對大地之間放電時，雷閃電流的高頻電磁場對暴露在空間或室內(nèi)的電源線、信號線、數(shù)據(jù)線上產(chǎn)生遠遠超過設(shè)備抗電強度的感應(yīng)雷擊過電壓，使設(shè)備損壞。

　　4、雷電防護的原則是“等電位”。由于機房存在多類接地系統(tǒng)，其沖擊接地電阻不均衡，在雷擊發(fā)生時，雷電流引起地電位差，造成“地電位反擊”，使人員和設(shè)備遭受損害。

　　5、操作過電壓引起的危害，如儲藏設(shè)備的開關(guān)、輸電線路的短路、周圍大容量設(shè)備運行時產(chǎn)生的工業(yè)干擾或操作過電壓在電源線上會產(chǎn)生5000~6000V、3KA的浪涌過電壓及浪涌電流，它們的竄入也會將信號樓、通信樓內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生很大的破壞后果。

　　從以上分析中可以得出：為了提高鐵路站場建筑物安全及機房設(shè)備及計算機、通信網(wǎng)絡(luò)的運行可靠度，整個站場的雷電防護系統(tǒng)一定要有良好的避雷針、下引線和統(tǒng)一的接地網(wǎng)，采取完善的直擊雷防護措施。同時必須在車站的供電系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、信號采集傳輸系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機房接地系統(tǒng)等進行可靠有效的防護，在攔截、分流、均衡、接地、布線、布局等方面作完整的，多層次的綜合防護。

　　基于以上分析，兗州礦業(yè)集團鐵運處選用了法國先進的法蘭西GUERET預(yù)放電型避雷針作為直擊雷防護避雷針，選用世界一流的德國OBOBETTERMANN系列電源及數(shù)據(jù)信號防雷器件，對主要機房設(shè)備和重要終端進行雷擊電磁脈沖防護。

　　二、設(shè)計參照標準

　　鐵路站場綜合防雷的設(shè)計主要執(zhí)行或參照以下標準：GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》2000年版、GA267-2000《計算機信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖安全防護規(guī)范》、GB7450—87《電子設(shè)備雷擊保護導(dǎo)則》、GB50174-93《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》、GB9361—88《計算站場地安全要求》等。鐵路站場雷電防護總的原則是經(jīng)等電位連接，使過電壓(或電流)以最直接的路徑盡快泄漏到大地，達到保護設(shè)備的目的。電磁兼容防護總的原則是利用室內(nèi)的金屬物有機地構(gòu)成一個“法拉第籠”，進行接地連接。站場綜合防雷設(shè)計本著安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的原則，達到防御或減輕雷電災(zāi)害、提高防雷安全度的目的。

　　三、直擊雷防護

　　(一)避雷針

　　普通避雷針，通常即為一根鐵棒，將端部磨尖，通過接地引下線將地電位(通常認為零電位)引至針尖，利用針尖的高度(比被保護物高出許多)，比被保護物優(yōu)先產(chǎn)生上行先導(dǎo)，與雷云的下行先導(dǎo)相遇，從而達到引雷入地的效果，保護其它建筑物免受雷擊的侵害。

　　預(yù)放電型避雷針利用了雷云產(chǎn)生的空間電場強度，預(yù)先使周圍的空氣電離，空氣離子在空間電場的作用下加速接近雷云，從而使迎面先導(dǎo)大大提前與雷云的下行先導(dǎo)相遇，使得引雷的可靠性和半徑提高大大保護，增強了保護性能。

　　預(yù)放電型避雷針為先進的純結(jié)構(gòu)型預(yù)放電避雷針。它利用雷云在空中感應(yīng)的電場強度，使針頭的感應(yīng)電極(空中場強)與針尖(地電位)之間產(chǎn)生強烈的火花放電，使針頭周圍空氣電離，在電場的作用下形成一條向上的雷電先導(dǎo)，從而使迎面先導(dǎo)提前與雷云的下行先導(dǎo)相遇，形成主放電通道，從而大大提高了避雷針的效率，使保護半徑大大提高。由于其內(nèi)部無任何電子元件，避免了老化問題，所以更加可靠，不需維護。此類避雷針比普通避雷針提前產(chǎn)生上行先導(dǎo)的時間稱為“預(yù)放電時間”，這是考核預(yù)放電型避雷針性能的重要指標，已列入法國等一些歐洲國家的國家標準。鐵運處所屬車站選用先進的法蘭西GUERETIF3預(yù)放電型避雷針作為直擊雷防護避雷針，對站場可能遭受直擊雷的重點區(qū)域?qū)嵤┲苯永椎姆雷o。該類避雷針的特點如下。

　　1、最快的搶先預(yù)放電時間86us，即優(yōu)先引雷入地，保護半徑大大增加，為目前國際上中搶先時間最快的預(yù)放電避雷針。

　　2、在相同的安裝高度下，比普通避雷針的保護半徑大十幾倍，大大提高了防護效率。

　　3、避雷針內(nèi)部無電子部件，更加安全，減少故障隱患，無老化，不需維護。

　　4、選用了世界最好的防腐316L不銹鋼材料，永不生銹。

　　5、重量很輕，何載小，對支撐物的荷載要求低。

　　(二)直擊雷防護方案

　　鐵路站場直擊雷防護重點區(qū)域是通信樓、信號樓和戶外岔群咽喉區(qū)設(shè)備。

　　1、通信樓直擊雷防護。利用通信樓附近的高約45米微波塔，在塔頂上安裝IF3避雷針，避雷針安裝高度超出塔頂2.5米。經(jīng)計算，避雷針對地面的保護半徑可達119米。引下線采用截面大于12mm×4mm的鍍鋅扁鋼。防雷接地裝置接地電阻小于1歐。該避雷針可保護通信樓、部分鐵軌和場區(qū)部分咽喉區(qū)的部分信號機等鐵路設(shè)備，免受直擊雷的侵害。

　　2、信號樓直擊雷防護。利用被保護建筑物信號樓，高度約為10米，在信號樓頂部安裝IF3避雷針，針的安裝高度超出樓頂5米。經(jīng)計算，保護半徑可達109米。樓頂預(yù)埋350mm×350mm×10mm厚鋼板，便于焊接避雷針底座，從底座延相反方向焊接引出兩條引下線，引下線采用大于8mm的圓鋼沿樓外墻引下入地，與樓的接地環(huán)相連。防雷接地裝置接地電阻小于1歐。將避雷針與接地裝置貫通。保護信號樓及場區(qū)附近的鐵軌避免由于直擊雷擊中鐵軌雷電流竄入信號樓，對設(shè)備及人身安全造成危害。

　　3、戶外岔群咽喉區(qū)直擊雷防護。鐵路站場岔群咽喉區(qū)的特點是設(shè)備分布較為集中，岔群咽喉區(qū)段長度約145米，在岔群咽喉區(qū)附近各建立12米高的鐵塔，塔頂安裝IF3避雷針。經(jīng)計算，保護半徑可達111米。引下線采用截面大于12mm×4mm的鍍鋅扁鋼。防雷接地裝置接地電阻小于10歐。對咽喉區(qū)內(nèi)大部分的軌道電路箱、道叉電動轉(zhuǎn)轍機及信號機等設(shè)施進行了直擊雷的保護，免

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