中国铁路防雷毕业论文

[论文关键词]铁路 电力 远动终端 干扰 [论文摘要]研究分析电磁干扰产生的原因、特点及干扰对电力远动系统的影响，从设计的角度对铁路电力远动监控系统进行抗干扰分析研究。 抗干扰设计是电力远动监控系统安全运行的一个重要组成部分，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，在强电场干扰下，很容易出现差错，使整个电力远动监控系统无法正常运行或出错误（误跳闸事故等），无法向站场和区间供电，影响铁路行车安全。 一、电磁干扰产生的原因及特点 （一）传导瞬变和高频干扰 1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。 （二）场的干扰 1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。 （三）对通信线路的干扰 1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。 （四）继电器本身原因 继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。 二、干扰对电力远动系统的影响 无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的CPU；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端CPU受干扰会导致CPU工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。 三、抗干扰设计分析 （一）屏蔽措施 1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。 （二）系统接地设计 1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2. 二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。 （三）采取良好的隔离措施 1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主CPU。 （四）滤波器的设计 1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。 （五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。 （六）数据采集抗干扰设计 1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在RTU内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。 （七）过程通道抗干扰设计 （八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μF的电解电容。 （九）控制状态位的干扰设计 （十）程序运行失常的抗干扰设计 （十一）单片机软件的抗干扰设计 （十二）对于终端至通信站的数字通信电缆加穿钢管，特别是穿越其他电力电缆时，避免和其他电力电缆等同沟敷设并保持一定的交叉距离。 （十三）对于特殊的变（配）电所或区间信号站的环境 （十四）提高远动信息传输的可靠性，在电力调度中心和远动终端之间建立出错重发技术直到住处确认信息为止。

[摘 要]随着我国铁路跨越式发展战略的全面实施,和大批微电子化、智能化信号设备的应用,铁路信号系统对防雷的要求更高了。因此,有必要对铁路信号防雷进行系统设计,利用现代雷电防护理论,采用合理的防护技术,对信号设备进行系统的防雷保护,减少雷电影响,延长设备使用寿命,提高设备可靠性。 [关键词]铁路信号 防雷设计 [中图分类号][文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0008-01 1 雷电危害影响途径 为更好的掌握铁路信号设备的防雷设计,首先应了解雷电影响铁路信号设备的途径。 在雷暴活动区域内,雷电直接通过建筑物构架、信号传输线路、钢轨对地放电所产生的电击现象,即直接雷击。直击雷害发生概率较低,微电子设备抗直击雷能力也很低。除去直击雷危害外,一般为感应雷击危害。当雷电直击在装置有信号设备的建筑物或击在装置有信号设备的场所附近的构筑物、地面突出物或大地时,雷电电磁脉冲将在信号系统内产生过电压和过电流,这是雷电对铁路信号设备主要的影响途径。感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时,在附近的户外传输信号线路(如信号电缆线)、埋地电力线、设备间连接产生电磁感应并侵入设备,使串联在线路或终端的电子设备遭到损害。雷电冲击波向信号设备供电的电源系统侵入,侵入高压线传至高压变压器,若该变压器未装避雷器或避雷器失效,雷电波幅值又较大,就会击穿变压器初级、次级绕组间绝缘。这样数百千伏的雷电压就会直接侵入交流低压电源,严重破坏低压侧的信号设备。向信号设备的轨道电路侵入,轨道电路用钢轨作为传输线,它一般高出地面,有的铁路旁有高山、树木,有的是大桥,也容易遭雷击。雷电浪涌是近年来由于微电子设备(如计算机联锁设备)的不断应用而引起人们极大重视的一种雷电危害形式,同时其防护方式也不断完善。最常见的电子设备危害不是由于直接雷击引起的,而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的电流浪涌引起的。 2 防雷设计分析 直击雷防护―避雷针 对于直击雷防护一般采用避雷针防护。普通避雷针,通常为一根铁棒,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。预放电型避雷针利用了雷云产生的空间电场强度,预先使周围的空气电离,空气离子在空间电场的作用下加速接近雷云,从而使迎面先导提前与雷云的下行先导相遇,使得引雷的可靠性和半径提高,增强了保护性能。 雷击电磁脉冲防护―防雷器 应用新型高能量密度的石墨电极材料。采用多电极堆,保证可控制的能量分配,并联电容控制对模块达到低残压水平。密封设计,安装方式没有限制,无电弧外泄,无须使用大体积的隔离金属箱。无需断电,所有模块都可取下检测和更换。安装简单,支持凯文接线,N/PE端的隧道式连接,免除调线的繁琐。容通电流大,反应速度快,插入损耗小。采用NPE模块的防雷器可在电网出现故障时,即使在地阻值高或地线连接不良的情况下,流经防雷器的电流可使前级保险丝脱逃,防雷器与电网隔离,防止防雷器损坏。 3 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4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)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。 (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。 (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。 (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,造成“地电位反击”,使人员和设备遭受损害。 (5)操作过电压引起的危害,如储藏设备的开关、输电线路的短路、周围大容量设备运行时产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生5000-6000V,3kA的浪涌过电压及浪涌电流,它们的窜入也会对信号楼、通信楼内的设备产生很大的破坏。 4 铁路信号雷电防护一般手段 (1)埋设网状接地围绕信号楼埋设网状接地,对地电阻必须小于1Ω。这是对设备的外部防护,首选是将主要的雷电流引入大地;其次是在将雷电流引入大地的时候尽量将雷电流分流,避免造成过电压危害设备;第三是建筑物各点的电位均衡,避免由于电位差危害设备;第四是保障建筑物有良好的接地,降低雷击建筑物时接地点电位损坏设备。 (2)构成屏蔽接地栅使用导电良好的镀锌铜条在信号顶面和四周构成屏蔽接地栅(法拉第笼),与接地网良好连接由于信号楼内有大量低压电子逻辑系统、遥控、小功率信号电路的电器设备,需要加装专门的屏蔽网。根据铁标有关防雷技术标准,应在整个屋面组成不大于规定大小的网格,所有均压环采用避雷带等电位连接。 (3)实行等电位连接室内设备的各类地线、窗栅、金属管线都要接在地栅上,实行等电位连接。这样也可利用信号楼中的金属部件以及钢筋构成不规则的法拉第笼,起到一定或更好的屏蔽作用。 (4)并接过电压保护器件电源线路入口(室内核心电子机柜的单元电源入口也有必要)并接过电压保护器件,抑制电源浪涌电压,防止浪涌电压窜入微电子设备造成损坏。弱电设备的电源雷电侵害主要是通过电源线路侵入。 (5)串接过电流保护器件信号线路入口串接过电流保护器件,抑制信号系统浪涌电压产生的过电流,防止过电流窜入微电子设备造成损坏。 (6)采用光纤电缆数据通信和测控技术的接口电路,比各终端的供电系统电路显然要灵敏得多,如计算机联锁设备中设置在行车室的终端显示器、打印接口。可采用光纤电缆作为数据传输线,因光缆是靠光传输的,不是金属传输的,并具有抗电磁干扰强的特点,采用光纤电缆是对数据接口电路最好的防雷措施。 铁路信号设备的防雷问题是一个综合性的工作,不但要注重其设计,更要重视施工工艺技术。好的设计需要合格的施工工艺来实现。只有设计、施工共同提高,才能确保铁路信号的防雷质量,提高设备的可靠性。 [参考文献] [1] GB50057―94.建筑物防雷设计规范,. [2] GB7450-1987,电子设备雷击保护导则. [3] TB/T3074-2003,铁道信号设备雷电电磁脉冲防护技术条件.

谈谈重载铁路工程中接触网的雷电风险与防雷方法

雷电是一种严重的自然灾害，会引发许多严重的后果。而随着经济发展和铁路建设的完善，重载铁路接触网在铁路运输中的作用越来越重要。我国目前电力网采用加强对雷电的监控来进行防雷害，对雷电发生情况进行实时监控，同时采取差异化的防雷手段，达到减少雷击的目的。下面是的我和大家分享的开学重载铁路工程中接触网的雷电风险与防雷方法，欢迎阅读。

谈谈重载铁路工程中接触网的雷电风险与防雷方法

关键词：重载铁路工程;接触网;雷电风险;防雷方法;铁路运输 文献标识码：A

中图分类号：U225 文章编号：1009-2374(2016)22-0100-02 DOI：

随着经济发展和铁路建设的完善，重载铁路接触网在铁路运输中的作用越来越重要，铁路接触网的安全性能作为运输系统中的重要问题也逐渐被有关部门重视起来。我国重载铁路正线达到万公里，居世界第二位。根据相关规划显示，到2020年我国总运行铁路将达到12万公里以上，其中重载铁路比重将占60%左右。那么确保重载铁路的安全稳定，也保障了重载铁路运输的重要环节。

1 重载铁路接触网的雷电风险

重载铁路工程的牵引供电系统中的供电设备就是接触网。接触网可以为移动中的动车提供电力。不同于一般输送电线路系统，接触网必须架设于铁轨正上方。因此，动车组在行进路线上都要架设接触网，这样动车组才能通过顶部受电弓与接触网接触获取电能。接触网露天设置，又非常容易受到恶劣天气的影响，动车组运行期间不断改变工作状态，因此对接触网的要求非常高。

雷电是一种严重的自然灾害，会引发许多严重的后果，我国每年高达10亿元左右的经济损失都是因为缺少防护雷电灾害的措施。接触网损失最大的因素之一就是雷电灾害。根据数据显示，在发达国家接触网发生事故60%左右是由于雷电灾害引起的。我国在1999～2000年间40%～70%的接触网事故是由雷电引起的。产生雷击时，接触网上产生过大电压，超过线路绝缘水平，使接触网跳闸，严重时还会使接触网断线。接触网遭到雷电袭击的主要现象有：接触网附近的地面遭到雷击，使接触网上产生感应过电压;支柱遭到雷击，使支柱产生冲击电压，从而引起接触网产生感应过电压;接触网直接遭到雷击，破坏接触网。雷电对接触网造成缘子闪络，引起接触网电压过大跳闸，在隧道中会出现雷电击穿水泥壁，使接触网支柱受到损坏。

2 接触网的防雷方法分析

我国目前电力网采用加强对雷电的监控来进行防雷害，对雷电发生情况进行实时监控，同时采取差异化的防雷手段，达到减少雷击的目的。在架设接触网时，综合考虑重载铁路工程的运行方式，线路电压承受能力以及重载铁路线路通过地区雷电活动的强弱，考察自然条件如地貌和地形特征、土壤电阻率等，自然条件结合经济技术，找到合理的.解决方法和保护措施。

目前，我国的接触网防雷设备主要有接闪器、避雷器和接地装置等。接触网的防雷方法通常采用安装避雷器，为了保护设备避免直接受到雷电袭击，通常利用避雷线的屏蔽作用，安装避雷线，同时用接地装置将电流引入大地。达到对接触网的保护作用，同时将引下线和避雷线及接地装置连接，在避雷线上每隔一段距离就要安装引下线，引下线的结构和制作要求一定要满足雷电电流的强度，而且不能小于避雷线的铜当量载流截面。一定要安装接地装置，可以将接触网上的电流通过接地装置传入大地，还可以降低反击电压，即使接触网任何部分遭到雷电电击，都不会使避雷器电压升高，因接地电阻过大造成对接触网和其他设备的反击，损害其他设备。

加强构建重载铁路的雷电监测网络

由公司、分公司、供电工队建成三级网络，部门资料共享，实时掌握雷电情况，掌握雷电在区域内的变化规律，对重载铁路工程经过的地区都要进行雷电活动监测和雷电预警，要确保铁路雷电事故能进行实时查询，迅速进行事故调查，为雷电数据统计提供技术平台。

安装避雷线装置

为降低接触网因雷电电击而导致的跳闸和绝缘子损坏，最有效的措施之一就是架设避雷线，对于雷电高发区的重载铁路线路，必须全面考虑铁路的建设线路条件和雷电防护的具体要求，在以安装避雷线为主的同时，按照折角法进行计算，将避雷线增高肩架高度设置在柱顶上部米处，因为增高肩架的尺寸和重量都过大，同时安装固定难度都较大，对支柱的稳定性都有非常大的影响。按照滚球法进行计算，避雷线的增高肩架设置在支柱顶部约1米处，不但对支柱稳定性的影响较小，还易于施工进行。在安置避雷线后就可将雷电通过接地装置引入大地，从而保护接触网等设施。

提高接触网整体接地水平

接地系统建设的质量直接决定了接触网防雷设施的效果，确保接地装置的安全性也成为设计施工部门的重中之重，管理运行单位要经常对接地装置进行检测，定期进行维护检修，发现问题及时处理，尤其是每年雨季前对接地装置进行全面检测，对已经不能继续工作的设备要及时进行更换。对单独的接地装置进行整治处理，重新安装建设确保接地良好。

加强线路绝缘

为增加线路的绝缘性，在增加接触网设备中绝缘子应用的同时增加绝缘子串中的片数，为避免雷电电击造成严重后果，要增加塔头空气间距，同时为避免由于绝缘子性能降低带来的影响，要定时对绝缘装置进行清扫，对易严重污染的绝缘子进行随时清扫。

安装避雷器

防雷的重要举措在于安装避雷针或避雷器，安装避雷器可以大大提高线路耐雷水平。制定合适的接触网防雷设施的前提是要确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件。尤其是在雷雨季节来临之前，对避雷器进行避雷防御性的试验，对于达不到防御性要求的避雷装置要进行及时更换，防止设备在雷击状态下

损坏。

迅速恢复供电

接触网正馈线建设在接触网的正上方更易遭到雷电袭击。而在发生雷击后需要排查故障的处理时间长，在牵引变电所内部的正馈线上安装隔离开关可以有效地防止所内事故发生。当发生故障时，及时切断隔离开关，使正馈线停止工作，能在最短的时间内减少故障延时并尽快恢复供电。