毕业论文：铁路信号设备防雷分析与研究

-1-题目：铁路信号设备防雷分析与研究院系：网络教育学院专业：自动化(铁路信号)姓名：韦勇指导教师：西南交通大学网络教育学院-2-目录摘要……………………………………………………………3Abstract……………………………………………………………3引言……………………………………………………………4第一章铁路信号设备防雷的重要性……………………………4第二章铁路信号设备防雷的分析…………………………………5第三章铁路信号设备综合防雷整治措施…………………………7结束语………………………………………………………………15致谢………………………………………………………………15参考文献……………………………………………………………15-3-摘要随着现代化科技飞速发展，铁路信号设备电子化程度大幅提高，先进的设备在雷雨季节能否安全稳定的运用，是摆在我们面前的一个新课题。雷击放电诱发电磁脉冲过电压和过电流会经电源系统、信号传输通道等途径损坏信号设备，直接威胁铁路正常的安全生产。所以，加强信号设备防雷工作尤为重要。关键词：铁路信号雷雨季节防雷安全危害AbstractWiththerapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,therailwaysignalequipmentelectroniclevelisgreatlyimproved,advancedequipmentinthethunderstormseasoncanbesafeandstableuse,istobeplacedbeforeusanewtopic.Lightningelectromagneticpulsedischargeinducedovervoltageandovercurrentofthepowersystem,signaltransmissionchannelandotherpathwaysaredamagedsignalequipment,adirectthreattothesafetyandproductionoftherailway.Therefore,tostrengthenthesignalequipmentlightningprotectionworkisveryimportant.Keyword:Railwaysignallightningprotectionsafetythunderstormseason-4-引言针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全。第一章铁路信号设备防雷的重要性针对汛期雷雨季节雷害极易发生、直接影响铁路运输安全的严峻现实，铁路部门积极建立防雷责任制，切实提高防雷工作标准，同时开展信号设备防雷专项整治，做好应急处置工作，尽最大努力确保铁路运输生产安全。据悉，进入汛期，由雷击造成设备故障影响铁路运输安全的现象较多。仅6月份，全路因雷击造成信号设备故障147件，故障延时117个小时。提高信号设备防雷标准，是减少雷害发生的根本。铁道部在原有铁路防雷标准基础上，发布了《铁路信号设备电磁兼容及雷电电磁脉冲防护实施意见》。《意见》吸取了我国铁路信号防雷工作多年来的经验，并借鉴了国外铁路信号设备防雷方法，包含地网设置、屏蔽设置等综合防护技术措施，大大提高了信号设备防雷标准，进一步增强了设备防雷的可操作性。同时，《意见》还规定了防雷设计与施工资质管理、施工验收、质量责任、雷害处理、产品采购、检查测试等维护与管理方面的内容，基本形成了信号设备雷电综合防护框架。目前，铁道部已经发布了《信号设计规范》，正在抓紧制定《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术规范》，努力提高信号设备防雷的设计和建设水平，进一步减少雷害发生。雷害发生的重点地区是微电子设备和微电子设备集中的区段。为防止汛期雷害损坏信号设备，铁道部将防雷工作列入今年专项整治内容，拨出专款用于六大干线1078个站场和其他干线上829个计算机联锁站场的防雷整治。目前，铁路六大干线所有车站和其他线路计算机联锁车站防雷整治工作正在紧张进行，内容包括雷击防护、机房屏蔽、地线整治、加装防雷保安器等。针对《意见》中提出的因防雷设施维护或管理不当造成信号设备发生雷害必须列管理单位责任的规定，铁路部门将继续建立防雷逐级负责制和雷害应急预案，明确雷电防护装置的设计、施工、维护和管理等单位及人员的责任，做到铁路局、电务段逐级负责，尽最大限度减少雷害对铁路运输生产的影响。-5-第二章铁路信号设备防雷的分析1、雷害（1）、直接雷：直接侵入设备或与设备相关联的传输线上的雷电。但袭击信号设备的概率很小。（2）、感应雷：由于电磁感应作用，在电气设备上感应出的雷电压，在设备中流过感应电流。其又分为纵向和横向感应雷两种。感应雷发生机率高，袭击信号的次数相当频繁。2、雷电侵入信号设备的主要途径（1）由交流电源侵入雷电冲击波侵入高压电线路传至高压变压器，若未装设避雷器或其失效，容易侵入低压设备。（2）、轨道电路轨道电路用钢轨作为传输线，它一般高出地面，容易遭雷击。（3）、由电缆侵入铁路信号的室内、室外设备通过电缆连接起来，雷电从电缆侵入，并传输至室内设备。3、纵向电压和横向电压纵向电压指导线或设备对地电压，每条导线上的折射电压或反射电压。横向电压指两导线间的电位差。这两种电压对人身安全和信号设备的正常运行都会带来极大的危害。纵向过电压将使设备绝缘闪络、击穿，甚至起火。横向过电压回击穿、烧毁信号设备尤其是电子器件。4、信号设备的防雷（1）信号设备的防雷要求在有雷电活动的地区，交流电源外线、电子设备、轨道检查装置、遥信遥控设备等与外线连接的信号设备必须装设防雷装置。不同雷电活动地区，应采取相应的防雷措施。（2）信号设备雷电防护的原则防雷装置和被防护设备之间绝缘应匹配，将雷电感应电压限制到被保护的冲击耐压水平以下。正常情况下，防雷装置不应影响被防护设备的工作，受雷电干扰时，应保证信号设备不得错误动作。采用多级防护时，各级防护元件应配置合理。（3）信号设备防雷元件的安装和设备的要求外部防护用防雷元件宜安装在线路终端。安装应牢固可靠，便于检测，集中安装。现代防雷保护包括外部防雷保护(建筑物或设施的直击雷防护)和内部防雷保护(雷电电磁脉冲的防护)两部份，外部防雷系统主要是为了保护建筑物免受直接雷击引起火灾事故及人身安全事故，而内部防雷系统则是防止雷电波侵入、雷击感应过电压以及系统操作过电压侵入设备造成的毁坏，这是外部防雷系统无法-6-保证的。防雷是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治——接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。1、接闪接闪装置就是我们常说的避雷针、避雷带、避雷线或避雷网，接闪就是让在一定程度范围内出现的闪电放电不能任意地选择放电通道，而只能按照人们事先设计的防雷系统的规定通道，将雷电能量泄放到大地中去。２、均压接闪装置在接闪雷电时，引下线立即产生高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。室内的金属设施、电气装置和电子设备，如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时，室内的所有设施立即形成一个“等电位岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。为了彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差，就特别需要实行等电位连接，电源线、信号线、金属管道等都要通过过压保护器进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接，并最后与等电位连接母排相连。3、屏蔽屏蔽就是利用金属网、箔、壳或管子等导体把需要保护的对象包围起来，使雷电电磁脉冲波入侵的通道全部截断。所有的屏蔽套、壳等均需要接地。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。4、接地接地就是让已经内入防雷系统的闪电电流顺利地流入大地，而不能让雷电能量集中在防雷系统的某处对被保护物体产生破坏作用，良好的接地才能有效地泄放雷电能量，降低引下线上的电压，避免发生反击。过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。90年代以前，部队的通信导航装备以电子管器件为主，采用模拟通信方式，模拟通信对干扰特别敏感，为了抗干扰，所以都采取电源与-7-通信接地分开的办法。现在，防雷工程领域不提倡单独接地。在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地，美国标准IEEEStd1100-1992更尖锐地指出：不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。防雷接地是防雷系统中最基础的环节，也是防雷安装验收规范中最基本的安全要求。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。5、分流（保护）这是现代防雷技术迅猛发展的重点，是保护各种电子设备或电气系统的关键措施。所谓分流就是在一切从室外来的导体（包括电力电源线、数据线、电话线或天馈线等信号线）与防雷接地装置或接地线之间并联一种适当的避雷器SPD，当直击雷或雷击效应在线路上产生的过电压波沿这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，雷电电流就由此处分流入地了。雷电流在分流之后，仍会有少部份沿导线进入设备，这对于一些不耐高压的微电子设备来说是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前，应进行多级分流（即不少于三级防雷保护）。现在避雷器的研究与发展，也超出了分流的范围。有些避雷器可直接串联在信号线或天线的馈线上，它们能让有用信号顺畅通过，而对雷电过压波进行阻隔。采用分流这一防雷措施时，应特别注意避雷器性能参数的选择，因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。比如信号避雷器的接入应不影响系统的传输速率；天馈避雷器在通带内的损耗要尽量小；若使用在定向设备上，不能导致定位误差。６、躲避在建筑物基建选址时，就应该躲开多雷区或易遭雷击的地点，以免日后增大防雷工程的开支和费用。当雷电发生时，关闭设备，拔掉电源插头。第三章铁路信号设备综合防雷整治措施一、铁路信号设备雷电防护分析铁路信号设备遭受雷击过电压和过电流的类型主要可分为三种，即：直击雷、感应雷和传导雷。结合信号设备的分布特点及雷电攻击的途径分析，铁路信号设备雷电防护存在以下特点。（1）信号设备占地面积较大，且很多设备分布在山区、旷野等易遭受雷电-8-攻击的地区。（2）铁路的钢轨是雷电流的良好导体，与钢轨连接的相关铁路信号设备，如信号机、轨道电路、电动转辙机等较容易受到雷电流的威胁。（3）自动闭塞、半自动闭塞等信号条件线、控制线，在非电化区段大部分使用架空线，它们均架设于信号与通信混合线路或自动闭塞高压信号线路上，由于它们暴露在旷野郊外，在雷雨季节容易遭受到雷电的袭击，线路中的大电流会串入信号机房内部，从而引起对内部设备的损坏。（4）雷电防护的原则是“等电位”，由于机房存在多类接地系统，其冲击接地电阻不均衡，在雷击发生时，雷电流引起地电位差，也容易造成“地电位反击”，使人员或设备遭受损害。从以上分析中可以看出：为了提高铁路信号设备安全性及机房设备、计算机的运行可靠度，整个车站信号设备的雷电防护一定要有良好的避雷设施、下引线和统一的接地网，采取完善的直击雷、感应雷防护措施。同时必须在供电系统、信号采集传输系统、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、布局等方面做完整的，多层次的综合防护。二、铁路信号综合防雷整治的原则铁路信号设备本身的电磁兼容性应符合